有源濾波器在改善電能質(zhì)量方面的應(yīng)用

當(dāng)前電力電子技術(shù)對電力系統(tǒng)應(yīng)用的一個最新發(fā)展動向是中高壓大功率應(yīng)用技術(shù)。中高壓大功率系統(tǒng)，是電力系統(tǒng)一般現(xiàn)實，如6kV甚至更高等級電壓是廣泛存在的。這一方面依賴于高壓大功率器件的發(fā)展;另一方面，在電路結(jié)構(gòu)上，變壓器電壓等級變換是常用的辦法，但目前，一種稱為“多電平變流器”的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對電力電子(有源)裝置的高壓大功率應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。

多電平變流器的優(yōu)點是:降低單個功率管耐壓和功率、輸入和輸出諧波隨級數(shù)增加而減小(一般5～9級就可得到滿意的輸入輸出純度)、無須變壓器或輸入/輸出濾波、適合于高壓大功率應(yīng)用等。

多電平變流器有許多拓?fù)洌缰芯€箝位三電平、二極管箝位多電平、電容器箝位多電平以及組合式和疊層式等。其中，疊層結(jié)構(gòu)的多電平變換器，是將多個單相逆變器串聯(lián)構(gòu)成多電平變換器，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖12所示。

還有所謂“混合調(diào)制”的多電平變換器，即采用高壓大容量低頻(如GTO)器件與較高速度而耐壓和容量較低(如IGBT)器件組合，充分利用各自特點的方法以簡單的拓?fù)鋵崿F(xiàn)更高電壓和容量的能量的有源控制。

5 APF應(yīng)用簡介

浙江大學(xué)電氣學(xué)院對電力有源濾波器進(jìn)行了多年的深入研究，在理論、新結(jié)構(gòu)，特別是在應(yīng)用技術(shù)等方面取得了一系列成果。在國內(nèi)外重要雜志、會議發(fā)表相關(guān)論文近四十篇。

研制了我國第一臺工業(yè)現(xiàn)場實用、功率較大(50kVA)的串聯(lián)混合有源濾波器示范樣機(jī)，用于狹義諧波抑制。通過長期嚴(yán)格運(yùn)行試驗，結(jié)果表明:性能良好、運(yùn)行可靠。以下就此裝置簡要加以介紹。該裝置的原理方框圖、整機(jī)和主要電路的實物照片分別示于圖13、圖14。

上述50kVA串聯(lián)HAPF裝置安裝于某一重要工業(yè)現(xiàn)場，實現(xiàn)對變頻調(diào)速裝置產(chǎn)生的諧波進(jìn)行補(bǔ)償。安裝HAPF系統(tǒng)前、僅安裝無源裝置和串聯(lián)HAPF投入運(yùn)行的三種情況下，同一臺非線性負(fù)載的向電網(wǎng)吸取的電流波形分別示于圖15、16和17。部分測試數(shù)據(jù)如表2所示。

測試對象:變頻器編號P-1032/1，容量50kVA/33.5kw

測試負(fù)載工況:f=27.15Hz，6.6A RMS, 4.6A HM, 78% THDi_R,123% THDi_F

圖15～17和表2測試結(jié)果表明:

*諧波抑制效果十分顯著;

*峰值電流大幅度下降;

*有效值電流顯著下降;

*大范圍負(fù)載變化下的功率因數(shù)改善。

6結(jié)論

本文討論的有源濾波具有廣義性，具有多項電能質(zhì)量調(diào)整和控制功能，它由電力電子裝置組成，是FACTS的重要內(nèi)容。本文對有源濾波裝置的諧波抑制、無功補(bǔ)償、諧振阻尼、電壓補(bǔ)償和電力電子裝置的高壓大功率應(yīng)用等原理進(jìn)行了介紹。并介紹了一臺混合有源濾波器實驗樣機(jī)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果。

有源濾波裝置對電能質(zhì)量多功能控制的能力，并已達(dá)到處理數(shù)kV電壓和MVA級功率的水平。大力發(fā)展電力電子技術(shù)(有源)裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用的時機(jī)已趨成熟，加緊對此研究和推廣應(yīng)用，必將對提高電力系統(tǒng)的可控性和電能質(zhì)量帶來巨大作用。