陶 骏 刘正之

     来源：《电源技术应用》

     摘要：本文提出了有源电力滤波器主电路中的lc参数设计方法。以六脉波晶闸管相控变流器为补偿对象，建立了参数计算的解析表达式，仿真结果证明了方法的正确性。

     关键词：有源滤波器

     参数设计 补偿电流

     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。

     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）：

     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：

     同时基波电流对电压的相位差为φ1，则：

     其中：

     a=cos2α－cos2(α＋γ)