Активные фильтры гармоник

Активные фильтры гармоник (АФГ) предназначены для обеспечения синусоидальной формы тока, потребляемого от первичного источника при нелинейной нагрузке [3, 7]. Таковой нагрузкой может быть преобразователь с неуправляемым или управляемым выпрямителем. АФГ анализирует гармонический состав тока на входе преобразователя и генерирует в точке его подключения высшие гармоники тока в противофазе с высшими гармониками входного тока преобразователя. В результате высшие гармоники компенсируются (нейтрализуются) и ток в общей цепи (потребляемый от источника) сохраняет синусоидальную форму (рис.3). Конфигурация силовой цепи АФГ подобна ШИМ - выпрямителю, однако алгоритм его управления отличен. Это определяется необходимостью генерирования только высокочастотных составляющих тока для компенсации реактивной мощности и мощности искажения тока в нелинейной цепи.

Рис.3 Структурная схема системы ДПЭ с АФГБ.

На рисунке 4 приведена схема силового каскада одного плеча трехфазного АФГ, имеющая подключение средней точки емкостной цепи С2, С3 к нейтральному проводу источника. Такая структура позволяет компенсировать высшие гармоники тока при несимметричной трехфазной системе. Управление IGBT - транзисторами осуществляется по определенному алгоритму в результате мониторинга токов нагрузки и цепи компенсации. Анализ токов происходит с дискретностью 256 измерений за период основной гармоники [10]. Вычисления производятся DSP - контроллером в течение каждого периода и затем сформированный сигнал коррекции воздействует на систему управления ШИМ транзисторов инвертора. Таким образом, процесс управления происходит с задержкой на один период основной частоты, что может создавать проблемы при динамических режимах.

Рис.4 Силовая цепь одного плеча АФГ

1. Блок распознавания высших гармоник,

2. Блок формирования сигналов управления,

3. Драйвер IGBT -транзисторов.

Особенностью АФГ является то, что от него не требуется выдавать активную мощность для компенсации высших гармоник. Значения емкости цепи постоянного тока и индуктивности входного фильтра выбираются исходя из существующих реактивной мощности и мощности искажения высших гармоник, которые должны быть скомпенсированы. Входной фильтр АФГ содержит относительно большую индуктивность L1 для преобразования напряжения на выходе инвертора в токовую последовательность компенсации высших гармоник. Емкость С1 и индуктивность L2 предназначены для сглаживания пульсаций на высоких частотах. Желаемая форма тока получается за счет определенного закона управления IGBT - транзисторами инвертора. Чем выше порядок компенсируемой гармоники тока, тем выше должно быть значение. Чем выше значение индуктивности L1, тем лучше изоляция от первичного источника силовой цепи АФГ и лучше защита от переходных возмущений, но тем труднее обеспечить высокие значения . Таким образом, индуктивность входного фильтра ограничивает возможности АФГ компенсировать гармоники высшего порядка.

АФГ является адаптивным устройством подавления высших гармоник, получивший также название активного кондиционера гармоник [33].

Вопросам стратегии управления, топологии АФГ, выбора токового диапазона, частоты переключения силовых транзисторов и т.д. посвящено значительное количество публикаций [7, 10, 29, 33-39]. Тем не менее, не исследовано влияние величины индуктивностей входного фильтра и емкости в Будем различать гибридные системы по месту подключения АФГ:

на входе системы для решения проблемы ЭМС с сетью и повышения входного коэффициента мощности системы;

на выходе системы для решения вопроса ЭМС с нагрузкой и повышения выходного коэффициента мощности системы.

силовой структуре АФГ на статические и динамические характеристики системы. Остаются не решенными вопросы оптимального алгоритма управления силовыми транзисторами АФГ и т.д.