基于MMC技術(shù)的有源濾波器可行性分析

周末　周權(quán)

摘 要：當(dāng)有源濾波器（active power filter，APF）用于電氣化鐵路等大容量諧波補(bǔ)償時，現(xiàn)有電力電子器件的載流能力的提高限制了其所容許的開關(guān)頻率，較低的開關(guān)頻率直接影響高頻電流的跟蹤能力，并使輸出諧波含量增加。此外當(dāng)APF用于大容量場合時，需要保障APF具有較大的補(bǔ)償容量，避免補(bǔ)償裝置的頻繁投切對電網(wǎng)造成的擾動。模塊化多電平變換器（modular multilevel converter，MMC）結(jié)構(gòu)因具有結(jié)構(gòu)模塊化易于擴(kuò)展、所需元件少等優(yōu)點，其研究對APF靈活擴(kuò)容具有重大意義，且多電平結(jié)構(gòu)的有源濾波器自身輸出諧波含量少，適用于有源補(bǔ)償場合。本文對MMC及基于MMC技術(shù)的APF進(jìn)行數(shù)學(xué)模型分析，通過數(shù)學(xué)公式證明模塊化多電平變換器可以應(yīng)用于APF中，并提供補(bǔ)償性能。

關(guān)鍵詞：模塊化多電平變換器 有源濾波器 電能質(zhì)量

中圖分類號：TN713 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（c）-0106-02

當(dāng)APF用于大容量場合時，需要保障APF具有較大的補(bǔ)償容量、較高的載波能力及開關(guān)頻率?，F(xiàn)有的APF面臨這些問題時，一般會犧牲補(bǔ)償性能，而更換新的大容量APF對原有的APF是很大的浪費，因此研究實現(xiàn)大容量APF以及如何實現(xiàn)APF的靈活擴(kuò)容具有研究意義[1]。

MMC是目前最先進(jìn)的多電平結(jié)構(gòu)，自2001年提出以來，在中高壓應(yīng)用領(lǐng)域獲得廣泛關(guān)注[2]。其具有獨特優(yōu)點：（1）與多重化技術(shù)相比，由于電壓等級的提高，無需特殊設(shè)計變壓器，節(jié)約成本；（2）無需移相隔離變壓器，具有公共直流母線，易實現(xiàn)四象限運行，更適合高壓直流輸電與綜合補(bǔ)償領(lǐng)域；（3）每個子模內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，模塊化的設(shè)計利于標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，也方便提高裝置冗余度，增加運行可靠性。

1 MMC數(shù)學(xué)模型分析

據(jù)圖1所示的三相MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以A相為例進(jìn)行分析。ia、ib、ic為MMC三相輸出電流，iap、ibp、icp為MMC三相上橋臂電流，ian、ibn、icn為MMC三相下橋臂電流，、分別為A相上、下橋臂第i個SM的開關(guān)狀態(tài)，每相橋臂有N個子模[3]。通過定義MMC的A相開關(guān)狀態(tài)可以得到A相輸出電流動態(tài)方程：

由式2、式3可知，三相輸出電流的大小與相位由、與、、共同決定，歸根結(jié)底其實是由MMC上、下橋臂的開關(guān)狀態(tài)決定?？刂戚敵鲭娏鬟M(jìn)可以一步控制補(bǔ)償裝置與電網(wǎng)之間的有功、無功功率的交換，實現(xiàn)綜合補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

3 結(jié)語

通過文中數(shù)學(xué)分析可知，模塊化多電平變換器的輸出電流由調(diào)制策略控制上下臂開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行輸出，而模塊化多電平型APF的補(bǔ)償電流由MMC輸出電流直接控制，因此，尋找合適的調(diào)制策略可以使MMC型APF輸出高精度、高質(zhì)量的補(bǔ)償電流，進(jìn)而提高補(bǔ)償能力。因此可以分析，對APF進(jìn)行模塊化多電平技術(shù)改進(jìn)后，可以有效提高有源補(bǔ)償性能、補(bǔ)償容量、補(bǔ)償精度等。

參考文獻(xiàn)

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