Si MOSFET – катализатор быстрого развития APF

Фильтры активной мощности (APF) как электронные устройства активной мощности для смягчения проблем качества электроэнергии, таких как гармоники, реактивная мощность и дисбаланс мощности в распределительных сетях, имеют историю развития, насчитывающую почти полвека. Однако из-за таких ограничений, как относительно низкая эффективная способность фильтрации порядка гармоник, подверженность резонансу с энергосистемой, приводящему к нестабильности системы, и высокие потери, APF не получили широкого распространения. На практике традиционные пассивные фильтры остаются основным решением для снижения гармоник и реактивной мощности в распределительных сетях.

Чтобы уменьшить гармоники тока в распределительной сети, APF (автоматический силовой фильтр) должен поддерживать широкую полосу пропускания на выходе с полосой управления не менее 1 кГц (более 2,5 кГц, если требуется фильтруемый диапазон гармоник до 51-го порядка). Однако для поддержания стабильности системы резонансная частота выходного LCL-фильтра APF обычно в несколько раз превышает полосу пропускания управления. Это означает, что для обеспечения высокой надежности системы резонансная частота выходного LCL-фильтра APF обычно должна быть выше 20 кГц. С другой стороны, для фильтрации пульсаций переключения традиционных APF, использующих IGBT в качестве силовых ключей, частота переключения должна быть как минимум в четыре раза выше резонансной частоты выходного LCL-фильтра. В действительности традиционные IGBT обычно работают на частоте ниже 30 кГц. Таким образом, APF, использующие IGBT в качестве силовых ключей, требуют полосы управления в несколько сотен Гц для достижения высокой надежности системы, но полосы управления в несколько сотен Гц почти недостаточно для компенсации гармоник более высокого-порядка. Это делает практически невозможным достижение разумного баланса между стабильностью и компенсационной способностью НПФ, что существенно ограничивает их широкое использование.

SiC MOSFET как полупроводниковые силовые переключающие устройства третьего-поколения в последние годы быстро развиваются и в настоящее время широко используются в различных силовых электронных устройствах. SiC MOSFET поддерживают высокую частоту переключения даже в приложениях с высокой-мощностью, что практически идеально подходит-для APF (автоматических переключателей мощности). В APF средней-–-большой мощности (20–200 А) SiC MOSFET по-прежнему могут работать на частоте переключения около 50 кГц. Сочетая технологию двухканального перемежения и технологию магнитной интеграции, частота пульсаций тока в выходном LCL-фильтре APF может быть увеличена до более чем 100 кГц. Это позволяет установить резонансную частоту выходного фильтра LCL на уровне около 20 кГц (затухание -28 дБ), а полосу управления — около 2,5 кГц. Это позволяет APF полностью компенсировать 51-ю гармонику (основная частота 50 Гц). Более того, поскольку полоса пропускания управления далека от резонансной частоты выходного фильтра LCL, система демонстрирует высокую надежность и менее склонна к резонансу с сетью распределения электроэнергии, что снижает нестабильность. Кроме того, потери APF, использующих SiC MOSFET в качестве основного устройства переключения мощности, ниже, чем потери APF, использующих традиционные IGBT в качестве основного устройства переключения мощности.

В заключение отметим, что SiC MOSFET практически идеальны в качестве основного устройства переключения мощности для APF (систем активного коэффициента мощности). Они, несомненно, будут способствовать дальнейшему и более широкому применению APF и других продуктов качества активной энергии, способствуя созданию сети распределения экологически чистой энергии.

Электрическая компания Leonhard, высокотехнологичная-компания, специализирующаяся на исследованиях, разработках и производстве продуктов для обеспечения качества электроэнергии SiC MOSFET, выпустила полную серию продуктов для обеспечения качества электроэнергии SiC MOSFET в диапазоне от 20 до 200 А для различных уровней напряжения. В ее основных продуктах используется технология двух-перемежения каналов и технология магнитной интеграции, что обеспечивает эквивалентную частоту переключения, превышающую 100 кГц, обеспечивая сверх-высокую стабильность, низкие потери и малые размеры.