有源濾波器在改善電能質量方面的應用

當前電力電子技術對電力系統應用的一個最新發(fā)展動向是中高壓大功率應用技術。中高壓大功率系統，是電力系統一般現實，如6kV甚至更高等級電壓是廣泛存在的。這一方面依賴于高壓大功率器件的發(fā)展;另一方面，在電路結構上，變壓器電壓等級變換是常用的辦法，但目前，一種稱為“多電平變流器”的拓撲結構對電力電子(有源)裝置的高壓大功率應用具有重要的現實意義。

多電平變流器的優(yōu)點是:降低單個功率管耐壓和功率、輸入和輸出諧波隨級數增加而減小(一般5～9級就可得到滿意的輸入輸出純度)、無須變壓器或輸入/輸出濾波、適合于高壓大功率應用等。

多電平變流器有許多拓撲，如中線箝位三電平、二極管箝位多電平、電容器箝位多電平以及組合式和疊層式等。其中，疊層結構的多電平變換器，是將多個單相逆變器串聯構成多電平變換器，其結構原理圖如圖12所示。

還有所謂“混合調制”的多電平變換器，即采用高壓大容量低頻(如GTO)器件與較高速度而耐壓和容量較低(如IGBT)器件組合，充分利用各自特點的方法以簡單的拓撲實現更高電壓和容量的能量的有源控制。

5 APF應用簡介

浙江大學電氣學院對電力有源濾波器進行了多年的深入研究，在理論、新結構，特別是在應用技術等方面取得了一系列成果。在國內外重要雜志、會議發(fā)表相關論文近四十篇。

研制了我國第一臺工業(yè)現場實用、功率較大(50kVA)的串聯混合有源濾波器示范樣機，用于狹義諧波抑制。通過長期嚴格運行試驗，結果表明:性能良好、運行可靠。以下就此裝置簡要加以介紹。該裝置的原理方框圖、整機和主要電路的實物照片分別示于圖13、圖14。

上述50kVA串聯HAPF裝置安裝于某一重要工業(yè)現場，實現對變頻調速裝置產生的諧波進行補償。安裝HAPF系統前、僅安裝無源裝置和串聯HAPF投入運行的三種情況下，同一臺非線性負載的向電網吸取的電流波形分別示于圖15、16和17。部分測試數據如表2所示。

測試對象:變頻器編號P-1032/1，容量50kVA/33.5kw

測試負載工況:f=27.15Hz，6.6A RMS, 4.6A HM, 78% THDi_R,123% THDi_F

圖15～17和表2測試結果表明:

*諧波抑制效果十分顯著;

*峰值電流大幅度下降;

*有效值電流顯著下降;

*大范圍負載變化下的功率因數改善。

6結論

本文討論的有源濾波具有廣義性，具有多項電能質量調整和控制功能，它由電力電子裝置組成，是FACTS的重要內容。本文對有源濾波裝置的諧波抑制、無功補償、諧振阻尼、電壓補償和電力電子裝置的高壓大功率應用等原理進行了介紹。并介紹了一臺混合有源濾波器實驗樣機在工業(yè)現場應用結果。

有源濾波裝置對電能質量多功能控制的能力，并已達到處理數kV電壓和MVA級功率的水平。大力發(fā)展電力電子技術(有源)裝置在電力系統中的應用的時機已趨成熟，加緊對此研究和推廣應用，必將對提高電力系統的可控性和電能質量帶來巨大作用。