有源電力濾波器與高壓變頻器結合應用研究

2012-09-22 05:49:56王西前

電氣技術 2012年3期

王西前

（上海追日電氣有限公司，上海 200331）

隨著現代電力電子技術和微電子技術的迅猛發展，高壓大功率變頻調速裝置不斷成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來通過器件串聯或單元串聯得到了很好地解決，其應用領域和范圍也越來越廣泛，這使得高效、合理地利用能源（尤其是電能）成為可能。電機是國民經濟中主要的耗電大戶，高壓大功率電機則更為突出，而這些設備大部分都有節能的潛力，大力發展高壓大功率變頻調速技術具有深遠的意義。

有源電力濾波器（APF）是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償。目前有源濾波器主要應用在380V電壓等級的用電設備上，對于高壓等級的用電設備應用很少。

下面主要針對高壓變頻器不可控整流、半控整流功率因數低、諧波大、效率低等問題，提出將有源濾波器和高壓變頻器結合應用在用電設備上，從而實現高效、節能、環保。

1 有源濾波器的拓撲結構及原理

有源濾波器同無源濾波器比較，諧波治理效果更好，可以同時濾除多次及高次諧波，且不會引起諧振。目前的有源濾波器均以低壓為主，高壓有源濾波器技術已經成熟，但是實際應用安全系數很低，國際普遍做法是以變壓器升壓，來保證其可靠性，國家相關部門也要求以變壓器升壓的形式和有源濾波器結合，治理高壓諧波。

圖1 有源濾波器主電路及控制框圖

有源電力濾波器通過電流互感器檢測負載電流，并通過內部DSP計算，提取出負載電流中的諧波成分，然后通過PWM信號發送給內部IGBT，控制逆變器產生一個和負載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網中，從而達到濾波的目的。

2 高壓變頻器的拓撲結構及原理

高壓變頻器是指輸入電源電壓在3kV以上的大功率變頻器，主要電壓等級有3kV、3.3kV、6kV、6.6kV、10kV等。

高壓變頻器有高—低—高、低—高、高—高之分。

高—低—高方式高壓變頻器是將高壓電源用變壓器降壓后，用低壓變頻器進行控制，再用升壓變壓器將電壓升到電機使用的電壓。一般高—低—高方式都用在小功率的高壓電機做變頻節能用。

低—高方式高壓變頻器是用低壓變頻器控制后，直接用升壓變壓器升到電機使用電壓。該方式也是用在小功率高壓電機變頻節能用。

高—高方式高壓變頻器是直接用變頻器多個模塊級聯組成，直接使用高壓電源，直接輸出高壓供電機使用。高—高方式主要用在大功率高壓電機做變頻節能用。

目前大多數高壓變頻器廠家都是采用級聯式方式，本文也是以級聯式高壓變頻器為應用實例作分析。圖2為高壓變頻器系統結構圖。

3 實驗結果

客戶現場為一臺高壓變頻器（額定電流為88A，額定電壓6kV）帶動一臺電動機（額定電流為64A，額定電壓6kV），高壓變頻器每相為6個單元串聯組成。本文以圖3所示的只加載移相變壓器二次側一個單元為例，來說明采用上海追日電氣有限公司的ZAPF有源電力濾波器對高壓變頻器諧波濾除情況，圖5為一個單元的輸入前端的電流波形，諧波含量很大，達到 71.3%，圖 6為通過變壓器把有源濾波器加載到該單元后電流波形變化，電流諧波明顯減小，達到4.046%，達到國家標準要求，通過波形對比可以看出，有源濾波器能很好地將諧波濾除，能很好地控制諧波對電網的污染。