Двоступеневий паралельний активний фільтр

Двоступеневий паралельний активний фільтр, що містить два інвертори із загальною ланкою 3 Відомий паралельний АФ [Sangsun Kim, P.N. Enjeti, "A New Hybrid Active Power Filter (APF) Topology", IEEE Trans. On Power Electronics, vol. 17, #1, January 2002. - pp. 48-54.], що складається з двох інверторів, виходи яких з'єднані послідовно з допомогою схеми узгодження і фільтрації, і схеми керування. При цьому один інвертор має велику потужність, працює на відносно низькій частоті і підключений до мережі через фільтр третього порядку, а другий інвертор (меншої потужності) має знижену напругу ланки постійного струму, підвищену частоту комутації і підключений до мережі через фільтр першого порядку. Комбінація двох інверторів дозволяє отримати якісну компенсацію вищих гармонік струму та водночас мінімізувати залишковий вплив на мережу з боку АФ. Недоліком наведеного АФ є необхідність застосування трифазного трансформатора узгодження виходів інверторів, що різко погіршує масогабаритні показники АФ, призводить до підвищення втрат енергії та збільшує вартість системи. Відомий паралельний АФ [L. Asiminoaei, E. Aeloiza, J.H. Kim, P. Enjeti, F. Blaabjerg, L. T. Moran, S.K. Sul, "An interleaved active power filter with reduced size of passive components", Proc. of APEC'06, Vol. 1, 2006, pp. 969-976.], який складається з двох інверторів із загальною ланкою постійного струму, двох інтерфейсних фільтрів і схеми керування. Інвертори працюють на однаковій частоті, при цьому для керування ними застосована широтно-імпульсна модуляція (ШІМ) із різницею фаз 180 електричних градусів між інверторами. Такий АФ має подвоєну частоту і знижений рівень пульсацій вихідного струму, що полегшує їх фільтрацію, не потребує використання трансформатора. Недоліками наведеного АФ є обмеженість застосування методів керування із змінною частотою комутації, неможливість подальшого зменшення вихідних пульсацій без погіршення якості фільтрації вищих гармонік. Пристрій прийнято за прототип. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити паралельний АФ, в якому за рахунок додавання нових елементів і зміни топології схеми забезпечується підвищення якості компенсації вищих гармонік струму, значно знижується залишковий вплив АФ на мережу живлення, що покращує якість електроенергії та умови електромагнітної сумісності. Для рішення поставленої задачі в двоступеневому паралельному активному фільтрі, що містить два інвертори із загальною ланкою постійного струму, два інтерфейсних фільтра і схему керування, відповідно до винаходу, в кожній фазі між виходами інтерфейсних фільтрів додатково введено напівмостовий інвертор із двох послідовно з'єднаних транзисторів, дроселя і двох конденсаторів, причому стік (колектор) першого транзистора з'єднаний з виходом першого інтерфейсного фільтра, витік (емітер) другого транзистора з'єднаний з виходом другого інтерфейсного фільтра, середня точка з'єднання транзисторів через дро 95208 4 сель підключена до фази мережі, крім того між виходами інтерфейсних фільтрів і негативною шиною ланки постійного струму включені конденсатори. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показана блок-схема паралельного АФ, на фіг. 2 - електрична схема силової частини (фази В, С показані умовно). Як приклад виконання паралельного АФ потужністю понад 20 кВА (середньоквадратичний вихідний струм до 30 А на фазу) приведений пристрій, який містить інвертори 1 (VT1-VT2 IRG4PH50UD, фіг. 2) і 2 (VT3-VT4 IRG4PH50UD, фіг. 2) із загальною ланкою постійного струму 3 (CDС=4700 мкФ 800 В, фіг. 2), до виходу яких підключені інтерфейсні фільтри 4 (L1=3 мГн 32 А, фіг. 2) і 5 (L2=3 мГн 32 А, фіг. 2), схему керування 6 (на фіг. 2 показана умовно) і додатково введений напівмостовий інвертор 7, шини живлення якого підключені до виходів інтерфейсних фільтрів 4 і 5, а вихід підключений до мережі через дросель (VT5-VT6 IRFP4468, С1=С2=10 мкФ 800 В, L3=200 мкГн 45 А, фіг. 2). З'єднання елементів електричної схеми виконано відповідно до фіг. 2. Частота перемикання інверторів VT1-VT2 і VT3-VT4 становить 5 кГц, інвертора VT5-VT6 - 64 кГц. Пристрій працює в такий спосіб. Інвертори 1 (VT1-VT2) і 2 (VT3-VT4) працюють в режимі «плаваючих» джерел живлення для додаткового інвертора 7 (VT5-VT6). Метод керування - ШІМ без зсуву фаз між інверторами. Частота комутації інверторів VT1-VT2 і VT3-VT4 вибрана нижчою, ніж зазвичай необхідна для якісної роботи АФ. Інтерфейсні фільтри 4 і 5 встановлені для попередньої фільтрації вихідної напруги інверторів. Інвертор VT1-VT2 формує на конденсаторі С1 напругу, на 20 В більшу за миттєву фазну напругу мережі, інвертор VT3-VT4 формує на С2 напругу, на 20 В меншу від миттєвої фазної. Таким чином, напруга живлення VT5-VT6 становить близько 40 В. Проте ця напруга має пульсації з частотою 5 кГц і розмахом до 35 В. Схема керування інвертором VT5-VT6, завдяки підвищеній частоті їх комутації, запобігає проникненню цих пульсацій до мережі і формує вихідний струм АФ (струм дроселя L3) з урахуванням необхідної компенсації вищих гармонік і стабілізації напруги на конденсаторі ланки постійного струму CDC. «Плаваюча» знижена напруга живлення інвертора VT5-VT6 дозволяє застосувати в ньому не тільки IGBT, а й швидкодіючі MOSFET транзистори, що дає можливість підвищити частоту їх перемикання, знизити залишкові пульсації вихідного струму і покращити динаміку його регулювання. У наведеній схемі розмах пульсацій струму L3 не перевищує 1,5 А. Для запропонованого схемного рішення АФ можливе застосування будь-якого відомого методу керування для паралельних АФ. В наведеному пристрої для керування інвертором VT5-VT6 застосовано т. з. SDM-метод формування струму завдання і ШІМ регулятор струму з петлею зворотного зв'язку по струму дроселя L3. 5 95208 Застосування запропонованого схемного рішення паралельного активного фільтра дозволить підвищити якість фільтрації вищих гармонік нелі Комп’ютерна верстка І. Скворцова 6 нійних навантажень, знизити рівень електромагнітних завад та підвищити якість напруги мережі живлення. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601