3) 初 期 投 资 大 ， 运 行 费 用 高 。
因 而 ， 研 究 人 员 在 改 进 APF主 电 路 的 拓 扑 结 构 上 进 行 了 许 多 尝 试 。 由 于 APF造 价 高 ， 运 行 损 耗 大 ， 容 量 受 到 限 制 ， 因 此 ， 将 无 源 滤 波 器 与 有 源 滤 波 器 组 合 起 来 ， 构 成 混 合 型 有 源 滤 波 器 在 目 前 无 疑 是 一 种 较 好 的 方 案 。 但 从 长 远 角 度 看 ， 随 着 电 力 电 子 器 件 成 本 不 断 下 降 ， 它 将 被 性 价 比 更 高 的 串 － 并 联 有 源 滤 波 器 所 代 替 。
2.3 无 源 与 有 源 混 合 型 APF
大 容 量 的 有 源 滤 波 器 由 于 造 价 高 、 功 耗 大 ， 在 实 际 应 用 中 受 到 限 制 。 为 了 获 得 较 好 的 滤 波 特 性 ， 又 尽 可 能 降 低 造 价 ， 人 们 开 始 研 究 无 源 与 有 源 混 合 应 用 的 方 法 ， 提 出 了 串 联 有 源 滤 波 器 与 并 联 无 源 滤 波 器 共 用 的 方 案 [6]； 带 串 联 L－ C电 路 的 有 源 滤 波 器 方 案 [6][7]； 以 及 两 个 有 源 滤 波 器 与 一 组 无 源 滤 波 器 的 电 力 线 调 节 器 方 案 。
综 合 电 力 滤 波 系 统 主 电 路 结 构 如 图 7所 示 。 在 图 7（ a） 中 ， 对 于 负 载 侧 的 谐 波 电 流 源 ， 有 源 滤 波 器 被 控 制 为 一 个 等 效 谐 波 阻 抗 ， 它 使 无 源 和 有 源 滤 波 器 总 的 串 联 谐 波 阻 抗 对 各 次 谐 波 都 为 零 ， 从 而 使 所 有 的 负 载 谐 波 电 流 全 部 流 入 无 源 滤 波 器 支 路 ， 达 到 提 高 无 源 滤 波 器 滤 波 效 果 的 目 的 ， 此 时 有 源 滤 波 器 的 输 出 补 偿 电 压 为 所 有 负 载 谐 波 电 流 流 过 无 源 滤 波 器 时 产 生 的 电 压 。 对 于 电 源 电 压 中 的 畸 变 电 压 ， 有 源 滤 波 器 被 控 制 产 生 与 其 相 同 的 谐 波 补 偿 电 压 ， 以 抑 制 电 源 电 压 畸 变 产 生 的 谐 波 电 流 。 由 于 有 源 滤 波 器 不 是 直 接 对 谐 波 电 流 进 行 消 除 ， 而 是 起 到 提 高 无 源 滤 波 器 滤 波 效 果 的 目 的 ， 它 所 产 生 的 补 偿 电 压 中 不 含 有 基 波 电 网 电 压 ， 只 含 有 谐 波 电 压 ， 故 其 功 率 容 量 很 小 ， 具 有 良 好 的 经 济 性 ， 适 于 对 大 容 量 的 谐 波 负 载 进 行 补 偿 。 在 图 7（ b） 中 ， 该 混 合 电 力 滤 波 器 的 特 点 是 ： 利 用 无 源 滤 波 网 络 滤 去 5、 7次 等 低 次 电 流 谐 波 ， 并 进 行 基 波 无 功 功 率 的 补 偿 ， 使 有 源 滤 波 器 不 直 接 承 受 电 网 电 压 和 负 载 的 基 波 电 流 ， 仅 起 负 载 电 流 和 电 网 电 压 的 高 次 谐 波 隔 离 器 的 作 用 ， 因 而 有 源 滤 波 器 的 容 量 可 以 设 计 得 较 小 ， 利 用 串 联 的 有 源 滤 波 器 增 加 高 次 谐 波 阻 抗 而 对 基 波 无 影 响 的 特 性 ， 可 以 改 善 无 源 滤 波 器 的 滤 波 效 果 ， 防 止 与 电 网 之 间 发 生 谐 振 ； 同 时 ， 也 避 免 了 并 联 有 源 滤 波 器 的 谐 波 电 流 注 入 并 联 的 无 源 滤 波 器 形 成 谐 波 短 路 的 现 象 ， 提 高 了 有 源 滤 波 器 的 有 限 容 量 的 利 用 率 。 但 是 ， 在 该 种 拓 扑 中 ， 有 源 滤 波 器 的 性 能 很 大 程 度 上 决 定 于 电 流 互 感 器 的 特 性 。
图 8 所 示 为 新 型 混 合 有 源 滤 波 器 拓 扑 ， 该 拓 扑 具 有 以 下 几 个 优 点 ：
1） 采 用 开 关 频 率 较 低 的 IGBT构 成 的 逆 变 器 来 进 行 无 功 补 偿 ；
2） 由 开 关 频 率 高 ， 耐 压 较 低 的 MOSFET构 成 的 逆 变 器 进 行 谐 波 电 流 补 偿 ；
3） IGBT和 MOSFET逆 变 器 共 享 直 流 测 电 压 ， 简 化 了 控 制 ；
4） IGBT直 流 侧 所 需 电 压 可 大 大 降 低 ， 因 为 它 的 主 要 作 用 是 维 持 基 波 电 压 。 因 而 与 传 统 的 APF相 比 ， 该 APF系 统 工 作 的 电 压 等 级 更 低 ；
5） 高 频 逆 变 器 的 输 出 侧 采 用 变 压 器 隔 离 ， 可 消 除 大 部 分 干 扰 。
2.4 级 联 型 大 功 率 APF
对 于 大 功 率 的 电 力 电 子 装 置 ， 在 使 用 有 源 电 力 滤 波 器 进 行 谐 波 抑 制 和 无 功 补 偿 时 ， 相 应 地 要 求 有 源 电 力 滤 波 器 要 具 有 较 大 的 容 量 。 如 前 所 述 ， 当 有 源 电 力 滤 波 器 用 于 大 容 量 谐 波 补 偿 时 将 面 临 着 器 件 开 关 频 率 与 容 量 之 间 的 矛 盾 。 目 前 工 业 现 场 中 常 采 用 多 台 小 容 量 有 源 电 力 滤 波 器 并 联 ， 尤 其 对 一 些 具 有 电 流 源 性 质 的 设 备 。 这 种 方 案 的 补 偿 控 制 原 理 如 图 9所 示 ， 其 中 ， APF是 并 联 型 有 源 电 力 滤 波 器 ； K是 投 切 开 关 。 每 个 APF有 各 自 的 主 电 路 和 控 制 电 路 ， 各 APF的 控 制 和 补 偿 由 其 自 身 来 完 成 。 其 优 点 在 于 每 个 有 源 电 力 滤 波 器 具 有 相 对 的 独 立 性 ， 当 其 中 某 一 个 APF出 现 问 题 时 ， 并 不 影 响 其 它 APF的 工 作 。 其 不 足 之 处 主 要 在 于 各 有 源 电 力 滤 波 器 输 出 的 补 偿 电 流 之 间 缺 乏 协 调 控 制 ， 波 形 没 有 进 一 步 改 善 ， 且 控 制 电 路 的 数 量 相 对 较 多 。 近 年 来 ， 为 抑 制 大 功 率 电 力 电 子 装 置 谐 波 源 所 产 生 的 谐 波 ， 已 研 究 出 多 种 多 重 化 的 主 电 路 拓 扑 ， 比 较 有 代 表 意 义 的 是 级 联 型 多 电 平 变 流 器 [8]。 这 种 变 流 器 相 对 于 二 极 管 钳 位 型 多 电 平 变 流 器 、 电 容 钳 位 型 多 电 平 变 流 器 ， 有 以 下 优 势 ：
1） 开 关 器 件 和 电 容 承 受 的 负 荷 相 同 ， 器 件 开 关 频 率 相 同 ；
2） 所 用 器 件 较 少 ， 为 了 获 得 同 样 的 电 平 数 在 三 者 中 使 用 的 器 件 数 最 少 ；
3） 输 出 谐 波 低 ；
4） 各 模 块 结 构 相 同 ， 可 以 实 现 模 块 化 设 计 和 组 装 ， 无 须 额 外 设 置 钳 位 二 极 管 或 平 衡 电 容 ， 易 于 多 重 组 合 、 安 装 、 调 试 ；
5） 这 种 结 构 可 以 利 用 软 开 关 技 术 ， 能 够 减 小 缓 冲 电 路 的 尺 寸 甚 至 可 以 采 用 无 缓 冲 电 路 。
基 于 这 种 变 流 器 ， 我 们 提 出 一 种 如 图 10所 示 的 由 级 联 型 变 流 器 构 成 的 并 联 型 APF。 这 种 有 源 电 力 滤 波 器 的 特 点 是 ：
1） 各 单 相 全 桥 模 块 的 器 件 在 基 频 下 开 通 关 断 ， 所 以 电 磁 干 扰 和 开 关 损 耗 小 ， 效 率 高 ， 而 等 效 开 关 频 率 高 且 不 需 要 通 过 变 压 器 级 联 ；
2） 解 决 了 大 功 率 装 置 容 量 与 器 件 开 关 频 率 低 的 矛 盾 ；
3） 为 了 获 得 同 样 的 电 平 数 在 多 电 平 变 流 器 中 使 用 的 器 件 数 最 少 ；
4） 由 于 每 个 模 块 采 用 相 同 的 电 路 结 构 ， 可 以 实 现 模 块 化 设 计 和 组 装 ， 无 须 额 外 设 置 嵌 位 二 极 管 或 平 衡 电 容 ， 且 开 关 管 工 作 状 态 和 负 荷 一 致 ；
5） 基 于 低 压 小 容 量 变 换 器 级 联 的 组 成 方 式 ， 技 术 成 熟 ， 易 于 模 块 化 ， 直 流 侧 容 易 实 现 电 压 均 衡 ；
6） 可 采 用 软 开 关 技 术 ， 以 避 免 笨 重 、 耗 能 的 阻 容 吸 收 电 路 。
本文关键字：滤波器 电工文摘，电工技术 - 电工文摘
