三电平有源电力滤波器比两电平有哪些优势
(1) 低纹波电流,高电流响应速度.
纹波电流和电流响应速度是矛盾的两个指标.作为有源电力滤波器,其基本原理是检测负载谐波,注入反相谐波,以谐波的相互抵消达到滤波的目的.一般的有源电力滤波器是一个电流模式控制的电压源逆变器.输出电流是通过逆变器输出的电压作用在输出电感上产生的.逆变器采用脉冲宽度调制,根据电工的基本原理,纹波电流决定于开关频率、直流母线电压、输出电感的大小,与电流环的控制无关.开关频率越高纹波电流越小、直流母线电压越高,纹波电流越大;输出电感越大,纹波电流越小.而逆变器期望的输出电流是由电流环所控制.有源电力滤波器输出谐波电流,如果按基波50Hz,补偿50次谐波计算,最高谐波频率将达到2.5kHz.有源电力滤波器对电流响应速度有很高的要求.电流响应速度与直流母线电压和输出电感大小有关.直流母线电压越高,电流响应越快;输出电感越大,电流响应越慢.我们期望输出纹波电流越小越好,电流响应速度越快越好,这是一对矛盾.从上述分析可以看出,两电平有源电力滤波器解决这个矛盾的办法只能是提高开关频率.现在某些厂家的两电平有源电力滤波器产品的开关频率已经达到20kHz.但是,开关频率的提高带来的是更高的开关损耗以及驱动损耗,有源电力滤波器的单机容量会受到限制,而对于更高电压等级的有源电力滤波器,高压的IGBT根本就不允许那么高的开关频率.然而,三电平有源电力滤波器从原理上就是一个解决上述问题的方案.三电平逆变器可以输出正、负、零三种电压,在计算纹波电流时,只需按直流母线电压的一半计算.由此,在相同开关频率、相同直流母线电压、相同纹波电流要求的前提下,三电平的输出电感为两电平的一半,同时器件的开关损耗和电感上的纹波损耗也会降低.在计算电流响应速度时,起作用的将是全部直流母线电压,而输出电感的减半,将加快电流的响应速度,增强滤波效果,提高单机容量.
(2) 提高系统耐压,应用于较高电压系统.
通常国内低压电网为400V,但是对于某些行业,其低压电网会比较高,例如石油钻机传动采用的是600V,矿山用电可能是690V或1140V,而某些行业的电压等级可能更加多样,但一般都是500V以上.如何解决这些行业谐波治理需求,是一个问题.通常为了提高电流响应速度、保证补偿效果,处理谐波的有源电力滤波器比处理基波的变频器或并网逆变器需要更高的直流母线电压.通常两电平逆变器的直流母线电压是交流电网电压有效值的2倍.对于380V应用,直流母线电压一般在700V~750V,而对于600V,直流母线电压需要达到1200V.很多企业的做法是加一个变压器,将其他等级的电压变为400V.通过谐波的变压器是经过特殊设计的,价格比较高,体积也比较大,变压的损耗也会比较大.而采用三电平技术,可以用耐压较低的管子组成耐压较高的变流器系统,可以直接连接到电压较高的电网上,同时保证较好滤波效果和单机容量.
