并联有源电力滤波器交流侧滤波电感的优化设计

1    三相四线并联型有源电力滤波器的结构与工作原理

    图1为三相四线制并联型有源电力滤波器的结构。主电路采用电容中点式的电压型逆变器。电流跟踪控制方式采用滞环控制。

图1    三相四线制并联型有源滤波器的结构

    以图2的单相控制为例，分析滞环控制PWM调制方式实现电流跟踪的原理。在该控制方式中，指令电流计算电路产生的指令信号i_c^＊与实际的补偿电流信号i_c进行比较，两者的偏差作为滞环比较器的输入，通过滞环比较器产生控制主电路的PWM的信号，此信号再通过死区和驱动控制电路，用于驱动相应桥臂的上、下两只功率器件，从而实现电流i_c的控制。

图2    滞环控制PWM调制方式实现电流跟踪的原理图

    以图3中A相半桥为例分析电路的工作过程。开关器件S₁和S₄组成A相的半桥变换器，电容C₁和C₂为储能元件。u_c1和u_c2为相应电容上的电压。为了能使半桥变换器正常跟踪指令电流，应使其电压u_c1和u_c2大于输入电压的峰值。

（a）i_ca>0,di_ca/dt>0（b）i_ca>0,di_ca/dt<0

（c）i_ca<0,di_ca/dt<0（d）i_ca<0,di_ca/dt>0

图3    电压型逆变器A相工作过程图

    当电流i_ca>0时，若S₁关断，S₄导通，则电流流经S₄使电容C₂放电，如图3（a）所示，同时，由于u_c2大于输入电压的峰值，故电流i_ca增大(di_ca/dt>0)。对应于图4中的t₀～t₁时间段。

    当电流增大到i_ca^＊＋δ时（其中i_ca^＊为指令电流，δ为滞环宽度），在如前所述的滞环控制方式下，使得电路状态转换到图3(b)，即S₄关断，电流流经S₁的反并二极管给电容C₁充电，同时电流i_ca下降(di_ca/dt<0)。相对应于图4中的t₁～t₂时间段。

图4    滞环控制PWM调制器的工作状态

    同样的道理可以分析i_ca<0的情况。通过整个电路工作情况分析，得出在滞环PWM调制电路的控制下，通过半桥变换器上下桥臂开关管的开通和关断，可使得其产生的电流在一个差带宽度为2δ的范围内跟踪指令电流的变化。