在稳定/脉冲电源中直流有源电力滤波器原理及应用

时间：03-20 来源：中电网点击：

负载中出现的谐波分量。

直流有源电力滤波器（DCAPF）与交流有源电力滤波器，也就是我们一般所说的有源电力滤波器（APF），都是采用主动的而不是被动的方法或手段去吸收或消除谐（纹）波。因而直流有源电力滤波器和交流有源电力滤波器的工作原理是相同或相近的。但是，由于作用的对象不同，直流有源电力滤波器也有自己的特点。

与交流有源电力滤波器相似，按照其与直流负载的联结方式，直流有源电力滤波器也可分为串联直流有源电力滤波器和并联直流有源电力滤波器，分别如图1和图2所示。串联直流有源电力滤波器的工作原理是：检测整流器经平波电抗器（无源滤波器）后的输出电压，如图1所示，通过低通滤波器将纹波电压分离出来，用此信号控制直流有源电力滤波器的输出电压，并使与的大小相等，相位相反，从而达到显著减小直流负载中纹波电流的目的，在理论上完全可以使直流负载中不存在纹波电压。这里，直流有源电力滤波器相当于电压控制电压源（VCVS）的逆变器。严格地讲，采用串联直流有源电力滤波器时，可以不必串联平波电抗器。

并联直流有源电力滤波器的工作原理是：检测平波电抗器（无源滤波器）的输出电流Id＋ih，如图2所示，通过低通滤波器将纹波电流ih分离出来，用此信号控制直流有源电力滤波器的输出电流iah，使ih与iah的大小相等，相位相同（如图示方向），从而使直流负载上的纹波电流分流，达到减小直流负载中纹波电

图1带有直流有源滤波器的整流系统简图

图2有源滤波器投入前负载两端纹波电压波形

图3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。表1是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。

表1直流有源电力滤波器投入效果测试

频率/Hz
100
300
600
900

投入前的谐波电压值/mV投入后的谐波电压值/mV
3820340
920288
2040700
280130

3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。

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