有源電力濾波器的主電路參數(shù)設(shè)計

L的選擇必須保證補(bǔ)償電流超調(diào)量不宜過大。換相期間的超調(diào)對應(yīng)了最小值，設(shè)為δ1，由圖4得：在晶閘管導(dǎo)通段：結(jié)合圖3，可知|dia/dt|為余弦曲線的2/3段，最小值可能為零，或|dia/dt|t=γ，或|dia/dt|t=π。當(dāng)|dia/dt|取得最小值時，出現(xiàn)最大超調(diào)。取極端情況，|dia/dt|=0，則最大超調(diào)。為限制最大超調(diào)，取最大容許超調(diào)電流為I，有源濾波器的開關(guān)頻率為f，可得：既滿足電流跟蹤能力，又滿足超調(diào)量限制的L取值為：(11)

32電容量的確定

有源濾波器的工作，就是電容的充、放電過程，為了保證濾波器的性能，必須維持其直流側(cè)的電壓基本不變。電容量的選擇影響了直流側(cè)電壓的波動，電容越大，電壓波動越小，但帶來了投資的增加。因此電容量的選擇是濾波器設(shè)計的重要一環(huán)。

電容器的電壓波動情況與其極板上貯存的電荷波動情況是一致的，可以通過電荷波動情況，確定電容量。而電荷波動情況又可通過電容的充、放電電流來表示。電容在一周內(nèi)充電得到的或放電釋放的電荷量應(yīng)是電容器所必須容納的最少電荷量。

設(shè)電容的充、放電過程變化的最大電荷量為Q1，要求電壓波動小于（Δu/u)％，則極板上貯存的電荷Q為：

Q=Q1u/Δu(12)

電容量為：C=Q/u(13)

最大電荷變化量Q1可由充、放電電流對時間的積分獲得。流過電容的電流由濾波器的輸出電流決定，由ia＋ib＋ic=0可知在任何時刻，均有一相電流與其他兩相電流反向，而這一相電流恰好是電容器的充、放電電流。

為了簡化計算，作如下假設(shè)：

（1）忽略換相過程，認(rèn)為直流側(cè)電流無脈動。

（2）濾波器的輸出，完全跟蹤了給定電流，以給定電流作為濾波器的輸出。

根據(jù)假設(shè)，得到三相給定的補(bǔ)償電流，如圖5所示。

電容器的充、放電電流icap為：在各階段充、放電的電荷Q1（最大）為：(14)

對電網(wǎng)電流進(jìn)行付里葉分解，得基波有功電流的有效值：(15)

式中μ=π/3，為波形系數(shù)，由式（15）及式（5）及式（6），得：1(16)

由式（12）～式(16)可確定電容量。

需指出，當(dāng)α較小時，補(bǔ)償電流波形與圖5有所差別，此時補(bǔ)償電流在半周期中的過零點(diǎn)數(shù)增加，電容的充、放電頻率增加，對應(yīng)的最大電荷亦與式（14）不同，將有所減小，但設(shè)計時仍可以引用式（14），只不過此時的直流側(cè)電壓波動幅度減小。同時，濾波器的輸出電流是圍繞給定的補(bǔ)償電流進(jìn)行鋸齒振蕩，其積分效果與對給定的補(bǔ)償電流的積分效果非常接近，所以這點(diǎn)假設(shè)是成立的。

4仿真結(jié)果

對一臺給六脈波晶閘管相控變流器補(bǔ)償?shù)?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/有源">有源

濾波器進(jìn)行仿真（EMTP）。圖6中虛線為補(bǔ)償前的變流器網(wǎng)側(cè)電流（Id=140A，α=30°，γ=6.4°)。設(shè)Δu/u=5％，Uc=250V，最大超調(diào)控制在10％，有源濾波器的開關(guān)頻率為5kHz，根據(jù)本文方法計算，取L=0.26mH，C=66.0μF。圖6中實線為電網(wǎng)經(jīng)補(bǔ)償后的電流。圖7給出了補(bǔ)償后網(wǎng)側(cè)的電流頻譜，可見，高次諧波被大大削弱，同時，功率因數(shù)得到了改善，有源濾波器獲得了較好的補(bǔ)償效果，從而驗證了本文的方法。

5結(jié)論

本文以六脈沖晶閘管相控變流器為補(bǔ)償對象，研究了有源濾波器的進(jìn)線電感及直流側(cè)電容參數(shù)確定的解析方法。通過對補(bǔ)償電流的跟蹤性能及濾波器的輸出電流的超調(diào)的折衷，確定電感量；通過滿足一定的電壓變化率，而要求的直流側(cè)電容的最小貯存電荷量確定電容，為了獲得解析表達(dá)式，文中采用了一些合理的簡化手段。仿真結(jié)果驗證了方法的正確性。