直流有源電力濾波技術(shù)及其應用

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于電流控制電流源（CCCS）的逆變器。也可以檢測整流器經(jīng)平波電抗器后的輸出電壓，如圖2所示，通過低通濾波器將紋波電壓分離出來，用此信號控制直流有源電力濾波器的輸出電流iah，使直流負載上的紋波電流分流，同樣可以達到降低直流負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載端的紋波電流，但可以使其大幅度地衰減。這時，直流有源電力濾波器相當于電壓控制電流源（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，它通過全額負載電流。當負載電流較大時，直流有源電力濾波器必須采用多個器件并聯(lián)運行，損耗也比較大，這是它的缺點。串聯(lián)直流有源電力濾波器比較適合于對紋波電流要求低的電感量較小或純阻性的直流負載。

并聯(lián)直流有源電力濾波器通過使諧波源產(chǎn)生的諧波電流分流達到抑制直流負載紋波的目的，它承受全額負載電壓。而在穩(wěn)定/脈沖直流電源中，這個電壓不會太高，器件完全能夠承受。當紋波電流比較低時，用較小的紋波電流來控制直流有源電力濾波器比較困難，這時宜采用檢測紋波電壓來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載。

3直流有源電力濾波器的典型拓撲及其應用

文獻[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)指標為：電壓220V，電流0～6500A，電源長期穩(wěn)定度達到100mA，輸出紋波電流峰卜逯30mA，最大的電流變化率達到±20kA/s，最大的電壓變化率達到±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，達到了既大幅度地衰減負載電流紋波，又能對負載電流、電壓進行高速控制的目的。

文獻[2]提出了一種適合于離子加速器磁鐵負載的新型電源，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)供給磁鐵負載的電流紋波系數(shù)能夠達到1×10－5，同時還具有系統(tǒng)響應快、成本低的特點。

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

文獻[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