有源电力滤波器的主电路参数设计
来源： 作者： 发布时间：2015-02-08 10:34:15 浏览量：1引言
有源电力滤波器一般设计成电压源型PWM逆变器,通过控制各功率电感器桥臂的全控型开关器件（如IGBT），使滤波器的输出很好地跟踪检测的谐波电流，对电网实现滤波。其主电路结构如图1所示，有源滤波器的工作实际通过LC充、放电实现，故LC参数的选择对滤波器的性能有重要影响。对LC参数的确定，往往通过经验，无疑使结果存在盲目性。也有文献采用了计算机辅助计算方法，但需模拟滤波器的工作过程，因此较复杂。本文采用了合理的假设，建立了参数确定的解析方法，该方法简单，并具有实用性。
2有源滤波器的数学模型
在有源滤波器中，每个半桥臂由全控的开关器件和与之反并联的二极管构成，很显然正向导通是可控的，反向导通是不可控的，可以用一理想开关代替每个半桥臂的开关管及二极管，得到如图2所示的等效电路，由图2可建立有源滤波器的数学模型。
有源滤波器工作时，保证每个时刻均由三个管子导通，由此得到8种工作模式：S1S2S3、S2S3S4、S3S4S5、S4S5S6、S5S6S1、S6S1S2、S1S3S5、S4S6S2。最后两种工作模式，滤波器的三相输出电流均电感器l为0，通过对谐波源分析发现，三相谐波不存在同时过零的时刻，故只分析前6种工作模式，有源滤波器实际由六组开关器件的通断组合所决定。
由图2建立描述滤波器工作情况的微分方程如下：
式中，KaUc、KbUc、KcUc为各桥臂的中点与电源中点间的电压，Ka、Kb、Kc是与主电路开关模式有关的开关系数，各开关模式下它们取值为：1/3或－1/3或2/3或－2/3。
对式绕行电感器（1）求解，可得到不同工作模式下的滤波器输出电流。
图1有源滤波器的主电路
图2有源滤波器的等效电路
图3A相补偿电流
3有源滤波器模压电感参数确定
有源滤波器的补偿对象大部分是驱动阻感负载的可控整流设备，当整流器的触发角、负载电流、换相重叠角发生变化时，将会对参数确定产生影响。这里以三相全控桥为补偿对象，分析有源滤波器的LC参数确定的解析方法。
3.1进线电感的确定
补偿对象为一晶闸管相控整流器（三相全桥），触发角α，换相重叠角γ，直流测电流Id（假定直流侧电感无穷大，忽略电流的脉动），A相的网侧电流，如式（2）：
(2)
式（2）成立的条件是以触发角α为时间零点，故电网电压可表示为：
对交流侧电流波形进行付里叶分解，得到基波电流的有效值为：
(4)
同时基波电流对电压的相位差为1，则：
其中：
a=cos2α－cos2(α＋γ)
b=sin2α－sin2(α＋γ)＋2γ
因此，A相基波有功电流可表示为：
(5)
由式（2）、（5）可得有滤波器A相需补偿的电流，即控制给定电流为：
ia＊=ia－ip(6)
图3给出了ia＊的波形。
由图3可见，在半周期中（补偿电流属于半周期对称），补偿电流变化很不均匀，在换相重叠期间其变化率较大，在晶闸管导通期间，变化率又较小。
对于进线电感的选择必须满足滤波器对补偿电流的跟踪能力，所以L不宜选择过大，但L选择较小时，会使滤波器的输出电流相对于补偿电流有很大的超调，特别是在晶闸管导通期间dia＊/dt很小，因此滤波器输出电流就有很大的毛刺。综上所述，L的选择应按照换相期间的电流跟踪能力及晶闸管导通期间的电流超调两方面折衷。
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