有源電力濾波器的主電路參數設計

1引言

有源電力濾波器一般設計成電壓源型PWM逆變器,通過控制各橋臂的全控型開關器件（如IGBT），使濾波器的輸出很好地跟蹤檢測的諧波電流，對電網實現濾波。其主電路結構如圖1所示，有源濾波器的工作實際通過LC充、放電實現，故LC參數的選擇對濾波器的性能有重要影響。對LC參數的確定，往往通過經驗，無疑使結果存在盲目性。也有文獻采用了計算機輔助計算方法，但需模擬濾波器的工作過程，因此較復雜。本文采用了合理的假設，建立了參數確定的解析方法，該方法簡單，并具有實用性。

2有源濾波器的數學模型

在有源濾波器中，每個半橋臂由全控的開關器件和與之反并聯的二極管構成，很顯然正向導通是可控的，反向導通是不可控的，可以用一理想開關代替每個半橋臂的開關管及二極管，得到如圖2所示的等效電路，由圖2可建立有源濾波器的數學模型。

有源濾波器工作時，保證每個時刻均由三個管子導通，由此得到8種工作模式：S1S2S3、S2S3S4、S3S4S5、S4S5S6、S5S6S1、S6S1S2、S1S3S5、S4S6S2。最后兩種工作模式，濾波器的三相輸出電流均為0，通過對諧波源分析發現，三相諧波不存在同時過零的時刻，故只分析前6種工作模式，有源濾波器實際由六組開關器件的通斷組合所決定。

由圖2建立描述濾波器工作情況的微分方程如下：

式中，KaUc、KbUc、KcUc為各橋臂的中點與電源中點間的電壓，Ka、Kb、Kc是與主電路開關模式有關的開關系數，各開關模式下它們取值為：1/3或－1/3或2/3或－2/3。

對式（1）求解，可得到不同工作模式下的濾波器輸出電流。

圖1有源濾波器的主電路

圖2有源濾波器的等效電路

圖3A相補償電流

3有源濾波器參數確定

有源濾波器的補償對象大部分是驅動阻感負載的可控整流設備，當整流器的觸發角、負載電流、換相重疊角發生變化時，將會對參數確定產生影響。這里以三相全控橋為補償對象，分析有源濾波器的LC參數確定的解析方法。

3.1進線電感的確定

補償對象為一晶閘管相控整流器（三相全橋），觸發角α，換相重疊角γ，直流測電流Id（假定直流側電感無窮大，忽略電流的脈動），A相的網側電流，如式（2）：(2)

式（2）成立的條件是以觸發角α為時間零點，故電網電壓可表示為：

對交流側電流波形進行付里葉分解，得到基波電流的有效值為：(4)

同時基波電流對電壓的相位差為1，則：其中：