基于有源阻尼的并联有源滤波器输出lcl滤波器设计_王盼

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1、第33卷第4期电力自动化设备Vol．33No．42013年4月ElectricPowerAutomationEquipmentApr.2013基于有源阻尼的并联有源滤波器输出LCL滤波器设计王盼1，222，刘飞，查晓明（1.武汉电力职业技术学院，湖北武汉430079；2.武汉大学电气工程学院，湖北武汉430072）摘要：提出一种基于并联型有源电力滤波器的输出LCL滤波器的设计方法。该方法在满足电流跟踪快速性、电流纹波最大允许值等基本条件下，选取了总电感值；并由基波无功损耗约束了电容量上限。在此基础上，考虑到开关次谐波电流

2、衰减率以及谐振频率的制约，综合选取了构成总电感的L1和L2的值及电容量。为避免LCL滤波器发生谐振，采用了电容电流反馈的有源阻尼法，通过设计反馈系数，有效抑制了低次谐波的振荡。最后基于采用重复学习控制策略的并联型有源电力滤波器，通过PSCAD进行仿真验证。仿真结果表明了LCL滤波器的优越性以及所提设计方法的有效性。关键词：有源电力滤波器；LCL滤波器；有源阻尼；谐振；反馈；仿真中图分类号：TN713文献标识码：BDOI：10.3969／j.issn.1006－6047.2013.04.0290引言1APF输出滤波器设计要

3、求近年来，随着电力电子技术的快速发展，大量非图1为并联型APF系统结构框图。它主要由电线性负载不断投入电力系统，造成电能质量问题日压型三相桥式逆变器和输出滤波器组成。本文所采益严重。有源电力滤波器（APF）［1］作为一种消除谐波用的控制策略为重复学习控制［4-6］。的有效设备，目前已得到广泛使用。但APF一般采uLgaLiasa用高频SPWM，导致大量的开关次谐波流入电网，这uLgbLibLlsbil会对电网中其他敏感设备产生干扰，故APF输出滤uLgcLicRscl波器的选取及设计尤为重要。为了滤除开关次谐波，通常采用

4、L型或LC型滤L2cL2bL2a波器。传统的L型滤波器结构简单，但在满足相同CaL1aLCdcCb1b的高频滤波效果的情况下，所需的电感值比LCL滤LUdcCc1c波器要大，动态性能也变差。LC型滤波器则容易因LCL滤波器电网阻抗的不确定性影响滤波效果［2-3］。LCL滤波器则能够在较低的开关频率下，获得比L和LC型滤图1并联型有源滤波器系统结构框图波器更优异的性能，尤其适用于大功率、开关频率较Fig.1BlockdiagramofshuntAPF低的并网变换器设备，但其设计比较复杂，并且是一谐波补偿时，APF首先将检测

5、到的系统谐波电个谐振电路，对系统的稳定性有较大影响，通常需要流ish形成补偿电流指令信号，然后经控制策略及逆引入无源或有源阻尼。无源阻尼算法简单，但会引起变器变换生成补偿电流，再通过输出滤波器送入电系统损耗。网，实现谐波补偿目的。考虑到并联型APF主要用针对以上问题，本文在详细设计LCL滤波器的于补偿2~25次低次谐波电流含量，且补偿电流含有基础上，采用了引入电容电流反馈的有源阻尼控制开关频率及其周边高次谐波分量，故APF要求其输策略，等效地增加了LCL滤波器的阻尼作用，从而出滤波器对中低频具有较宽的通频带，而对高频具有

6、效地抑制了低频谐振尖峰，避免了系统的不稳定［2］有很强的抑制作用，且需满足APF的瞬态电流跟踪。最后通过PSCAD仿真对比了采用L型、LCL滤波器能力及最大纹波指标要求。的APF补偿效果，仿真结果证明了本文所述的LCL2LCL滤波器的设计滤波器设计方法是可行的，且其应用于APF具有较好的滤波效果。图2为LCL滤波器在高次谐波下的单相等效电路模型。收稿日期：2012－05－01；修回日期：2013－01－19高次谐波下LCL滤波器［7-8］的传递函数为：基金项目：湖北省自然科学基金资助项目（2011CDB263）；中央高校

7、基本科研业务费专项资金资助项目（207274591）i1G（s）=2=（1）ProjectsupportedbytheNaturalScienceFoundationofHubeiLCL3）sUiL1L2Cs+（L1+L2Province（2011CDB263）andtheFundamentalResearchFundsfortheCentralUniversities（207274591）由式（1）可知，此LCL系统出现谐振时，阻尼比电力自动化设备第33卷i1L1i2L2对于不同的谐波源和不同的补偿要求，指令电*iC*

8、dica流ica是不同的，但其最大电流变化率与补偿UiCdtmax指令电流的具体表达式密切相关。其经验公式［10-11］为：*图2LCL滤波器在高次谐波下的dica=（10~20）fi*（7）camax单相等效电路模型dtmax**只含谐波Fig.2Single-phaseequivalentcircuitmodel