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一、 参数选择

(1) 直流母线电容

因为提高直流侧电容电压Ud c(t)可以提高有源电力滤波器电流跟踪能力。因此设计有源滤波器时,应该根据最恶劣的条件估算出需要补偿的负荷电流的最大变化率,选择合适的直流侧电压。直流侧电压选定后,在保证安全裕度的前提下选择开关器件的电压、电流等级。直流侧电容容量在允许的范围内(电容容量应避免与电抗产生谐振)当然越大越好,但电容过大增加了装置的成本。直流侧电容容量的选择主要是防止直流电容电压的波动,计算电容电压波动时必须考虑谐波引起的电容电压波动。

(2) 电感选型

对于并联型有源电力滤波器,其主要功能是补偿电流ic(t)快速跟踪负荷电流中的谐波电流,从而使流入配电系统的谐波电流很小,避免对系统的污染。为了使ic (t)能够快速跟踪要补偿的电流,需要有源滤波器产生的ic(t)具有两个条件:

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首先,ic(t)的大小要满足补偿电流的要求,即逆变器补偿的电流必须大于等于补偿电流,也即有源滤波器的补偿容量满足负荷补偿的要求;

其次,有源滤波器输出电流的变化率即dic(t)/dt 要大于等于补偿电流的变化率,只有这样有源滤波器才能快速跟踪补偿电流的变化。 第一个条件在设计有源滤波器时通过考虑容量即可满足,而第二条常常是衡量有源滤波器性能好坏的关键。因为非线性负荷种类很多,需要补偿电流的变化率可能完全不一样,为了保证有源电力滤波器的跟踪能力,在设计时必须非常重视其电流变化率。因此为了提高dic(t)/dt,要么减小有源滤波器的等效电感L,要么提高逆变器输出电压U(c t)。有源滤波器的等效电感L 越小,其电流跟踪能力越强,但是L 过小,有源滤波器输出电流中基于开关频率的特征谐波会很大,而且一旦有源滤波器本身出现故障,会产生较大的过电流,从而影响系统。因此有源滤波器的等效电感不能选择过小。通常,如果以有源滤波器的电流容量作为电流基值,接入电压作为电压基值,则等效电感对应的基波电抗的标幺值约为20%,电感值通常为mH级别。

二、 设计有源电力滤波器一般步骤

1)根据接入点的电压等级及负荷的结构确定有源电力滤波器的电压等级及相应的主电路结构。对于380 V 系统,一般选择通过电抗器直接接入三相系统。而对于10 kV的系统,通常选择通过耦合变压器接入系统。

2)根据选择的电压等级及谐波电流的次数、容量以及所选择的主电路结构,参照开关器件的开关频率、电压等级、电流等级等选择合适的开关器件,确定有源滤波器直流侧合理的工作电压及连接电抗器的参数。

3)应该根据所需要补偿的负荷谐波次数及容量确定有源滤波器补偿电流谐波的最高次数及谐波的容量。

4)根据补偿效果及谐波就地补偿等原则确定有源滤波器的接入点。

三、 应用情况及前景展望

近年来,在电力电子工程师和研究人员的不断努力下,有源电力滤波技术取得了长足的发展,有源电力滤波器的价格也不断降低。随着人们对谐波污染认识的不断加深,有源电力滤波器的应用前景是相当光明的,在国内的应用也将越来越广泛。目前,有源电力滤波器技术已在日本、美国等少数工业发达国家得到应用,有许多工业装置投入运行;国内对有源电力滤波器的研究尚处于起步阶段。

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