电力电子技术在谐波治理中的应用：LCL滤波器优化策略探讨

中图分类号：TM48 文献标识码：A

　　探索三相三线制有源电力滤波器中LCL参数在系统仿真中的应用

　　作者：赵晓春、刘建春、赵高、李伟江

　　（上海201801，Acrel电气有限公司，中国）

　　摘要：三相三线制有源电力滤波器（APF）在电力系统中用于谐波补偿。然而，APF在补偿谐波时，其逆变器会产生高阶谐波开关频率，通过分析LCL滤波器的数学模型，可以构建三相三线制APF的仿真模型。本研究对比了有无LCL滤波器的APF效果，仿真结果表明，配备LCL滤波器的三相三线制APF能有效滤除逆变器产生的高频开关谐波。

　　关键词：三相三线制；APF；仿真模型；高频；谐波

　　1 引言

　　三相三线制APF能够补偿电力系统中的谐波，但APF本身在PWM调制技术下会产生高频开关谐波，这些谐波可能对设备造成电磁干扰。在APF补偿谐波时，需快速跟踪指令电流。若输出电抗器感量选得过小，虽然能保证电流跟踪，但开关谐波纹波较大；若感量过大，桥臂输出电流将滞后指令电流，影响补偿效果。因此，在保证电流跟踪的同时，需要在并网点增加LCL滤波环节以滤除高频开关谐波。

　　在APF并网时加入LCL滤波环节后，参数选择将影响滤波效果，甚至可能导致系统谐振。因此，需先分析带LCL的APF数学模型，确定谐振点和合适参数，以确保*佳滤波效果。

　　2 三相三线制APF-LCL数学模型

　　皖南电机在构建三相三线制APF仿真模型时，采用LCL并网接法，结构如图1所示。图1中的u为电网侧相电压，u1为变流桥交流侧电压，L为APF输出电抗感量，L1为LCL电网侧电抗感量，C为LCL电容值，R为电阻值。将图1的三相结构等效为单相结构，如图2所示，其中阻尼电阻R用于抑制谐振。根据图2，LCL的数学模型为方程组（1），经拉普拉斯变换后得到结构框图如图3所示，传递函数为H(s)，谐振频率为fres。

　　3 APF-LCL数学模型的参数分析

　　根据参考文献[7-8]中LCL参数的选取方法，考虑到LCL电容值参数在APF不可控整流预充电过程中的影响，仿真模型中LCL参数取值如表1所示，分析电气参数对系统性能的影响。

　　4 APF-LCL仿真结果

　　建立三相三线制APF仿真模型，负载电流如图8所示，为典型的非线性阻性负载谐波，THD含量为16.6%，主要包含5次、7次、11次、13次谐波。未加LCL滤波功能时，补偿后的THD含量为1.59%，如图9所示。加入LCL后，滤除效果如图10所示，补偿后的THD含量为0.95%，有效衰减了200次（10KHZ）和400次（20KHZ）高频开关谐波。

　　5 结论

　　本文分析了三相三线制APF中LCL滤波环节的数学模型和谐振频率，通过分析APF-LCL数学模型的传递函数伯德图，研究了调整电气参数对APF滤波效果的影响，并对比了有无LCL环节的滤波效果。结果表明，在避免谐振的情况下，增加LCL环节对滤除APF系统中高次开关频率的谐波有显著效果。

　　参考文献

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　　作者简介

　　赵高（1987-），安徽宁国人，硕士，研究方向为电力电子及谐波治理。