有源電力濾波器主電路研究

圖8所示為新型混合有源濾波器拓?fù)?，該拓?fù)渚哂幸韵聨讉€優(yōu)點(diǎn)：

1）采用開關(guān)頻率較低的IGBT構(gòu)成的逆變器來進(jìn)行無功補(bǔ)償；

2）由開關(guān)頻率高，耐壓較低的MOSFET構(gòu)成的逆變器進(jìn)行諧波電流補(bǔ)償；

3）IGBT和MOSFET逆變器共享直流測電壓，簡化了控制；

4）IGBT直流側(cè)所需電壓可大大降低，因?yàn)樗闹饕饔檬蔷S持基波電壓。因而與傳統(tǒng)的APF相比，該APF系統(tǒng)工作的電壓等級更低；

5）高頻逆變器的輸出側(cè)采用變壓器隔離，可消除大部分干擾。

圖8 新型混合有源濾波器結(jié)構(gòu)圖

2.4 級聯(lián)型大功率APF

對于大功率的電力電子裝置，在使用有源電力濾波器進(jìn)行諧波抑制和無功補(bǔ)償時，相應(yīng)地要求有源電力濾波器要具有較大的容量。如前所述，當(dāng)有源電力濾波器用于大容量諧波補(bǔ)償時將面臨著器件開關(guān)頻率與容量之間的矛盾。目前工業(yè)現(xiàn)場中常采用多臺小容量有源電力濾波器并聯(lián)，尤其對一些具有電流源性質(zhì)的設(shè)備。這種方案的補(bǔ)償控制原理如圖9所示，其中，APF是并聯(lián)型有源電力濾波器；K是投切開關(guān)。每個APF有各自的主電路和控制電路，各APF的控制和補(bǔ)償由其自身來完成。其優(yōu)點(diǎn)在于每個有源電力濾波器具有相對的獨(dú)立性，當(dāng)其中某一個APF出現(xiàn)問題時，并不影響其它APF的工作。其不足之處主要在于各有源電力濾波器輸出的補(bǔ)償電流之間缺乏協(xié)調(diào)控制，波形沒有進(jìn)一步改善，且控制電路的數(shù)量相對較多。近年來，為抑制大功率電力電子裝置諧波源所產(chǎn)生的諧波，已研究出多種多重化的主電路拓?fù)洌容^有代表意義的是級聯(lián)型多電平變流器[8]。這種變流器相對于二極管鉗位型多電平變流器、電容鉗位型多電平變流器，有以下優(yōu)勢：

1）開關(guān)器件和電容承受的負(fù)荷相同，器件開關(guān)頻率相同；

2）所用器件較少，為了獲得同樣的電平數(shù)在三者中使用的器件數(shù)最少；

3）輸出諧波低；

4）各模塊結(jié)構(gòu)相同，可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計和組裝，無須額外設(shè)置鉗位二極管或平衡電容，易于多重組合、安裝、調(diào)試；

5）這種結(jié)構(gòu)可以利用軟開關(guān)技術(shù)，能夠減小緩沖電路的尺寸甚至可以采用無緩沖電路。

圖9 多個APF補(bǔ)償時連線示意圖

基于這種變流器，我們提出一種如圖10所示的由級聯(lián)型變流器構(gòu)成的并聯(lián)型APF。這種有源電力濾波器的特點(diǎn)是：

1）各單相全橋模塊的器件在基頻下開通關(guān)斷，所以電磁干擾和開關(guān)損耗小，效率高，而等效開關(guān)頻率高且不需要通過變壓器級聯(lián)；

2）解決了大功率裝置容量與器件開關(guān)頻率低的矛盾；

3）為了獲得同樣的電平數(shù)在多電平變流器中使用的器件數(shù)最少；

4）由于每個模塊采用相同的電路結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計和組裝，無須額外設(shè)置嵌位二極管或平衡電容，且開關(guān)管工作狀態(tài)和負(fù)荷一致；

5）基于低壓小容量變換器級聯(lián)的組成方式，技術(shù)成熟，易于模塊化，直流側(cè)容易實(shí)現(xiàn)電壓均衡；

6）可采用軟開關(guān)技術(shù)，以避免笨重、耗能的阻容吸收電路。

因此，由級聯(lián)型變流器構(gòu)成的并聯(lián)型APF比較適合于中、低壓電網(wǎng)的無功補(bǔ)償和諧波抑制。

圖10 由級聯(lián)型變流器構(gòu)成的并聯(lián)型APF

3 結(jié)語

APF作為消除電力公害、改善供電質(zhì)量的有力工具，在美國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)得到了日益廣泛的應(yīng)用。特別是在日本，APF已經(jīng)達(dá)到普及應(yīng)用階段。電網(wǎng)中的諧波源性質(zhì)不盡相同，為了更好地達(dá)到抑制電網(wǎng)諧波源的效果，對不同的諧波源負(fù)載應(yīng)該采用相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來充當(dāng)APF的主電路。總之，低損耗、低價格及大功率、高頻率的APF是其發(fā)展方向。