基于IGBT模块的有源滤波器(APF)关键技术

1、有源滤波器(APF)项目的技术原理：
有源滤波器根据结构和连接方式的不同，可以分为并联式有源滤波器和串联式有源滤波器。电力有源滤波器又根据储能元件的不同分为电压型和电流性。由 于造价和体积等原因，考虑用户的实际需要，本项目采用并联电压型有源滤波器方式。其原理如图 2-1 所示，有源滤波器的主电路为一电压源逆变器，其补偿的负荷电流中含有谐波分量 iLh。如我们经由有源滤波器注入与负荷电流谐波分量 iLh方向想法的补偿电流 iF 则负荷产生的谐波电流就可以就地抵消掉，不至于注入系统中从而对其他电器造成有害影响。这可以利用简单的反馈控制方法来实现。问题的关键在于如何检出负荷电流 iL 中所含的谐波分量，从而据此确定补偿器的输出电流。主电路中最核心的器件为 IGBT 模块，科学合理的 IGBT 选型和 IGBT 电气连接设计，是装置可靠稳定运行的保证。 本文有源滤波器(APF)项目采用的IGBT模块，为日本三菱最新第六代NX系列，大幅度提高可靠性和功率密度，并大幅度减小杂散电感和产品体积。IGBT硅片基于三菱的CSTBT技术，改善了Vce(sat)-Eoff折衷曲线，减小了拖尾电流，整体损耗低，所需驱动功率更小。二极管采用第六代LPT硅片技术，正向导通压降低。I硅片结温可高达175度，运行温度最高可达150度， IGBT模块内部集成NTC测温电阻，整个系列从150A到450A共享同一封装平台。相比前一代芯片，新的IGBT增大了功率密度确保了NX6模块输出电流增大50A，增加了临界过载条件的温度安全裕度，并且具有更高的性价比。 逆变器与外界电力系统之间的耦合通过连接电抗器 LF 实现，电压型逆变器产生的电压与系统电压的电压差在连接电抗 LF 上形成输出电流 iF。补偿器的补偿特性取决于有负荷电流中提取谐波的算法。其有限性依赖于是否能得到真实谐波分量的参考信号。本项目采用基于 DFT（即离散傅里叶变换，Discrete Fourier Transform）分析方法的谐波主动补偿算法。其原理为将检测到的信号用 DFT 分解，即得到各次谐波的幅值和相位；然后根据选择的谐波补偿次数进行共轭，再反变化形成补偿波形。同时为了增强系统控制的稳定性，减小控制误差。在上述开环控制的基础上，加入了闭环控制算法。即通过检测系统电流 iS，计算出补偿误差，将此反馈入共轭环节，微调补偿波形，从而减小并最终消除了补偿误差，达到精确控制。