前端電流檢測型有源電力濾波器在雷達系統的仿真

聶慧鋒

（中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇 揚州 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，采樣進入補償分析電路。當APF輸出并入電網時，前端電流會根據APF的輸出變化，由此看來，前端檢測方式是一種直接的補償。電網側方式如圖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。

前端檢測電流結構框圖如圖2所示。G( s)是校正環節。

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

圖2 檢測電網電流控制方式的結構圖

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，即假設有周期信號x( t)則有：

其中，Nm是實際需要實現精度要求的諧波次數，Ak、Bk分別為對應諧波的實、虛部，ω為基波角頻率。N 為每個基波周期內的采樣數，采樣周期τ=T/N。

現以基波分量說明，可由下式計算表示實部和虛部：

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的N 個值，來計算分量實、虛部，運算量非常大。通過分析發現可用以下遞歸方式表示：

根據式6即可容易的得出基波分量的實部和虛部：

圖3采用RDFT從負載電流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

為了驗證本文算法與結構的準確性，通過MATLAB中搭建模型進行仿真分析。負載為導通角為45°的全橋半控整流電路，其中電阻為1?，電感為1mH，能夠覆蓋雷達系統中運行的實際工況。其A相負載波形如圖4。

圖4 A相負載電流波形

由圖4可知非線性負載的產生帶有很大諧波電流的電流波，波形畸變很大。進一步，根據傅里葉分析可得出奇次諧波分量，根據國標以及實際的工程運用列出了21次以內的奇次諧波含量。

根據表1可以通過具體的數據看出，3、5、7、11、13次含量較大。與雷達系統中實際工況較為符合，奇次諧波含量很大，導致電壓波形產生畸變。

表1 負載電流波形奇次諧波含量表

圖5中，交流電源參數為380V，50Hz，Load為雷達系統的非線性負載，I1、I2分別為前端測量模塊、負載測量模塊，I3為APF輸出測量模塊。主電路結構采用三相全橋式。

基于RDFT的有源電力濾波器內部結構如下圖6。

根據RDFT算法計算分析電流正弦基波，與負載電流相減計算出補償的電流量。得到的補償效果如圖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全補的APF效果圖

表2 補償之后的電網電流波形奇次諧波含量表

相比于圖4，補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，從而驗證本文提出的算法結構的正確性。說明通過本算法結構能夠對雷達系統中的諧波進行較好的抑制。

3 結語

本文提出了采用前端檢測電流型有源電力濾波器來補償抑制雷系統中的諧波電流，通過仿真實驗，在負載具有較大諧波的情況下，系統能夠進行較好的補償。實驗表明，前端檢測電流型有源電力濾波器能有效的對雷達系統運行中產生的諧波進行快速的響應，同時它不受電網阻抗的影響，不與電網發生諧振。