直流側(cè)電力有源濾波器濾除諧波干擾的原理及方

1 引言

　　隨著電力電子裝置的迅速發(fā)展，產(chǎn)生了兩方面的問題：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(tǒng)之中諧波的主要來源，諧波造成的危害日益嚴(yán)重。二是電力電子系統(tǒng)中的無源元件，特別是電解電容在成本、體積和可靠性等方面無多大改進(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(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。

　　為了消除諧波的影響，近幾年國內(nèi)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(cè)進(jìn)行補(bǔ)償。在電力電子系統(tǒng)中帶負(fù)載的變換器是一個(gè)諧波源，引起直流側(cè)的電流和電壓的波動(dòng)，若人為地在直流側(cè)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(dá)到諧波內(nèi)補(bǔ)償?shù)淖饔?。用高頻有源濾波器取代電解電容是一種“硅解“無源元件的辦法。這種新結(jié)構(gòu)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(cè)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(bǔ)償原理

　　電壓型變換器在直流環(huán)節(jié)中的基本元件是電解電容，它可以吸收負(fù)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(xiàn)諧波補(bǔ)償。

　　圖1為電壓型逆變器主電路圖。為簡化分析，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(nèi)部電阻和電感。虛線框內(nèi)為取代電解電容的電力有源濾波器。

　　負(fù)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(bǔ)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，開關(guān)器件S1－S4采用功率MOSFET，其工作頻率高，響應(yīng)速度快。LF為有源濾波器直流側(cè)儲(chǔ)能元件，C為解調(diào)交流電容。