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变流电路谐波内补偿的研究

作者:时间:2011-02-13来源:网络收藏

摘要:高频电力有源滤波器是一种新兴的及无功动态装置。电力有源滤波器作为发生器,加在变换器直流侧,以抵消变换器产生的,起到谐波内的作用。同时,用有源滤波器取代电解电容,实现电解电容的“硅解。本文介绍其工作原理并做了相应的PSPICE仿真。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/179860.htm

关键词:谐波电力有源滤波器硅解

1引言

  随着电力电子装置的迅速发展,产生了两方面的问题:一是电力电子产生的谐波干扰已成为电力系统之中谐波的主要来源,谐波造成的危害日益严重。二是电力电子系统中的无源元件,特别是电解电容在成本、体积和可靠性等方面无多大改进。由于谐波引起发热危及电解电容的使用寿命,因此,电解电容成为电力电子系统中最薄弱的环节。

  为了消除谐波的影响,近几年国内外进行了电压型和电流型有源滤波器的,在电网交流侧进行补偿。在电力电子系统中带负载的变换器是一个谐波源,引起直流侧的电流和电压的波动,若人为地在直流侧再加一个反相位的谐波源,即可控有源滤波器就可使两者谐波相互抵消,达到谐波内补偿的作用。用高频有源滤波器取代电解电容是一种“硅解无源元件的办法。这种新结构既可使谐波不外传,又可取消电解电容。

  本文介绍电压型逆变器用作直流侧电力有源滤波器滤除谐波,同时取代电解电容的原理及方案。

2谐波补偿原理

  电压型变换器在直流环节中的基本元件是电解电容,它可以吸收负载和电源产生的谐波。用电力有源滤波器替代电解电容,一方面“硅解电解电容,另一方面可以更好地实现谐波补偿。

  图1为电压型逆变器主图。为简化分析,采用直流电压源供电。图中UB为直流电压源,RB、LB分别为电压源内部电阻和电感。虚线框内为取代电解电容的电力有源滤波器。

  负载为感性时,逆变器输入电流包括两部分:直流量id.dc和纹波id.ac即:

id=id.dc+id.ac(1)

为补偿谐波电流id.ac,要求电力有源滤波器输入电流ig与id.ac大小相等方向相反,即:

ig=-id.ac(2)

这时直流电压源输出电流为:

i=id+ig=id.dc(3)

直流电压源输出电流等于逆变器输入电流的直流分量。

Wp1.gif (7835 字节)

图1用有源滤波器替代电解电容的单相逆变器

  电力有源滤波器为单相电流型,开关器件S1-S4采用功率MOSFET,其工作频率高,响应速度快。LF为有源滤波器直流侧储能元件,C为解调交流电容。

  电抗器LF中的电流if经开关器件S1-S4切换,在有源滤波器输入端产生包含逆变器输入纹波电流id.ac在内的调制波电流if.ac。电流if.ac经交流电容解调后产生与逆变器输入纹波电流id.ac近似等值而反向的电流ig,从而补偿了逆变器输入纹波电流id.ac。

3电力有源滤波器的控制

  电力有源滤波器采用直流环电压滞环控制的方法,控制电路方框图如图2所示。它包括基本控制,电抗器LF的平均电流控制及谐振抑制等。

Wp2.gif (11707 字节)

图2有源滤波器控制框图

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