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撲，該拓撲具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）采用開(kāi)關(guān)頻率較低的IGBT構成的逆變器來(lái)進(jìn)行無(wú)功補償；

2）由開(kāi)關(guān)頻率高，耐壓較低的MOSFET構成的逆變器進(jìn)行諧波電流補償；

3）IGBT和MOSFET逆變器共享直流測電壓，簡(jiǎn)化了控制；

4）IGBT直流側所需電壓可大大降低，因為它的主要作用是維持基波電壓。因而與傳統的APF相比，該APF系統工作的電壓等級更低；

5）高頻逆變器的輸出側采用變壓器隔離，可消除大部分干擾。

圖8 新型混合有源濾波器結構圖

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(wú)功補償時(shí)，相應地要求有源電力濾波器要具有較大的容量。如前所述，當有源電力濾波器用于大容量諧波補償時(shí)將面臨著(zhù)器件開(kāi)關(guān)頻率與容量之間的矛盾。目前工業(yè)現場(chǎng)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)的設備。這種方案的補償控制原理如圖9所示，其中，APF是并聯(lián)型有源電力濾波器；K是投切開(kāi)關(guān)。每個(gè)APF有各自的主電路和控制電路，各APF的控制和補償由其自身來(lái)完成。其優(yōu)點(diǎn)在于每個(gè)有源電力濾波器具有相對的獨立性，當其中某一個(gè)APF出現問(wèn)題時(shí)，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償電流之間缺乏協(xié)調控制，波形沒(méi)有進(jìn)一步改善，且控制電路的數量相對較多。近年來(lái)，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撲，比較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(kāi)關(guān)器件和電容承受的負荷相同，器件開(kāi)關(guān)頻率相同；

2）所用器件較少，為了獲得同樣的電平數在三者中使用的器件數最少；

3）輸出諧波低；

4）各模塊結構相同，可以實(shí)現模塊化設計和組裝，無(wú)須額外設置鉗位二極管或平衡電容，易于多重組合、安裝、調試；

5）這種結構可以利用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，能夠減小緩沖電路的尺寸甚至可以采用無(wú)緩沖電路。

圖9 多個(gè)APF補償時(shí)連線(xiàn)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(kāi)通關(guān)斷，所以電磁干擾和開(kāi)關(guān)損耗小，效率高，而等效開(kāi)關(guān)頻率高且不需要通過(guò)變壓器級聯(lián)；

2）解決了大功率裝置容量與器件開(kāi)關(guān)頻率低的矛盾；

3）為了獲得同樣的電平數在多電平變流器中使用的器件數最少；

4）由于每個(gè)模塊采用相同的電路結構，可以實(shí)現模塊化設計和組裝，無(wú)須額外設置嵌位二極管或平衡電容，且開(kāi)關(guān)管工作狀態(tài)和負荷一致；

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，直流側容易實(shí)現電壓均衡；

6）可采用軟開(kāi)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)型變流器構成的并聯(lián)型APF比較適合于中、低壓電網(wǎng)的無(wú)功補償和諧波抑制。

圖10 由級聯(lián)型變流器構成的并聯(lián)型APF

3 結語(yǔ)

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)達國家已經(jīng)得到了日益廣泛的應用。特別是在日本，APF已經(jīng)達到普及應用階段。電網(wǎng)中的諧波源性質(zhì)不盡相同，為了更好地達到抑制電網(wǎng)諧波源的效果，對不同的諧波源負載應該采用相應的拓撲結構來(lái)充當APF的主電路?？傊?，低損耗、低價(jià)格及大功率、高頻率的APF是其發(fā)展方向。