混合有源电力滤波器探讨

　　                           图5 考虑变压器影响的谐波等效电路图
　　                 Fig.5 Harmonic equivalent circuit with considered coupling transformer
　　设耦合变压器的原副边电感及互感分别为L1，L2和M，则Vch=sL2 Ish-sMIh′,忽略三相逆变电路开关谐波和电路延迟，则三相逆变电路可以等效为受控电压源，开关电路及变压器的损耗用电阻R上的损耗代替，则可得：

　　则

　　虽然在正常工作时，变压器副边侧主要流过基波电流，谐波电流很小，但是变压器的参数确实对系统的特性有所影响。特别在本文的有源滤波器电路中，由于变压器的分布参数的影响，系统在高频部分较差的滤波特性将得到改善。
2　新型串联混合有源滤波器的仿真分析
　　基于上述分析和设计，对该混合有源滤波器系统进行了仿真。仿真中采用的参数如下。
　　a.系统参数。电网相电压：基波为220 V，相电压的5次谐波分量为5%；电网频率：50 Hz；系统阻抗：Ls=100　μH,Rs=2　mΩ。
　　b.控制单元参数：电流控制放大倍数K=2。
　　c.谐波计算单元Butterworth滤波器截止频率为20 Hz。
　　d.无源滤波器参数：L1=19　mH,C=533　μF,L2=0.544 mH。
　　图6（a）负载电流含有5次（70%I1）、7次（80%I1）、11次（10%I1）、13次（10%I1）、17次（10%I1）谐波；图6（b）电网电压有轻微畸变，含有5次、7次谐波。由图6可见，补偿后电网侧负载电流基本达到正弦波形。补偿前电网侧负载电流畸变率ATHD=108%，补偿后ATHD=4.6%，其中5次、7次、11次、13次谐波得到有效抑制。

　　                     图6　利用混合APF补偿后的波形及频谱图
　　                    Fig.6　Waveforms and frequency spectrum
　　                          of the proposed hybrid active power filter
　　图7是无源滤波器的等效串联电阻r对系统HI（s）幅频特性的影响，由图可见，系统的滤波特性与无源滤波器的品质因数关系不是很明显。

　                          　图7　无源滤波器（PF）的等效串联电阻r
　　                           对系统HI（f）幅频特性的影响
　　                        Fig.7　The HI（f） characteristics effected
　　                        by the equivalent series resistance r of the PF
　　图8显示了有源滤波器（APF）控制器的电流控制放大系数K对系统HI（s）幅频特性的影响。图中，曲线1对应K=0不加APF补偿系统的幅频特性。加入电流补偿后，当K=2及K=6时，对应图中的曲线2及曲线3。由图可见，谐波电流在较宽广的范围内都得到了有效的抑制，K越大，滤波效果越好。而在基波频率处，由于无源滤波器处于并联谐振状态，基本不流过基波电流。

　　                   图8　APF的K对系统HI（f）幅频特性的影响
　　                  Fig.8　The influence of K on HI（f） of HAPF
　　                APF的容量可用｜IL1｜｜KIsh｜估算，一般约为补偿对象容量的2%～3%。
3　结语
　　对提出的新型混合有源滤波器的理论分析和仿真研究结果表明，其谐波抑制特性与无源滤波器的品质因数关系不十分明显。虽然电流控制放大系数K越大，滤波效果越好，但是K值也不宜过大，否则可能引起系统不稳定。对负载电流的畸变率ATHD为108%的非线性负载，用该新型混合有源滤波器进行补偿，仿真结果表明，当K=2时，补偿后，网侧电流的ATHD可下降到4.6%，其中5次、7次、11次、13次谐波可得到明显的抑制。
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