3.1 IGBT的开通与关断损耗
有源滤波器的A相主电路如图7所示。假设电感电流ic为正时，则在S4开通之前，电流ic通过二极管D1流出，当S4开通后，流过二极管D1的电流逐渐转移为流过S4，只有当Dl中电流下降到零后，S4两端的电压才会逐渐下降到零。因此，在S4的开通过程中，存在着电流、电压的重叠时间，引起开通损耗，如图8所示。
图7 A相桥臂原理图
图8 开通损耗模型
由图8可知单个S4开通损耗为
P≈
dt（7）
开通损耗为
Pon=6×P=6×
×fs（8）
Iav=
|ic(t)|dt（9）
式中：ic(t)为IGBT集电极电流；
Uc为集射之间电压（忽略二极管压降即为主电路直流侧电压）；
ton为开通时间；
T0为一个工频周期；
fs为器件平均开关频率；
Iav为主电路电流取绝对值后的平均值。
类似可推得关断损耗为
Poff=6×
×fs(10)
式中：toff为关断时间。
3.2 IGBT的通态损耗
假设tcon为开关管导通时间，考虑到上下管占空比互补，可假设占空比为50％，即tcon=0.5Ts。
则通态损耗为
Pcon=6∑ic(t)Ucestcon/T0=3IavUces（11）
式中：Ts为平均开关周期；
Uces为开关管通态时饱和压降。
3.3 RC 吸收电路的损耗
RC 吸收电路的损耗为
Prc=6×
CsUc2fs (12)
式中：Cs为吸收电容值。
fs=
（13）
通过以上分析，可以得到系统总损耗为
Ploss=Pon＋Poff＋Pcon＋Prc （14）
4 滤波电感的优化设计
在满足一定效率条件下，寻求交流侧滤波电感L，使补偿电流跟踪误差最小。得到如下的优化算法。
优化目标为 minA（Uc，L）
约束条件为 Ploss≤（1－η）SAPF (15)
应用于实验模型为15kVA的三相四线制并联有源滤波器，参数如下：
SAPF=15kVA，Vsm=310V，η=95％，
Id=103A，Iav=18A，δ=1A，
Cs=4700pF，Uces=3V，ton=50ns，
toff=340ns。
在约束条件下利用Matlab的优化工具箱求目标函数最小时L与Uc1的值。可得到优化结果为：跟踪误差A=0.1523，此时交流侧滤波电感L=2.9mH，直流侧电压Uc=799V。
5 仿真与实验结果
表1列出了有源电力滤波器容量为15kVA时，电感取值与补偿后网侧电流的THD的比较。
表1 不 同 电 感L取 值 下 仿 真 结 果 交流侧滤波电感L/mH 直流侧电压Uc/V 网侧电流的THD/％ 2.9 800 16 5 800 21.5 7 800 24
图9，图10与图11是当Uc=2Uc1=800V，APF容量为5.2kVA时，电感L分别取7mH，5mH，3mH时的实验结果，补偿后网侧电流的THD分别为14.1％，18.3％，20.1％，与优化分析的结果相吻合。
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（ 上 ） 负 载 电 流iLa（ 32 A/div）（ 中 ） 网 侧 电 流isa（ 32 A/div）（ 下 ） 补 偿 电 流ica（ 16 A/div）
图 9 L取 7 mH时
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（ 上 ） 负 载 电 流iLa（ 32 A/div）（ 中 ） 网 侧 电 流isa（ 32 A/div）（ 下 ） 补 偿 电 流ica（ 16 A/div）
图 10 L取 5 mH时
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（ 上 ） 负 载 电 流iLa（ 32 A/div）（ 中 ） 网 侧 电 流isa（ 32 A/div）（ 下 ） 补 偿 电 流ica（ 16 A/div）
图 11 L取 3 mH时
6 结语
有源滤波器交流侧滤波电感直接影响谐波电流的补偿性能，因此，电感参数的选取十分关键，本研究基于15kVA的电力有源滤波器的实验模型，提出了一种优化设计交流侧滤波电感的方法，仿真和初步实验表明采用本方法选取的电感值，在满足一定效率的条件下，可获得较好的补偿性能，补偿后的网侧电流畸变率小。
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