[发明专利]一种单相PAPF输出LCL滤波器的参数设计方法

说明书

技术领域

本说明涉及单相并联型有源电力滤波器(parallel active power filter，PAPF)输出LCL滤波器的参数设计方法，特别涉及一种基于负载电流傅里叶分析并综合各种限制因素的单相有源电力滤波器LCL参数设计方法。

背景技术

自20世纪70年代以来，由于电网中的晶闸管、二极管整流器、电弧炉、变频器、电气化铁路及各种电力电子设备用量不断增加而导致了电网严重污染。有源电力滤波器(Active power filter，APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置、它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点。由于脉宽调制的发波方式会产生高频开关谐波，故需要在交流侧采用滤波器进行滤波。常用的滤波器结构包括单L、LC和LCL滤波器。其中LCL滤波器以其体积小、成本低、对高频电流谐波衰减度高的优势广泛应用于变流器和有源滤波等场合针对有源电力滤波器。

目前，LCL参数设计的方法一般是通过考虑一些大范围的设计限制因素，并通过工程实际经验和一定的试凑来得到，这样的设计方法很难得到一个准确的并具有最佳滤波效果的LCL参数。另外，传统的设计大都是建立在直流侧电压已经确定的情况下，而实际上，有源滤波器直流侧电压的选择跟LCL参数的选择有很大的耦合关系，显然，把两者分开考虑是不合理的。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于于负载电流傅里叶分析并综合考虑各种限制因素的单相PAPF输出LCL滤波器的参数设计方法，以期能够达到提高LCL参数设计精度的目的，并在设计时考虑LCL滤波器参数选择和PAPF直流侧电压选择的耦合关系，以便达到同时设计出LCL滤波器和PAPF直流侧电压参数的目的。

本发明采用的技术方案包括如下步骤：

本发明单相PAPF输出LCL滤波器的参数设计方法，所述单相PAPF输出LCL滤波器是指在由电感L₁、电感L₂和电容C构成的LCL滤波器中，所述电感L₁的一端连接单相PAPF桥臂侧，另一端与电感L₂的一端相连接，所述电感L₂的另一端作为滤波器输出与电网和非线性负载相连，所述电容C与电感L₁并联；本发明所述参数设计是按如下步骤进行：

步骤1：对于单相桥式二极管不控整流电路带电阻和大电感负载形式的非线性负载，由式(1)得到所述非线性负载接入电网时的负载电流i_L的傅里叶级数：

iL=2I1(sinωt+Σn=2k+1,k=1,2,3,...∞1nsinnωt)---(1)]]>

式(1)中，I₁为电网基波电流有效值，ω为电网角频率；

由式(2)得到PAPF发出的谐波电流i_h和基波无功电流i_1q之和，即补偿电流i_A为：

式(2)中，为负载电流i_L的位移因数角；则有式(3)：

当t＝0时：