摘要：通過(guò)分析LCL的濾波數學(xué)模型建立三相三線(xiàn)制并聯(lián)有源電力濾波器仿真模型。對比有源電力濾波器不帶LCL濾波和帶LCL濾波對系統濾波效果的影響，仿真結果表明：三相三線(xiàn)制有源電力濾波器帶LCL濾波可以濾除有源電力濾波器中變流器所產(chǎn)生的高頻開(kāi)關(guān)次諧波。

關(guān)鍵詞：三相三線(xiàn)制；APF；仿真模型；高頻；諧波；數學(xué)模型；LCL濾波；諧振點(diǎn)

中圖分類(lèi)號：TM48 文獻標識碼：A

The LCL parameter’s researching in arctive power filter of three-phase three-wire system simulation

JI Xiao-chun,LIU Jian-chun,HAO Gao,LI Wei-jiang

(Acrel Electrical co. LTD, Shanghai 201801, China)

Abstract：Three-phase three-wire active power filter (APF) can compensate power system harmonics,when APF compensating the harmonic,the APF's inverter also has switching frequency of the high order harmonics,by analyzing LCL filter mathematical model can build a three-phase three-wire system active power filter system simulation model.We can compare the active power filter without LCL and with LCL，what effect can they have,the simulation results show that three-phase three-wire APF with LCL filter can filter out the converter of APF's high-frequency switching harmonics.

Keywords：three-phase three-wire system;APF;simulation-model; high-frequency;

harmonic

1  引   言

    三相三線(xiàn)制有源電力濾波器（APF）可以對現代電力系統中的諧波進(jìn)行補償，但是有源電力濾波器本身變流器采用的是PWM調制技術(shù)，采用PWM調制技術(shù)會(huì )產(chǎn)生高頻的開(kāi)關(guān)次諧波，這些高次諧波會(huì )對一些設備產(chǎn)生很大的電磁干擾，影響設備的正常運行^[1-3]。有源電力濾波器對諧波電流進(jìn)行補償時(shí)，需要及時(shí)跟蹤指令電流。當輸出電抗器感量選的很小時(shí)，雖然保證了電流的跟蹤效果卻造成電流的開(kāi)關(guān)次紋波很大；APF的輸出電抗器的感量也不能夠太大，否則橋臂輸出電流會(huì )滯后指令電流，造成補償效果變差。由此可以看出在選取小感量電抗器保證電流跟蹤效果的同時(shí)需要在并網(wǎng)點(diǎn)加上LCL濾波環(huán)節來(lái)濾除開(kāi)關(guān)次高頻紋波^[4]。

    在有源濾波器并網(wǎng)時(shí)加上LCL濾波環(huán)節后參數選取會(huì )影響濾波效果，甚至造成系統諧振，因此需要先分析了解帶LCL的APF數學(xué)模型，找到諧振點(diǎn)以及合適的參數，從而保證濾波的效果好。

2  三相三線(xiàn)制APF-LCL數學(xué)模型

    三相三線(xiàn)制APF采用LCL并網(wǎng)接法結構圖如圖1所示^[5-6]。

圖1 APF的LCL并網(wǎng)接法

    圖1中的 為電網(wǎng)側相電壓，為變流橋交流側電壓，為APF輸出電抗感量，為L(cháng)CL電網(wǎng)側電抗感量，C為L(cháng)CL電容值，R為電阻值。將圖1的三相結構模型等效成單相的結構模型為圖2所示，阻尼電阻R的作用是抑制諧振。根據圖2得到LCL的數學(xué)模型為方程組（1）：

圖2 等效的單相LCL模型

     （1）

方程組（1）經(jīng)拉普拉斯變換后的到結構框圖如圖3所示。

圖3 等效單相LCL模型結構框圖

   可以得到傳遞函數.

   可以得出諧振頻率為：。

2  APF-LCL數學(xué)模型的參數分析

    根據參考文獻[7-8]中LCL參數的選取方法，并考慮到LCL電容值參數在A(yíng)PF不可控整流預充電過(guò)程中有較大的影響（例如APF啟動(dòng)時(shí)限流電阻為51Ω，40uF電容時(shí)整流后直流側電壓穩定在473V，整流時(shí)直流側電容充電過(guò)程如圖4所示），在A(yíng)PF仿真模型中LCL參數分別取值為表1，分析改變電氣參數對系統性能的影響。

圖4 LCL中C為40uF時(shí)C上電壓曲線(xiàn)

表1 LCL參數取值

    分組對比分析各個(gè)參數的影響：

    （1）L₁=0.35mH，L₂=0.08mH，R=1Ω，改變C的值為40uF、50uF、60uF時(shí)對比傳遞函數H(S)的伯德圖（如圖5所示）。

圖5 不同電容參數bode圖

    由圖5可以看出幅頻特性的C增大，諧振頻率f_res減小，向低頻域移動(dòng)。在低頻段沒(méi)有什么衰減作用，在高頻段對高頻部分（高于諧振頻率的部分）以25dB/每十倍頻程進(jìn)行衰減，衰減有所增加但是增加的量很少；由相頻特性可以看出相位角偏移起始頻率也向低頻域移動(dòng)。

（2）L₁=0.35mH，C=50uF，R=1Ω，改變L₂的值為0.08mH、0.1mH時(shí)對比傳遞函數H(s)的伯德圖（如圖6所示）。

圖6 不同電抗參數bode圖

    由圖6幅頻特性可以看出L₂的增大，諧振頻率f_res減小，向低頻域移動(dòng)，在低于諧振頻率的低頻域增益為0dB，沒(méi)有衰減作用，在高于諧振頻率的高頻域開(kāi)始衰減對高頻的衰減作用很明顯，可以根據諧振點(diǎn)看出i₂在偏離i₁的程度，即衰減程度。由相頻特性可以看出相位角偏移起始頻率也向低頻域移動(dòng)。

（3）L₁=0.35mH，C=50uF，L₂=0.08mH ，改變R的值為0Ω、1Ω、2Ω時(shí)對比傳遞函數H(S)的伯德圖（如圖7所示）。

圖7 不同阻尼電阻參數bode圖

    由圖7幅頻特性可以看出阻尼R的增大，抑制諧振的能力越強，阻尼R值大了之后會(huì )導致在高頻域內雖然較大程度上的抑制了諧振峰值，但是高頻域的濾波性能變差；阻尼R值過(guò)小會(huì )導致抑制諧振能力不夠。由相頻特性可以看出增大阻尼R值會(huì )導致相位角偏移的速度在頻率升高時(shí)較為緩慢。

3  APF-LCL仿真結果

    建立三相三線(xiàn)APF仿真模型，諧波負載電流如圖8所示，為典型的非線(xiàn)性阻性負載諧波，THD含量為16.6%，主要包含5次、7次、11次、13次諧波。

圖8 典型阻性諧波負載

    未加LCL并網(wǎng)濾波功能，得到的補償后的THD含量為1.59%如圖9所示。

圖9 未加LCL的APF補償后網(wǎng)側電流

    可以看出10KH為200次諧波含量是比較高的，采用LCL后濾除效果如圖10所示，補償后的THD含量為0.95%，將200次（10KH）、400次（20KH）高頻開(kāi)關(guān)次諧波給衰減了。

圖10 加LCL的APF補償后網(wǎng)側電流

4  結論

    本文分析了在三相三線(xiàn)制APF中加上LCL并網(wǎng)濾波環(huán)節的數學(xué)模型以及諧振頻率，通過(guò)分析APF-LCL數學(xué)模型傳遞函數伯德圖，得出調整各個(gè)電氣參數對APF濾波效果有何種影響，在A(yíng)PF-LCL仿真模型中對比了有無(wú)LCL環(huán)節對濾波效果的影響。由此得出結論：在避免諧振的基礎上加上LCL環(huán)節對濾除APF系統中高次開(kāi)關(guān)頻率的諧波有良好的效果。

文章來(lái)源：《建筑電氣》2014年2期-增刊

參考文獻

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