三电平APF的LCL滤波器设计和分析研究.docx

三电平APF的LCL滤波器设计和分析研究*俞年昌，杨家强*(浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027)摘要:针对有源电力滤波器(APF)补偿谐波电流时纹波较大的问题，对二极管箝位型(NPC)三电平APF的LCL滤波器设计和分析方法进行了研究。分析了滤波电感、电容和阻尼电阻等各个参数对 LCL 滤波器的影响，给出了 LCL 滤波器的设计原则和约束条件，提出了一种简单实用的LCL滤波器设计方法。首先，根据有源电力滤波器需要补偿谐波电流的最高次数和开关频率选定 LCL滤波器谐振频率; 然后，为了解决低频谐波电流和高频开关纹波电流互相干扰的问题，同时为了减小电感体积、节约成本，根据设计原则和约束条件对LCL的各个参数进行了优化设计;最后，在5kVA三电平并联型有源电力滤波器实验平台上进行了实验验证。实验及研究结果表明，该设计方法在保证有源电力滤波器高补偿带宽的同时可以有效降低其纹波电流。关键词:LCL滤波器;有源电力滤波器;三电平逆变器中图分类号:TM72;TP477文献标志码:A文章编号:1001－4551(2014)05－0624－05IimproveddesignofLCL-filterbasedactivepowerfiltersusingNPCconverterYUNian-chang，YANGJia-qiang*(SchoolofElectricalEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract: Aimingatachievinglowswitchingfrequencycurrentforactivepowerfilters(APF)，thedesignofLCL-filterforAPFusingneutralpointclamedconverterwasstudied． Affectionsofdifferentparameterswereanalyzed． Then，constraintsandprinciplesonLCL-filterdesignwereconcluded． AsimpleandpracticaldesignprocedureofLCL-filterwasproposedsubsequently． Firstly，theresonantfrequencyofLCL-fil-terwassetaccordingtothehighestharmonicorderandswitchfrequency．Then，theparametersoftheLCL-filterwereoptimizedbasedonthedesignprinciplesandconstraintswithsmallervolumeandlowercost．Finally，thetheorywasverifiedbyexperimentina5kVAshuntAPFsystems．Theresultsindicatethat，theproposeddesigncaneffectivelyeliminatetheswitchingcurrentwithoutreducingthebandwidthofAPF．Keywords: LCL-filter; activepowerfilters(APF); NPCconverter提出了三电平APF的方案。相比于传统的两电平引言0APF，三电平 APF 可以承受更高的电压，具有更低的谐波畸变率、更低的开关频率和更少的损耗，因此更加适用于中高压大功率领域。三电平APF要求具有较高的补偿带宽和较低的开关纹波电流。而LCL滤波器可以兼顾低频段增益和高频段的衰减，在同样的开关频率下，LCL 所需电感更小，在大功率的场合可以有效地减随着电力电子设备等非线性负载的广泛应用，谐波和无功问题日益凸显。而有源电力滤波器(APF)正是解决这一难题的有效手段［1-2］。在当前低压领域APF已经日益完善，而大功率电力电子装置的应用使得大功率中高压 APF 的需求日益迫切。对此，学术界收稿日期:2014 －01－07基金项目:国家自然科学基金资助项目作者简介:俞年昌(1985－)，男，福建龙岩人，主要从事电能质量和多电平逆变器方面的研究．E-mail:ncyu08@163．com通信联系人:杨家强，男，副教授，硕士生导师．E-mail:yjq1998@163．com俞年昌，等:三电平APF的LCL滤波器设计和分析研究第5期·625·小系统的体积和降低成本，因此LCL滤波器在大功率的场合具有广阔的应用前景［3］。但LCL 滤波器是一个三阶系统，存在谐振现象，需要增加阻尼环节来抑制谐振，以确保系统的稳定性。