直流有源电力滤波技术及其应用

直流有源电力滤波技术及其应用

并联直流有源电力滤波器通过使谐波源产生的谐波电流分流达到抑制直流负载纹波的目的，它承受全额负载电压。而在稳定/脉冲直流电源中，这个电压不会太高，器件完全能够承受。当纹波电流比较低时，用较小的纹波电流来控制直流有源电力滤波器比较困难，这时宜采用检测纹波电压来控制直流有源电力滤波器，使纹波电流分流[5]。并联直流有源电力滤波器比较适合于电感量较大直流负载。

3直流有源电力滤波器的典型拓扑及其应用

采用变压器—电抗器式串联直流有源电力滤波器研制的高稳定度大功率脉冲电源，其输出的主要技术指标为：电压220V，电流0～6500A，电源长期稳定度达到100mA，输出纹波电流峰峰值30mA，最大的电流变化率达到±20kA/s，最大的电压变化率达到±12kV/s。电源结构如图3所示。借助于直流有源电力滤波器，达到了既大幅度地衰减负载电流纹波，又能对负载电流、电压进行高速控制的目的。

提出了一种适合于离子加速器磁铁负载的新型电源，如图4所示。该电源系统由工作于开关方式的电流纹波调节器（SMRR）和一相控整流器（PRS）组成。SMRR由许多IGBT并联而成，采用斩波电路原理，串在相控整流器的输出电路中作为直流有源电力滤波器使用。它滤除了PRS输出电压中的谐波，尤其是低次谐波和非特征谐波。该系统供给磁铁负载的电流纹波系数能够达到1×10－5，同时还具有系统响应快、成本低的特点。

提出了直流有源电力滤波器与负载主电路并联联结的1kVA试验电源装置，如图5所示。该系统采用检测纹波电流的控制方法，直流有源电力滤波器不但用于消除负载电流纹波，而且还可用于补偿输出电流脉冲的跟踪误差。试验结果表明，该直流有源电力滤波器能够使负载纹波电流衰减到1/100。

提出了利用共用的直流母线电源，在交流侧并联有源电力滤波器抑制交流侧的谐波电流，而在直流侧串联直流有源电力滤波器消除直流侧谐波电压的结构，如图6所示。采用直流有源电力滤波器可望在整流器中代替体积大、造价高的平波电抗器。

图5采用并联联结的直流有源电力滤波器

图6并联交流与串联直流有源电力滤波器

图7带有直流有源滤波器的整流系统简图

图8有源滤波器投入前负载两端纹波电压波形

图9有源滤波器投入后负载两端纹波电压波形

针对实际工业应用的一台12脉波、120kW大功率高精度直流稳定/脉冲电源，笔者设计制作了一台直流有源电力滤波器，电路系统结构如图7所示。图8、图9分别是直流有源电力滤波器投入前、后负载两端纹波电压的波形。该电源某一工况时有源电力滤波器投入前、后的谐波电压各分量实测值。从图8、图9和表1可以清楚地看出直流有源电力滤波器抑制谐波的效果非常好，特别是抑制低次谐波的能力较强，而这些谐波的含量恰恰在负载纹波电流中占主导地位。经测量谐波电压值，用间接法计算，其负载电流纹波系数峰峰值小于1×10－5。

4结论

随着电力电子技术的发展，必将促使有源电力滤波器技术实用化。本文结合笔者为一台大功率高精度稳定/脉冲直流电源研制的直流有源电力滤波器的情况，介绍了直流有源电力滤波器在稳定/脉冲直流电源中应用的工作原理，主要的拓扑结构，国内外的研究及实际应用状况。结果表明，直流有源电力滤波器抑制纹波电流（压）的性能非常优秀，在现代科学研究和医疗、工业生产中具有广泛的应用前景。