有源電力濾波器的主電路參數設計

L的選擇必須保證補償電流超調量不宜過大。換相期間的超調對應了最小值，設為δ1，由圖4得：在晶閘管導通段：結合圖3，可知|dia/dt|為余弦曲線的2/3段，最小值可能為零，或|dia/dt|t=γ，或|dia/dt|t=π。當|dia/dt|取得最小值時，出現最大超調。取極端情況，|dia/dt|=0，則最大超調。為限制最大超調，取最大容許超調電流為I，有源濾波器的開關頻率為f，可得：既滿足電流跟蹤能力，又滿足超調量限制的L取值為：(11)

32電容量的確定

有源濾波器的工作，就是電容的充、放電過程，為了保證濾波器的性能，必須維持其直流側的電壓基本不變。電容量的選擇影響了直流側電壓的波動，電容越大，電壓波動越小，但帶來了投資的增加。因此電容量的選擇是濾波器設計的重要一環。

電容器的電壓波動情況與其極板上貯存的電荷波動情況是一致的，可以通過電荷波動情況，確定電容量。而電荷波動情況又可通過電容的充、放電電流來表示。電容在一周內充電得到的或放電釋放的電荷量應是電容器所必須容納的最少電荷量。

設電容的充、放電過程變化的最大電荷量為Q1，要求電壓波動小于（Δu/u)％，則極板上貯存的電荷Q為：

Q=Q1u/Δu(12)

電容量為：C=Q/u(13)

最大電荷變化量Q1可由充、放電電流對時間的積分獲得。流過電容的電流由濾波器的輸出電流決定，由ia＋ib＋ic=0可知在任何時刻，均有一相電流與其他兩相電流反向，而這一相電流恰好是電容器的充、放電電流。

為了簡化計算，作如下假設：

（1）忽略換相過程，認為直流側電流無脈動。

（2）濾波器的輸出，完全跟蹤了給定電流，以給定電流作為濾波器的輸出。

根據假設，得到三相給定的補償電流，如圖5所示。

電容器的充、放電電流icap為：在各階段充、放電的電荷Q1（最大）為：(14)

對電網電流進行付里葉分解，得基波有功電流的有效值：(15)

式中μ=π/3，為波形系數，由式（15）及式（5）及式（6），得：1(16)

由式（12）～式(16)可確定電容量。

需指出，當α較小時，補償電流波形與圖5有所差別，此時補償電流在半周期中的過零點數增加，電容的充、放電頻率增加，對應的最大電荷亦與式（14）不同，將有所減小，但設計時仍可以引用式（14），只不過此時的直流側電壓波動幅度減小。同時，濾波器的輸出電流是圍繞給定的補償電流進行鋸齒振蕩，其積分效果與對給定的補償電流的積分效果非常接近，所以這點假設是成立的。

4仿真結果

對一臺給六脈波晶閘管相控變流器補償的有源

濾波器進行仿真（EMTP）。圖6中虛線為補償前的變流器網側電流（Id=140A，α=30°，γ=6.4°)。設Δu/u=5％，Uc=250V，最大超調控制在10％，有源濾波器的開關頻率為5kHz，根據本文方法計算，取L=0.26mH，C=66.0μF。圖6中實線為電網經補償后的電流。圖7給出了補償后網側的電流頻譜，可見，高次諧波被大大削弱，同時，功率因數得到了改善，有源濾波器獲得了較好的補償效果，從而驗證了本文的方法。

5結論

本文以六脈沖晶閘管相控變流器為補償對象，研究了有源濾波器的進線電感及直流側電容參數確定的解析方法。通過對補償電流的跟蹤性能及濾波器的輸出電流的超調的折衷，確定電感量；通過滿足一定的電壓變化率，而要求的直流側電容的最小貯存電荷量確定電容，為了獲得解析表達式，文中采用了一些合理的簡化手段。仿真結果驗證了方法的正確性。