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一种抑制电网谐波污染的新技术

2015-02-24 02:02
默菲
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  随着电力电子技术的发展,直流负载在电网中的比重由 2000 年的30%升至现在的60%,到2020 年会上升到90%左右。大部分的直流负载电源都是恒压的,因此整流和滤波装置被认为是必不可少的原则。但是,三相电源的瞬时功率是平衡的,滤波组件不停地在吸收和返还能量以输出恒定的电压。所有的这些能量的来来去去变成了谐波辐射到三相电源网中。使恒定的能量流由电网传递到直流用电器,整流但不滤波,就是我们所要做也是所希望做的事情。(同历史上多次的重大技术进步类似,它们的产生和发展常带来一些甚至能威胁其自身生存的问题。)整流谐波污染已在世界范围内造成不断升级的大规模停电等事故和频繁的城市火灾。统计表明美国平均每4 个月就要发生一次50 万用户以上的大范围停电事故,其中大部分与谐波污染和不恰当的处理不同程度相关。一个一般性的并且对世界范围有如此重大影响的技术问题能持续几十年得不到解决,是很少见的。人类已经到了不得不面对而不能再漠视供电质量,谐波污染已经成为了电力电子技术甚至整个技术生产体系发展的巨大障碍。制造商责任的思想是现代社会发展的趋势,生产的电器产品就不应该有谐波辐射污染。如果越来越多的高谐波辐射设备接入电网,靠网上质量标准体系无法规范的ASVGA 来补偿,不仅是社会资源的浪费,最终还会导致电网的崩溃。

  三、阻断相电流填补整流技术的基本原理

  减低谐波的各种电路拓扑早就呈现出来了,问题在于还是在强制的、无用且有害的能量吞吐。阻断相电流填补整流技术(BPCP)技术的特点就在于自然,合理和本原。它使得三相有源功率因数校正和整流输出变得简单明了。并且,它没有对应于交流基波和谐波频率的储能元件,甚至直流也无需储能滤波,只需要旁路总输出功率的22%就可以工作,这部分功率可以直接输出与主变换输出并联或串联。简单明晰的工作原理,轻松的实现方法就决定了它在电源制造上广阔的前景。因为两相分别在π/6 进行通断时,主路和辅路具有相同的电压电流,因此零电压软开关就是自然的了,而在一相的零点时另外两相通断,因此零电流的软开关就是自然的了。

一种抑制电网谐波污染的新技术

图3

  如图(3)所示,在BPCP 技术中我们使用并联的辅助补偿电路,使各相在桥式整流器中被阻断的±π/6 区间,在BOOST 电路的控制下,有了合适的电流。例如在0 到π/6 区间被阻断的A 相,

一种抑制电网谐波污染的新技术

  在滤波电容可以不计的情况下,进入主整流器中的与A 同极性B 相电流为:

一种抑制电网谐波污染的新技术

  则C 相总电流为:

一种抑制电网谐波污染的新技术

  因此,在此区间内我们获得了三相完美的波形。而整个的工作过程如此类推。那么,通过这样一个辅助的BPCP Boost 整流器,我们得到了一个不使用任何储能元件的完美的APFC。而辅助电路所处理的功率仅仅为:

一种抑制电网谐波污染的新技术

  在每个π/6 的瞬间,同极性的两相具有相同的电流和电压,并且将要在主要和辅助整流器中分别地被开通或关断,双向开关自然地零电压软开关,另一个换相点低相间整流器的电流为零,双向开关就自然地零电流软开关,这就保证了设备的安全稳定运行。与三相PWM 整流相比,仅仅以PWM 形式处理了电流强度最小的一路,处理功率大大减少,并且无共模电压和稳定性问题。对感性、阻性和电容不是很大的容性负荷,谐波也可以明显减低,符合IEC63000 标准。

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