应用于电网络试验台的滤波器设计

1引言

为检验新机载发电机特性、以及向新开发的整机供电，通电试验机载设备，需要研制电网络试验台。电网络试验台是飞机电源系统地面模拟试验中航空发电机的驱动装置，它模拟飞机发动机特性，拖动机载发电机发电。系统采用变频调速方式，结构框图如图1所示。

图1电网络试验台系统框图

由于变频器的使用，使得系统运行时配电柜提供的三相380V工频电源波形发生畸变，电能质量降低，并影响系统中其它设备工作。因此，针对变频器输入侧谐波对系统的影响，需有足够的重视并且采取应对措施。在众多谐波治理措施中，有源电力滤波器（APF）能够动态治理谐波，是谐波治理技术的发展方向。

电网络试验台采用额定功率为132kW的大型异步电机，系统容量大，需要滤波器具有较大的容量和较高的耐压能力。将三电平逆变器应用于有源滤波器是提高有源滤波器容量的一条途径。

本文提出了一种基于三电平双滞环控制的有源电力滤波器控制方法，并针对电网络试验台谐波情况，设计了滤波器。

2三电平混合有源滤波器的原理及构成

三电平混合有源电力滤波器主电路基本结构如图2所示。非线性负载电流il经电流互感器后通过谐波电流检测电路得到负载谐波电流ih，再控制三电平逆变器使注入电力系统的补偿电流ic=ih，从而抵消电网中的谐波电流，这就是APF的基本工作原理。并联的无源滤波器对电网中主要的谐波频率谐振形成低阻通路，使相应的谐波电流流入无源支路而避免流入电网内，可以减小APF的补偿容量，同时还可以兼顾无功补偿的需要。

3滤波器控制系统

三电平有源滤波器的控制系统分为电压外环和电流内环两部分。电压外环维持逆变器直流侧电压恒定，采用PI控制【1】。电流内环可分为指令电流运算模块和电流跟踪控制模块两部分。本文在指令电流运算模块中，采用基于瞬时无功功率理论的ip=iq法【2】，而在电流跟踪控制模块中采用电流双滞环控制方法。

电流双滞环控制示意如图3所示。将两个相同的滞环B1、B2错开一定的偏移量放置，构成新的内外两环Bin、Bout。当电网电压大于零时，电流控制如图3（a）所示。实际电流超出外环Bout下界时，控制逆变器输出正电平，使逆变器输出电流迅速上升，逆变器应开通开关管S1、S2，关断开关管S3、S4。当实际电流到达内环中与原滞环B1对应的一侧时，改为输出零电平，实际电流缓慢减小，返回环内，逆变器开通开关管S2、S3，关断开关管S1、S4；如此循环，使实际电流在滞环B1内变动。当电网电压小于零时，逆变器输出电流进入环B2，电流控制如图3（b）所示。实际电流超出外环Bout上界时，控制逆变器输出负电平，使实际电流迅速返回环内，逆变器应开通开关管S3、S4，关断开关管S1、S2。当实际电流到达内环中与原滞环B2对应的一侧时，改为输出零电平，电流缓慢增大，从而使实际电流在滞环B2内变动。可见逆变器输出电流始终被控制在B1和B2内，跟踪指令电流。

与传统的两电平单滞环电流控制方法相比，三电平双滞环控制策略保持了控制方法简单、电流响应快等特点。由于输出电压电平数的增加，使得输出波形具有更好的谐波频谱，且输出电平或在正与零之间切换，或在负与零之间切换，不会出现正负电平直接变换，可避免输出电压中过大的dv/dt。

4滤波器主要参数设计

4.1无源滤波器设计

针对电网络试验台系统中主要含有的5次，7次和11次谐波的特点，设置专门的单调谐滤波器进行滤波兼无功补偿。