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有源电力滤波器设计
发布时间:2016-08-29 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]- 摘要：以三相系统中的电网电流为研究对象，介绍了有源电力滤波器的系统结构和工作原理，讨论了主要元件参数的设计和计算。
关键词：有源电力滤波器；滤波器设计；谐波检测
O 引言
近年来，公用电网受到了谐波电流和谐波电压的严重污染，而电力电子装置是其主要的谐波污染源。随着电力电子装置的日益广泛应用，电网中的谐波污染也日益严重，并影响到供电质量和用户使用的安全性，因此电网谐波污染的治理越来越受到关注。
有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置，能对大小和频率都变化的谐波及无功功率进行补偿。和传统的无源滤波器相比，有突出的优点。
(1)对各次谐波和分数谐波均能有效地抑制，且可提高功率因数；
(2)系统阻抗和频率发生波动时，不会影响补偿效果。并能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响；
(3)不会产生谐振现象，且能抑制由于外电路的谐振产生的谐波电流的变化；
(4)用一台装置就可以实现对各次谐波和基波无功功率的补偿；
(5)不存在过载问题，即当系统中谐波较大时，装置仍可运行，无需断开等。
由以上可铁芯电感器看出，它克服了传统的无源滤波器的缺点，具有良好的调节性能，因而有很大的发展前途。
本文对适用于电力系统的有源电力滤波器的原理和设计进行介绍。
l 有源电力滤波器系统结构
有源电力滤共模电感波器系统结构如图l所示。
有源电力滤波器的基本工作原理是：实时检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算单元计算出补偿电流指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大产生补偿电流，补偿电流与负载电流中需用补偿的谐渡及无功等电流抵消，最终得到期望的电源电流。在图1中的体现是，当需要补偿负载所产生的谐波电流时，有源电力滤波器检测出补偿对象负载电流iL中的谐波分量iLb后，将其反极绕行电感性作为补偿电流的指令信号iC*，再由补偿电流发生电路产生补偿电流ic，其中补偿电流ic与负载电流中谐波分量iLh大小相等，方向相反，因而两者相互抵消，使得电源中电流中只含基波，达到消除电源电流中谐波的目的。
图1为有源滤波器的系统框图。通过霍尔传感器检测非线性负载的电流iLa、iLb、iLc经电流信号调理后送入指令电流产生电路，指令电流产生模块是由TI公司的DSP TMS320LF2407为核心建立的。DSP计算出需要补偿的谐波和无功电流后，通过外部D／A送入电流跟踪控制电路。霍尔传感器检测有源电力滤波器主电路的电流ica、icb、icc，经电流信号调理后也送入电流跟踪控制电路，电流跟踪控制电路对主电路补偿电流与贴片电感指令电流进行滞环比较后送出栅极开关驱动信号，驱动电路接受来自前级电流跟踪控制电路的PWM信号，并经隔离放大后驱动主电路的开关管，以控制主电流的电路跟随指令电流的变化，最终达到实时补偿谐波与无功功率的目的。电压传感器检测变流器直流侧总电压，经电压信号调理后送入指令电流发生电路，通过合理的控制以凋节直流侧电压的稳定。启动、关断和保护模块按一定的时序控制装置的启动和关断，并提供装置的过流、过压、过热、缺相等故障保护功能。
2 有源电力滤波器主电路设计
设计主电路时，应首先确定主电路的形式，目前，有源电力滤波器主电路的形式绝大多数采用电压型，本文选择主电路为并联电压型、单个变流器的形式。
主电路设计需要解决的问题是：主电路容量的计算；开关器件的选择及其参数的确定；对补偿电流的跟踪特性起决定作用的参数(输出电感L、直流侧电容电压Ud、滞环宽度δ)的设计；按所选器件要求的驱动电路的设计以及整个装置的各种保护电路设计。
2．1 主电路容量的计算
有源电力滤波器的容量SA一体电感由式(1)确定
式中：E为电网相电压有效值；
Lc为补偿电流有效值。
如果所设计装置的容量为15 kVA，则Ic=SA/3E=15x103/3x220=22．7 A
2．2 功率开关器件的选取IR2101驱动MOSFET没有输出如图，在protues中仿真测试IR2101驱动MOSFET，从波形来看，IR2101有输出，但是为什么MOSFET没有打开呢？最后的部分使用1N4007对220V的交流电进行整流后接到N-MOSFET上，求赐教，不胜感激
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