聶慧鋒

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225000）

1 工作原理

APF前端檢測方式如圖1所示，由公式1～3表示其原理。通過前端電流采樣，采樣進(jìn)入補(bǔ)償分析電路。當(dāng)APF輸出并入電網(wǎng)時，前端電流會根據(jù)APF的輸出變化，由此看來，前端檢測方式是一種直接的補(bǔ)償。電網(wǎng)側(cè)方式如圖1所示。

圖1 有源電力濾波器端檢測電流方式基本工作原理

式中：iSf表示前端電流的正弦基波分量，iSh表示前端的諧波分量。

前端檢測電流結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。G( s)是校正環(huán)節(jié)。

圖2可以看出，前端檢測控制方式是屬于閉環(huán)系統(tǒng)。把負(fù)載中的諧振的傳遞函數(shù)GZ(s)包含在閉環(huán)內(nèi)，通過校正，就可消除諧振。

圖2 檢測電網(wǎng)電流控制方式的結(jié)構(gòu)圖

遞歸離散傅里葉變換算法（RDFT）。由傅里葉算法可得，周期信號可以有不同周期信號疊加所得，即假設(shè)有周期信號x( t)則有：

其中，Nm是實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)精度要求的諧波次數(shù)，Ak、Bk分別為對應(yīng)諧波的實(shí)、虛部，ω為基波角頻率。N 為每個基波周期內(nèi)的采樣數(shù)，采樣周期τ=T/N。

現(xiàn)以基波分量說明，可由下式計算表示實(shí)部和虛部：

由式5可知，在分析基波時，需要采集輸入信號在一個基波周期內(nèi)的N 個值，來計算分量實(shí)、虛部，運(yùn)算量非常大。通過分析發(fā)現(xiàn)可用以下遞歸方式表示：

根據(jù)式6即可容易的得出基波分量的實(shí)部和虛部：

圖3采用RDFT從負(fù)載電流il中計算第k次諧波。

圖3 RDFT原理圖

2 有源電力濾波器的仿真分析

為了驗(yàn)證本文算法與結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，通過MATLAB中搭建模型進(jìn)行仿真分析。負(fù)載為導(dǎo)通角為45°的全橋半控整流電路，其中電阻為1?，電感為1mH，能夠覆蓋雷達(dá)系統(tǒng)中運(yùn)行的實(shí)際工況。其A相負(fù)載波形如圖4。

圖4 A相負(fù)載電流波形

由圖4可知非線性負(fù)載的產(chǎn)生帶有很大諧波電流的電流波，波形畸變很大。進(jìn)一步，根據(jù)傅里葉分析可得出奇次諧波分量，根據(jù)國標(biāo)以及實(shí)際的工程運(yùn)用列出了21次以內(nèi)的奇次諧波含量。

根據(jù)表1可以通過具體的數(shù)據(jù)看出，3、5、7、11、13次含量較大。與雷達(dá)系統(tǒng)中實(shí)際工況較為符合，奇次諧波含量很大，導(dǎo)致電壓波形產(chǎn)生畸變。

表1 負(fù)載電流波形奇次諧波含量表

圖5中，交流電源參數(shù)為380V，50Hz，Load為雷達(dá)系統(tǒng)的非線性負(fù)載，I1、I2分別為前端測量模塊、負(fù)載測量模塊，I3為APF輸出測量模塊。主電路結(jié)構(gòu)采用三相全橋式。

基于RDFT的有源電力濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖6。

根據(jù)RDFT算法計算分析電流正弦基波，與負(fù)載電流相減計算出補(bǔ)償?shù)碾娏髁?。得到的補(bǔ)償效果如圖7所示。

圖5 有源電力濾波器仿真連接圖

圖6 RDFT檢測所有次諧波算法圖

圖7 基于RDFT全補(bǔ)的APF效果圖

表2 補(bǔ)償之后的電網(wǎng)電流波形奇次諧波含量表

相比于圖4，補(bǔ)償之后的電流波形接近于正弦波。

從表2以及圖7可以得出，電網(wǎng)中各次電流諧波均大大的下降，電流波形有較大的改善，從而驗(yàn)證本文提出的算法結(jié)構(gòu)的正確性。說明通過本算法結(jié)構(gòu)能夠?qū)走_(dá)系統(tǒng)中的諧波進(jìn)行較好的抑制。

3 結(jié)語

本文提出了采用前端檢測電流型有源電力濾波器來補(bǔ)償抑制雷系統(tǒng)中的諧波電流，通過仿真實(shí)驗(yàn)，在負(fù)載具有較大諧波的情況下，系統(tǒng)能夠進(jìn)行較好的補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)表明，前端檢測電流型有源電力濾波器能有效的對雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的諧波進(jìn)行快速的響應(yīng)，同時它不受電網(wǎng)阻抗的影響，不與電網(wǎng)發(fā)生諧振。