變流電路諧波內補償的研究

摘要：高頻電力有源濾波器是一種新興的諧波及無(wú)功動(dòng)態(tài)補償裝置。電力有源濾波器作為諧波發(fā)生器，加在變換器直流側，以抵消變換器產(chǎn)生的諧波，起到諧波內補償的作用。同時(shí)，用有源濾波器取代電解電容，實(shí)現電解電容的“硅解。本文介紹其工作原理并做了相應的PSPICE仿真。

關(guān)鍵詞：諧波補償電力有源濾波器硅解

1引言

　　隨著(zhù)電力電子裝置的迅速發(fā)展，產(chǎn)生了兩方面的問(wèn)題：一是電力電子變流電路產(chǎn)生的諧波干擾已成為電力系統之中諧波的主要來(lái)源，諧波造成的危害日益嚴重。二是電力電子系統中的無(wú)源元件，特別是電解電容在成本、體積和可靠性等方面無(wú)多大改進(jìn)。由于諧波引起發(fā)熱危及電解電容的使用壽命，因此，電解電容成為電力電子系統中最薄弱的環(huán)節。

　　為了消除諧波的影響，近幾年國內外進(jìn)行了電壓型和電流型有源濾波器的研究，在電網(wǎng)交流側進(jìn)行補償。在電力電子系統中帶負載的變換器是一個(gè)諧波源，引起直流側的電流和電壓的波動(dòng)，若人為地在直流側再加一個(gè)反相位的諧波源，即可控有源濾波器就可使兩者諧波相互抵消，達到諧波內補償的作用。用高頻有源濾波器取代電解電容是一種“硅解無(wú)源元件的辦法。這種新結構既可使諧波不外傳，又可取消電解電容。

　　本文介紹電壓型逆變器用作直流側電力有源濾波器濾除諧波，同時(shí)取代電解電容的原理及方案。

2諧波補償原理

　　電壓型變換器在直流環(huán)節中的基本元件是電解電容，它可以吸收負載和電源產(chǎn)生的諧波。用電力有源濾波器替代電解電容，一方面“硅解電解電容，另一方面可以更好地實(shí)現諧波補償。

　　圖1為電壓型逆變器主電路圖。為簡(jiǎn)化分析，電路采用直流電壓源供電。圖中UB為直流電壓源，RB、LB分別為電壓源內部電阻和電感。虛線(xiàn)框內為取代電解電容的電力有源濾波器。

　　負載為感性時(shí)，逆變器輸入電流包括兩部分：直流量id.dc和紋波id.ac即：

id=id.dc＋id.ac(1)

為補償諧波電流id.ac，要求電力有源濾波器輸入電流ig與id.ac大小相等方向相反，即：

ig=－id.ac(2)

這時(shí)直流電壓源輸出電流為：

i=id＋ig=id.dc(3)

直流電壓源輸出電流等于逆變器輸入電流的直流分量。

圖1用有源濾波器替代電解電容的單相逆變器

　　電力有源濾波器為單相電流型，開(kāi)關(guān)器件S1－S4采用功率MOSFET，其工作頻率高，響應速度快。LF為有源濾波器直流側儲能元件，C為解調交流電容。

　　電抗器LF中的電流if經(jīng)開(kāi)關(guān)器件S1－S4切換，在有源濾波器輸入端產(chǎn)生包含逆變器輸入紋波電流id.ac在內的調制波電流if.ac。電流if.ac經(jīng)交流電容解調后產(chǎn)生與逆變器輸入紋波電流id.ac近似等值而反向的電流ig，從而補償了逆變器輸入紋波電流id.ac。

3電力有源濾波器的控制

　　電力有源濾波器采用直流環(huán)電壓滯環(huán)控制的方法，控制電路方框圖如圖2所示。它包括基本控制，電抗器LF的平均電流控制及諧振抑制等。

圖2有源濾波器控制框圖