1 前言 電力電子裝置和非線性負(fù)載的普遍使用，使諧波電流和無(wú)功電流大量注入電網(wǎng)，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全運(yùn)行與正常使用，對(duì)諧波無(wú)功進(jìn)行濾波和補(bǔ)償已成為電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)、電氣自動(dòng)化、理論電工等領(lǐng)域中的重要研究課題。 在大功率整流器領(lǐng)域，當(dāng)功率等級(jí)大于200KVA時(shí)，通常采用多相整流技術(shù)，如采用12脈波、18脈波、24脈波、36脈波等整流技術(shù)，這些技術(shù)具有輸出直流電壓紋波小，輸入電流諧波含量小，輸入功率因數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，因此得到了普遍應(yīng)用[1]。12相脈波整流技術(shù)廣泛應(yīng)用在如大功率UPS，大功率直流裝置、大功率裝置擴(kuò)容、飛機(jī)電源系統(tǒng)、電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開(kāi)關(guān)電源等領(lǐng)域。然而12脈波整流器是由兩個(gè)6脈波整流器并聯(lián)而成，兩者之間相位差是30度，由兩組獨(dú)立的次級(jí)繞組供電，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)引起電網(wǎng)各點(diǎn)波形的畸變，干擾其他用戶負(fù)載的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起整流器性能的下降[2]，且隨著新諧波標(biāo)準(zhǔn)IEC61000—3—4的出現(xiàn)，對(duì)諧波的要求提高了，12脈波整流器的l1次、13次諧波較高的缺點(diǎn)將影響它的應(yīng)用。另外，12脈沖整流器存在低負(fù)載率時(shí)效果很差；系統(tǒng)效率損失較大；價(jià)格較高；可靠性低；安全性差；與發(fā)電機(jī)匹配差等問(wèn)題。 有源電力濾波器是一種動(dòng)態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無(wú)功的電力電子裝置，它能對(duì)頻率和大小都變化的諧波和無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，可以彌補(bǔ)無(wú)源濾波器的缺點(diǎn)，獲得比無(wú)源濾波器更好的補(bǔ)償特性，是一種理想的補(bǔ)償諧波裝置。 針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出將有源濾波器應(yīng)用在大功率12相脈波整流器中。 2 12脈波整流器的原理 整流裝置功率越大，它對(duì)電網(wǎng)的干擾也就越大，當(dāng)一個(gè)電源周期中整流輸出電壓脈波數(shù)越多，則輸出電壓中的諧波階次越高，脈波幅值越小，整流特性越好，同時(shí)整流裝置的交流電流中的諧波頻率越高，諧波電流值也越小。所以在工程實(shí)踐中人們?yōu)榱讼?，7次諧波，通常采用兩套整流器通過(guò)不同相位的疊加，這就是現(xiàn)在廣泛使用的12脈波整流器。 圖1 12脈波整流器電路圖 如圖1是12脈波整流器電路圖，在一個(gè)基本6脈沖整流器（超前）的基礎(chǔ)上利用單繞組輸入／雙繞組輸出的變壓器產(chǎn)生滯后30度的移相電壓，再送入另一整流器（滯后整流器，如圖1 ），使得兩個(gè)整流器產(chǎn)生的直流電流并聯(lián)。 網(wǎng)側(cè)輸入端電流如下式 上式中為角頻率， 為直流電流。由上式可知12相脈波整流技術(shù)可以徹底消除5，7次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。 表1 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-3-4諧波標(biāo)準(zhǔn)[3] 第k次諧波 諧波含量 無(wú)濾波器 LC濾波器 12脈沖 有源濾波器 H3 21.6% - - - - H5 10.7% 32% 2.9% 2.8% 2.5% H7 7.2% 3.5% 1.9% 1.5% 1.5% H9 3.8% - - 6% - H11 3.1% 7% 3.8% 9.1% 2% H13 2.0% 2.7% 1.9% 4.7% 0.5% H17 1.2% 2.5% 1.7% 1% 1.1% H19 1.1% 2.1% 1.3% 0.7% 0.9% THDI 25% 35% 6% 10% 4% 如表1所示，Hk表示第k次諧波，%H1表示IEC61000-3-4要求的諧波含量，THDI表示總電流諧波失真度。12脈沖整流器的總電流諧波失真度(THDI)為10%，滿足該標(biāo)準(zhǔn)，但是單次諧波H11、H13均超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的兩倍以上，甚至比原6脈沖整流器的H11、H13還要大。在一些特殊場(chǎng)合，其結(jié)果甚至還不如6脈波整流器與LC濾波器結(jié)合的效果。 另外，采用12脈波整流器將降低系統(tǒng)效率的2%-3%，而普通LC濾波器僅降低1%左右。 由于上述問(wèn)題，12脈沖整流器將逐漸趨于淘汰，而應(yīng)用新技術(shù)的有源濾波器產(chǎn)品必將成為未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。 3 APF原理及其優(yōu)點(diǎn) 有源濾波器工作原理[4]是：用電流互感器采集網(wǎng)側(cè)線路上的電流，經(jīng)A/D采樣，將所得的電流信號(hào)進(jìn)行諧波分離算法的處理，得到諧波參考信號(hào)，作為PWM的調(diào)制信號(hào)，與三角波相比，從而得到開(kāi)關(guān)信號(hào)，用此開(kāi)關(guān)信號(hào)去控制IGBT單相橋，根據(jù)PWM技術(shù)的原理，將上下橋臂的開(kāi)關(guān)信號(hào)反接，就可得到與線上諧波信號(hào)大小相等、方向相反的諧波電流，將線上的諧波電流抵消掉，這是前饋控制部分。再將有源濾波器接入點(diǎn)后的線上電流的諧波分量反饋回來(lái)，作為調(diào)節(jié)器的輸入，調(diào)整前饋控制的誤差。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，有源濾波器主電路大多采用PWM變流器，功率器件采用IGBT，根據(jù)驅(qū)動(dòng)指令是不同橋臂上的管子開(kāi)通或關(guān)斷，從而產(chǎn)生與諧波大小相等方向相反的電流注入網(wǎng)絡(luò)，使電網(wǎng)電能質(zhì)量得到改善。 有源濾波器具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）不僅能抑制各次諧波，還可以抑制閃變，補(bǔ)償無(wú)功，有一機(jī)多能的特點(diǎn)，在性價(jià)比上較合理；（2）濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)；（3）實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)與控制自動(dòng)化，替代傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)控與操作手段。可見(jiàn)，有源濾波裝置具有巨大的技術(shù)與性能優(yōu)勢(shì)，隨著電力電子工業(yè)的發(fā)展，器件的性價(jià)比將不斷提高，有源濾波補(bǔ)償裝置必然會(huì)得到越來(lái)越廣泛的使用。 但是大容量的有源濾波器造價(jià)高，功耗大，在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。要獲得較好的濾波特性，又要降低價(jià)格就要降低裝置的容量，而有源電力濾波器的容量取決于與裝置連接的交流回路電壓有效值與補(bǔ)償電流有效值的乘積。并聯(lián)型有源電力濾波器與諧波源負(fù)載所接的交流電壓相同，因此裝置的容量主要由補(bǔ)償電流決定，系統(tǒng)只補(bǔ)償諧波時(shí)，有源電力濾波器的補(bǔ)償電流與負(fù)載電流的諧波分量大小相等而方向相反，兩者的有效值是一樣的，這種情況下，裝置的容量取決于負(fù)載電流中諧波的大小。 4 APF與12相脈波整流器的結(jié)合 在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，12脈波整流器仍然大量使用[5][6]，而且主要集中在大功率裝置場(chǎng)合。完全取代12脈波整流器是很不現(xiàn)實(shí)的，我們可以利用其抑制5、7次諧波的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)利用有源濾波器可以提高整體補(bǔ)償效果等特點(diǎn)，將兩者結(jié)合起來(lái)。大容量的有源濾波器由于造價(jià)高、功耗大，在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。為了獲得較好的濾波特性，又盡可能降低造價(jià)，人們開(kāi)始研究無(wú)源與有源混合應(yīng)用的方法，提出了并聯(lián)有源濾波器與無(wú)源濾波器共用的方案；帶串聯(lián)L－C電路的有源濾波器方案；以及兩個(gè)有源濾波器與一組無(wú)源濾波器的電力線調(diào)節(jié)器等方案。 本文利用12脈波整流器可以有效抑制5、7次諧波的特點(diǎn)，提出在12脈波整流電路中并聯(lián)有源濾波器與無(wú)源濾波器的混合濾波器。 綜合電力濾波系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。該電力濾波器的特點(diǎn)是：利用12相整流器濾去5、7次等低次電流諧波，使有源濾波器不直接承受電網(wǎng)電壓和負(fù)載的基波電流， 僅起隔離負(fù)載電流和電網(wǎng)電壓高次諧波的作用， 因而有源濾波器的容量可以設(shè)計(jì)得較小，而且利用無(wú)源濾波器濾掉電網(wǎng)中11次、13次諧波，大大減低了系統(tǒng)的體積和成本。并聯(lián)的有源濾波器對(duì)高次諧波產(chǎn)生阻抗而對(duì)基波無(wú)影響，可以改善系統(tǒng)的濾波效果， 防止電網(wǎng)之間發(fā)生諧振，同時(shí)也避免了并聯(lián)有源濾波器的諧波電流注入濾波器形成諧波短路的現(xiàn)象，提高了有源濾波器的有限容量的利用率。 5 結(jié)論 APF作為消除電力公害、改善供電質(zhì)量的有力工具，在美國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到了日益廣泛的應(yīng)用。特別在日本，APF已經(jīng)達(dá)到普及應(yīng)用階段。本文將APF應(yīng)用于現(xiàn)在非常熱門的12相脈波整流器中，選擇有源濾波器與無(wú)源濾波混合主電路從而使APF更有效的應(yīng)用在大功率場(chǎng)合，降低了諧波對(duì)電網(wǎng)的干擾，能獲得較好的輸出直流波形；并減少了對(duì)通訊和控制回路的干擾以及對(duì)PLC等精密電子器件的誤動(dòng)作和損壞。同時(shí)由于利用了12脈波本身的優(yōu)點(diǎn)降低了APF的容量 ，從而達(dá)到科學(xué)合理用電,抑制電網(wǎng)污染,提高電源質(zhì)量等效果。 參考文獻(xiàn)： （1）劉焱海，張東來(lái)。一種12脈沖整流器用的新型自耦變壓器分析。電力電子技術(shù)。2006,40(3):80-82 (2)劉鳳君。UPS 12脈波整流器與有源濾波器在UPS中的應(yīng)用。不間斷電源。2006，2；15-21。 （3）韓林，UPS中的12脈沖整流器。UPS應(yīng)用。2005.50期:51-53. 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