三相三线制有源电力滤波器LCL参数研究

时间：2014-07-22

赵皋季晓春刘建春李伟江

（安科瑞电气股份有限公司上海市 201801）

摘要：通过分析LCL的滤波数学模型建立三相三线制并联有源电力滤波器仿真模型。对比有源电力滤波器不带LCL滤波和带LCL滤波对系统滤波效果的影响，仿真结果表明：三相三线制有源电力滤波器带LCL滤波可以滤除有源电力滤波器中变流器所产生的高频开关次谐波。

关键词：三相三线制；APF；仿真模型；高频；谐波；数学模型；LCL滤波；谐振点

中图分类号：TM48 文献标识码：A

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

JI Xiao-chun,LIU Jian-chun,ZHAO 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

    三相三线制有源电力滤波器（APF）可以对现代电力系统中的谐波进行补偿，但是有源电力滤波器本身变流器采用的是PWM调制技术，采用PWM调制技术会产生高频的开关次谐波，这些高次谐波会对一些设备产生很大的电磁干扰，影响设备的正常运行^[1-3]。有源电力滤波器对谐波电流进行补偿时，需要及时跟踪指令电流。当输出电抗器感量选的很小时，虽然保证了电流的跟踪效果却造成电流的开关次纹波很大；APF的输出电抗器的感量也不能够太大，否则桥臂输出电流会滞后指令电流，造成补偿效果变差。由此可以看出在选取小感量电抗器保证电流跟踪效果的同时需要在并网点加上LCL滤波环节来滤除开关次高频纹波^[4]。

    在有源滤波器并网时加上LCL滤波环节后参数选取会影响滤波效果，甚至造成系统谐振，因此需要先分析了解带LCL的APF数学模型，找到谐振点以及合适的参数，从而保证滤波的效果较好。

2  三相三线制APF-LCL数学模型

    三相三线制APF采用LCL并网接法结构图如图1所示^[5-6]。

图1 APF的LCL并网接法

    图1中的为电网侧相电压，为变流桥交流侧电压，为APF输出电抗感量，为LCL电网侧电抗感量，C为LCL电容值，R为电阻值。将图1的三相结构模型等效成单相的结构模型为图2所示，阻尼电阻R的作用是抑制谐振。根据图2得到LCL的数学模型为方程组（1）：

图2 等效的单相LCL模型

     （1）

方程组（1）经拉普拉斯变换后的到结构框图如图3所示。

图3 等效单相LCL模型结构框图

   可以得到传递函数.



   可以得出谐振频率为：。

2  APF-LCL数学模型的参数分析

    根据参考文献[7-8]中LCL参数的选取方法，并考虑到LCL电容值参数在APF不可控整流预充电过程中有较大的影响（例如APF启动时限流电阻为51Ω，40uF电容时整流后直流侧电压稳定在473V，整流时直流侧电容充电过程如图4所示），在APF仿真模型中LCL参数分别取值为表1，分析改变电气参数对系统性能的影响。

图4 LCL中C为40uF时C上电压曲线

表1 LCL参数取值

L₁(mH)

L₂(mH)

C(uF)

R（Ω）

0.35

0.08

40

1

0.35

0.08

50

1

0.35

0.08

60

1

0.35

0.1

50

1

0.35

0.08

50

0

0.35

0.08

50

2

    分组对比分析各个参数的影响：

    （1）L₁=0.35mH，L₂=0.08mH，R=1Ω，改变C的值为40uF、50uF、60uF时对比传递函数H(S)的伯德图（如图5所示）。

图5 不同电容参数bode图

    由图5可以看出幅频特性的C增大，谐振频率f_res减小，向低频域移动。在低频段没有什么衰减作用，在高频段对高频部分（**谐振频率的部分）以25dB/每十倍频程进行衰减，衰减有所增加但是增加的量很少；由相频特性可以看出相位角偏移起始频率也向低频域移动。

（2）L₁=0.35mH，C=50uF，R=1Ω，改变L₂的值为0.08mH、0.1mH时对比传递函数H(s)的伯德图（如图6所示）。

图6 不同电抗参数bode图

    由图6幅频特性可以看出L₂的增大，谐振频率f_res减小，向低频域移动，在低于谐振频率的低频域增益为0dB，没有衰减作用，在**谐振频率的高频域开始衰减对高频的衰减作用很明显，可以根据谐振点看出i₂在偏离i₁的程度，即衰减程度。由相频特性可以看出相位角偏移起始频率也向低频域移动。

（3）L₁=0.35mH，C=50uF，L₂=0.08mH ，改变R的值为0Ω、1Ω、2Ω时对比传递函数H(S)的伯德图（如图7所示）。

图7 不同阻尼电阻参数bode图

    由图7幅频特性可以看出阻尼R的增大，抑制谐振的能力越强，阻尼R值大了之后会导致在高频域内虽然较大程度上的抑制了谐振峰值，但是高频域的滤波性能变差；阻尼R值过小会导致抑制谐振能力不够。由相频特性可以看出增大阻尼R值会导致相位角偏移的速度在频率升高时较为缓慢。

3  APF-LCL仿真结果

    建立三相三线APF仿真模型，谐波负载电流如图8所示，为典型的非线性阻性负载谐波，THD含量为16.6%，主要包含5次、7次、11次、13次谐波。

图8 典型阻性谐波负载

    未加LCL并网滤波功能，得到的补偿后的THD含量为1.59%如图9所示。

图9 未加LCL的APF补偿后网侧电流

    可以看出10KHZ为200次谐波含量是比较高的，采用LCL后滤除效果如图10所示，补偿后的THD含量为0.95%，将200次（10KHZ）、400次（20KHZ）高频开关次谐波给衰减了。

图10 加LCL的APF补偿后网侧电流

4  结论

    本文分析了在三相三线制APF中加上LCL并网滤波环节的数学模型以及谐振频率，通过分析APF-LCL数学模型传递函数伯德图，得出调整各个电气参数对APF滤波效果有何种影响，在APF-LCL仿真模型中对比了有无LCL环节对滤波效果的影响。由此得出结论：在避免谐振的基础上加上LCL环节对滤除APF系统中高次开关频率的谐波有良好的效果。

文章来源：《建筑电气》2014年*2期-增刊

参考文献

[1] S.Pettersson,M.Salo,and H.Tuusa, “Applying an LCL-filter to a four-wire active power filter,”in 37th  IEEE Power Electronics Specialists Conference, pp. 1–7.

[2] 仇志凌,杨恩星，孔洁，陈国柱.基于LCL滤波器的并联有源电力滤波器电流闭环控制方法[J].中国电机工程学报，2009,29(18)15-20.

[3] 赵仁德,赵强，李芳，王平.LCL滤波的并网变换器中阻尼电阻影响分析[J].电力系统自动化学报，2009,21(6)112-116.

[4] 王兆安,杨君,刘进军,王跃.谐波抑制和无功功率补偿.北京:机械工业出版社[M ]. 2013

[5] 张宪平,林资旭，李亚西,许洪华.LCL滤波的PWM整流器新型控制策略[J].电工技术学报，2007,22(2) 74-77.

[6] 张东江,仇志凌,李玉玲,陈国柱,何湘宁.基于LCL滤波器的高稳态性能并联有源电力滤波器[J].电工技术学报，2011,26(6)137-143.

[7] 张国荣,陈鹏,李宗钧.并联有源电力滤波器LCL参数的选择方法[J].电测与仪表，2011,48(542)44-49.

[8] 张崇巍，张兴.PWM整流及其控制[M].北京：机械工业出版社，2003.

词条
词条说明
浅析住宅小区景观照明的电气安全建设
摘要：现代社会人们对生活质量以及居住环境所提出的要求越来越高，休闲放松以及亲近自然是住宅小区建设首先需要满足的要求。在此种趋势与背景之下室外景观照明也取得相当明显的发展与进步，随之而来的就是小区景观照明的电气安全建设，相关部门以及工作人员提升重视程度，从根本上避免安全事故的发生，为人民群众提供安全的居住环境。关键词：住宅小区；景观照明；电气安全；建设；路灯安全用电引言景观设
无锡地铁4号线一期工程天河停车场项目中智能照明监控系统的应用
摘要：本文简述了智能照明监控系统的组成原理，分析了智能照明监控在应用中的设计依据和相关规范。通过安科瑞ASL1000智能照明监控系统监控系统在无锡地铁4号线一期工程天河停车场项目中的实例介绍，阐述智能照明监控系统功能的实现及其重要意义。关键字：无锡地铁4号线；智能照明监控系统；ASL10001 引言安科瑞电气股份
浅谈高校学生公寓智能化用电管理系统的应用
王孟春安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801 摘要：过对目前学生公寓用电管理模式缺点的分析，本文提出了新型用电管理模式，并以某学生公寓智能安全控电管理系统产品的分析为例。讨论了智能安全控电管理系统在学生公寓管理中的实际意义和未来应用前景。关键词:管理模式；用电负荷；智能控电管理系统 1当前用电管理模式目前，许多高校学生公寓用电
浅谈基于无线物联网技术的分布式配电室远程监控系统研究
摘要：为解决现有配电室监控系统在实际应用中存在配电室各监控参数采集结果误差较大问题，设计一种新的监控系统，实验证明能够有效减小配电室各监控参数采集误差，提高系统监控精度。关键词：物联网技术；分布式；配电室；远程；监控；系统 0 引言以往电力企业在对配电室进行管理时，通常依赖于人工定时的方式对各类电力设备仪器进行检测，并手动绘制成表格的形式上报。但这种管理模式在实