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電力有源濾波器裝置的基本原理

  作為電力有源濾波器裝置,其基本原理是檢測(cè)負(fù)載諧波,注入反相諧波,以諧波的相互抵消達(dá)到濾波的目的。一般的有源電力濾波器是一個(gè)電流模式控制的電壓源逆變器。輸出電流是通過(guò)逆變器輸出的電壓作用在輸出電感上產(chǎn)生的。逆變器采用脈沖寬度調(diào)制,根據(jù)電工的基本原理,紋波電流決定于開關(guān)頻率、直流母線電壓、輸出電感的大小,與電流環(huán)的控制無(wú)關(guān)。開關(guān)頻率越高紋波電流越小、直流母線電壓越高,紋波電流越大;輸出電感越大,紋波電流越小。

  而逆變器期望的輸出電流是由電流環(huán)所控制。有源電力濾波器輸出諧波電流,如果按基波50Hz,補(bǔ)償50次諧波計(jì)算,*高諧波頻率將達(dá)到2.5kHz。有源電力濾波器對(duì)電流響應(yīng)速度有很高的要求。電流響應(yīng)速度與直流母線電壓和輸出電感大小有關(guān)。直流母線電壓越高,電流響應(yīng)越快;輸出電感越大,電流響應(yīng)越慢。我們期望輸出紋波電流越小越好,電流響應(yīng)速度越快越好,這是一對(duì)矛盾。

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  從上述分析可以看出,兩電平有源電力濾波器解決這個(gè)矛盾的辦法只能是提高開關(guān)。在某些廠家的兩電平有源電力濾波器產(chǎn)品的開關(guān)頻率已經(jīng)達(dá)到20kHz。但是,開關(guān)頻率的提高帶來(lái)的是更高的開關(guān)損耗以及驅(qū)動(dòng)損耗,有源電力濾波器的單機(jī)容量會(huì)受到限制,而對(duì)于更高電壓等級(jí)的有源電力濾波器,高壓的IGBT根本就不允許那么高的開關(guān)頻率。然而,三電平有源電力濾波器從原理上就是一個(gè)解決上述問(wèn)題的方案。三電平逆變器可以輸出正、負(fù)、零三種電壓,在計(jì)算紋波電流時(shí),只需按直流母線電壓的一半計(jì)算。

  由此,在相同開關(guān)頻率、相同直流母線電壓、相同紋波電流要求的前提下,三電平的輸出電感為兩電平的一半,同時(shí)器件的開關(guān)損耗和電感上的紋波損耗也會(huì)降低。在計(jì)算電流響應(yīng)速度時(shí),起作用的將是全部直流母線電壓,而輸出電感的減半,將加快電流的響應(yīng)速度,增強(qiáng)濾波效果,提高單機(jī)容量。


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