有源电力滤波器的主电路参数设计

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（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：