直流有源電力濾波技術(shù)及其應(yīng)用

圖4串聯(lián)斬波方式的直流有源電力濾波器

流的目的。這里，直流有源電力濾波器相當(dāng)于電流控制電流源（CCCS）的逆變器。也可以檢測(cè)整流器經(jīng)平波電抗器后的輸出電壓，如圖2所示，通過(guò)低通濾波器將紋波電壓分離出來(lái)，用此信號(hào)控制直流有源電力濾波器的輸出電流iah，使直流負(fù)載上的紋波電流分流，同樣可以達(dá)到降低直流負(fù)載中紋波電流的目的。在這種情況下，雖然直流有源電力濾波器在理論上不能徹底消除負(fù)載端的紋波電流，但可以使其大幅度地衰減。這時(shí)，直流有源電力濾波器相當(dāng)于電壓控制電流源（VCCS）的逆變器。

從上面介紹的直流有源電力濾波器的工作原理可以看出，串聯(lián)直流有源電力濾波器所抑制的是紋波電壓，它通過(guò)全額負(fù)載電流。當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，直流有源電力濾波器必須采用多個(gè)器件并聯(lián)運(yùn)行，損耗也比較大，這是它的缺點(diǎn)。串聯(lián)直流有源電力濾波器比較適合于對(duì)紋波電流要求低的電感量較小或純阻性的直流負(fù)載。

并聯(lián)直流有源電力濾波器通過(guò)使諧波源產(chǎn)生的諧波電流分流達(dá)到抑制直流負(fù)載紋波的目的，它承受全額負(fù)載電壓。而在穩(wěn)定/脈沖直流電源中，這個(gè)電壓不會(huì)太高，器件完全能夠承受。當(dāng)紋波電流比較低時(shí)，用較小的紋波電流來(lái)控制直流有源電力濾波器比較困難，這時(shí)宜采用檢測(cè)紋波電壓來(lái)控制直流有源電力濾波器，使紋波電流分流[5]。并聯(lián)直流有源電力濾波器比較適合于電感量較大直流負(fù)載。

3直流有源電力濾波器的典型拓?fù)浼捌鋺?yīng)用

文獻(xiàn)[1]采用變壓器—電抗器式串聯(lián)直流有源電力濾波器研制的高穩(wěn)定度大功率脈沖電源，其輸出的主要技術(shù)指標(biāo)為：電壓220V，電流0～6500A，電源長(zhǎng)期穩(wěn)定度達(dá)到100mA，輸出紋波電流峰卜逯30mA，最大的電流變化率達(dá)到±20kA/s，最大的電壓變化率達(dá)到±12kV/s。電源結(jié)構(gòu)如圖3所示。借助于直流有源電力濾波器，達(dá)到了既大幅度地衰減負(fù)載電流紋波，又能對(duì)負(fù)載電流、電壓進(jìn)行高速控制的目的。

文獻(xiàn)[2]提出了一種適合于離子加速器磁鐵負(fù)載的新型電源，如圖4所示。該電源系統(tǒng)由工作于開關(guān)方式的電流紋波調(diào)節(jié)器（SMRR）和一相控整流器（PRS）組成。SMRR由許多IGBT并聯(lián)而成，采用斬波電路原理，串在相控整流器的輸出電路中作為直流有源電力濾波器使用。它濾除了PRS輸出電壓中的諧波，尤其是低次諧波和非特征諧波。該系統(tǒng)供給磁鐵負(fù)載的電流紋波系數(shù)能夠達(dá)到1×10－5，同時(shí)還具有系統(tǒng)響應(yīng)快、成本低的特點(diǎn)。

文獻(xiàn)[3]提出了直流有源電力濾波器與負(fù)載主電路并聯(lián)聯(lián)結(jié)的1kVA試驗(yàn)電源裝置，如圖5所示。該系統(tǒng)采用檢測(cè)紋波電流的控制方法，直流有源電力濾波器不但用于消除負(fù)載電流紋波，而且還可用于補(bǔ)償輸出電流脈沖的跟蹤誤差。試驗(yàn)結(jié)果表明，該直流有源電力濾波器能夠使負(fù)載紋波電流衰減到1/100。

文獻(xiàn)[4]提出了利用共用的直流母線電源，在交流側(cè)并聯(lián)有源電力濾波器抑制交流側(cè)的諧波電流，而在直流側(cè)串聯(lián)直流有源電力濾波器消除直流側(cè)諧波電壓的結(jié)構(gòu)，如圖6所示。采用直流有源電力濾波器可望在整流器中代替體積大、造價(jià)高的平波電抗器。

圖5采用并聯(lián)聯(lián)結(jié)的直流有源電力濾波器

圖6并聯(lián)交流與串聯(lián)直流有源電力濾波器