有源电力滤波器的主电路参数设计

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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。

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: