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功動態補償裝置。電力有源濾波器作為諧波發生器，加在變換器直流側，以抵消變換器產生的諧波，起到諧波內補償的作用。同時，用有源濾波器取代電解電容，實現電解電容的“硅解。本文介紹其工作原理并做了相應的PSPICE仿真。

關鍵詞：諧波補償電力有源濾波器硅解

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干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。由于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“硅解無源元件的辦法。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“硅解電解電容，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經開關器件S1－S4切換，在有源濾波器輸入端產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經交流電容解調后產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電壓滯環控制的方法，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