直流側電力有源濾波器濾除諧波幹擾的原理及方

2020-12-05 電子產品世界

1 引言

　　隨著電力電子裝置的迅速發展，產生了兩方面的問題：一是電力電子變流電路產生的諧波幹擾已成為電力系統之中諧波的主要來源，諧波造成的危害日益嚴重。二是電力電子系統中的無源元件，特別是電解電容在成本、體積和可靠性等方面無多大改進。由於諧波引起發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節。

　　為了消除諧波的影響，近幾年國內外進行了電壓型和電流型有源濾波器的研究，在電網交流側進行補償。在電力電子系統中帶負載的變換器是一個諧波源，引起直流側的電流和電壓的波動，若人為地在直流側再加一個反相位的諧波源，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「矽解「無源元件的辦法。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節中的基本元件是電解電容，它可以吸收負載和電源產生的諧波。用電力有源濾波器替代電解電容，一方面「矽解」電解電容，另一方面可以更好地實現諧波補償。

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

　　負載為感性時，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於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，開關器件S1－S4採用功率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。

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