安科瑞 徐浩竣

江蘇安科瑞電器制造有限公司

摘要：通過分析LCL的濾波數學模型建立三相三線制并聯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生的高頻開關次諧波。

關鍵詞：三相三線制；APF；仿真模型；高頻；諧波；數學模型；LCL濾波；諧振點

1 引 言

本文分析了在三相三線制APF中加上LCL并網濾波環節的數學模型以及諧振頻率，通過分析APF-LCL數學模型傳遞函數伯德圖，得出調整各個電氣參數對APF濾波效果有何種影響，在APF-LCL仿真模型中對比了有無LCL環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環節對濾除APF系統中高次開關頻率的諧波有良好的效果。

2 三相三線制APF-LCL數學模型

三相三線制APF采用LCL并網接法結構圖如圖1所示[5-6]。

圖1 APF的LCL并網接法

圖1中的

為電網側相電壓，

為變流橋交流側電壓，

為APF輸出電抗感量，

為LCL電網側電抗感量，C為LCL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的數學模型為方程組（1）：

圖2 等效的單相LCL模型

方程組（1）經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APF不可控整流預充電過程中有較大的影響（例如APF啟動時限流電阻為51Ω，40uF電容時整流后直流側電壓穩定在473V，整流時直流側電容充電過程如圖4所示），在APF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C上電壓曲線

表1 LCL參數取值

3 APF-LCL仿真結果

建立三相三線APF仿真模型，諧波負載電流如圖8所示，為典型的非線性阻性負載諧波，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

4 結語

三相三線制有源電力濾波器（APF）可以對現代電力系統中的諧波進行補償，但是有源電力濾波器本身變流器采用的是PWM調制技術，采用PWM調制技術會產生高頻的開關次諧波，這些高次諧波會對一些設備產生很大的電磁干擾，影響設備的正常運行[1-3]。有源電力濾波器對諧波電流進行補償時，需要及時跟蹤指令電流。當輸出電抗器感量選的很小時，雖然保證了電流的跟蹤效果卻造成電流的開關次紋波很大；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需要在并網點加上LCL濾波環節來濾除開關次高頻紋波[4]。 在有源濾波器并網時加上LCL濾波環節后參數選取會影響濾波效果，甚至造成系統諧振，因此需要先分析了解帶LCL的APF數學模型，找到諧振點以及合適的參數，從而保證濾波的效果最好。