有源電力濾波電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計

辛玉剛

摘要：為了盡量克服傳統(tǒng)濾波器的缺點，降低電流的諧波，我們設(shè)計電路的時候在逆變器的交流側(cè)接入LCL濾波器，它跟獨立的電感濾波相比，在抑制諧波的時候不需要太高的電感值，同時在開關(guān)頻率很高的場合抑制諧波的性能也會變得更強(qiáng)，LCL濾波器無論是在經(jīng)濟(jì)上還是性能上都比電感濾波器強(qiáng)。在頻率不高的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，有著更多的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：LCL濾波 光伏發(fā)電 電感濾波器

并聯(lián)型有源電力濾波器按照相數(shù)可分為單相和三相兩種，而三相有源濾波又分為三相三線和三相四線兩種情況。三相四線制主要應(yīng)用在用戶直接供電的低壓配電系統(tǒng)中，隨著辦公自動化和家用電器的全民化普及，供電中民用和商用占據(jù)著極大的供電比例，這就使其成為配電網(wǎng)諧波污染的重要來源就是三相四線。因此對在不平衡負(fù)載下對三相四線制有源電力濾波器諧波補(bǔ)償?shù)难芯烤哂兄匾挠靡饬x。

1、有源電力濾波器在三相四線制中的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

直流側(cè)輸入為電容的三相四線制的主電路拓?fù)渲饕腥N，分別為：四橋臂形式、電容中點形式以及三個單相全橋形式。這三種主電路結(jié)構(gòu)不同各有自己的優(yōu)缺點，其結(jié)構(gòu)分別如圖1、圖2和圖3所示。

其中電容中點式結(jié)構(gòu)所需要的開關(guān)器最少，電路比較簡單，開關(guān)利用率非常之高。由于直流側(cè)電容電壓波動較大，同時在三相不平衡負(fù)載下，輸入側(cè)的電流中含有大量的的低次諧波，造成不穩(wěn)定輸入電壓，并且變流器的直流輸入側(cè)電容要有零線電流流過。電路的著中國特殊結(jié)構(gòu)限制了它在較大的功率系統(tǒng)中的應(yīng)用。

圖1 電容中點式三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

相對于電容中點式結(jié)構(gòu)來說而三相四橋臂結(jié)構(gòu)所需要的開關(guān)器件要多一對，但是它具備以下優(yōu)點：

1：控制部分中，其中對直流側(cè)電容電壓的控制尤其簡單。

2：四橋臂結(jié)構(gòu)在對給定的負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償時，比電容中點式結(jié)構(gòu)所需的直流側(cè)電壓更低。

3：四橋臂結(jié)構(gòu)對零線電流的控制范圍更大，濾波效果更好，高頻分量在對稱或近似對稱系統(tǒng)中占主要地位。

圖2 三相四橋臂逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

所需的開關(guān)器件最多的是三個單相全橋電路組成的三相有源電力濾波器。它組合靈

活，可根據(jù)運行情況對某一相或幾相電網(wǎng)有選擇的進(jìn)行補(bǔ)償，其控制簡單，一般用于小功率場合，但再三相不平衡系統(tǒng)中應(yīng)用時，直流側(cè)電容電流含有低次諧波，電壓波動較大。

圖3 單相全橋逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

我們利用三個相互獨立的單相APF組成的三相有源電力濾波器的系統(tǒng)主要應(yīng)用于小功率系統(tǒng)，當(dāng)然也可以直接采用三相APF；因此，一般情況下，三相電力濾波器是在較大的功率場合中會優(yōu)先考慮的濾波器。在實際中，由于電力濾波器在民用和商業(yè)用電中的普及，但由于在實際應(yīng)用中占據(jù)較大分量，這些不平衡組在引起的諧波也是電網(wǎng)污染的主要源頭。所以本文研究對象是三相四橋臂結(jié)構(gòu)帶有有源電力濾波器的主電路。

2、主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

我們一般是通過連接電感或變壓器把有源電力濾波器接入系統(tǒng)中，但是由于采用變壓器時高頻部分補(bǔ)償效果不是很理想，而且成本相當(dāng)高，由于系統(tǒng)電壓不匹配，因此一般情況下利用變壓器變壓?；谌嗨臉虮弁?fù)浣Y(jié)構(gòu)的并聯(lián)型有源電力濾波器結(jié)構(gòu)如圖4所示。

由公式表示其模型：

3結(jié)論

我們在相同的主電路下，對其相同控制方式進(jìn)行研究，我們發(fā)現(xiàn)輸出濾波電感的不同選擇會影響APF的濾波性能。若選取的電感值過小，則輸出補(bǔ)償電流中的電流紋波將會變大，而且還會給系統(tǒng)注入附加的諧波污染；若選取的電感量過大，使其諧波電流跟蹤速度降低同時還會影響APF電流跟隨特性，而且產(chǎn)生的沖擊電壓可能會變的相對較高。當(dāng)連接一定值的電感時，能有效地降低電流諧波的總畸變率，在很大程度上改善系統(tǒng)的不平衡性和提高了補(bǔ)償效果。因此本章的重要內(nèi)容變就是研究APF的濾波電感。

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