三相四线并联有源电力滤波器的性能分析

　　摘要并联有源电力滤波器具有中线电流补偿能力，使用的主电路拓补结构包括四桥臂电容和三桥臂电容中分。在对这两者的性能进行定量分析时，需要对其拓补结构进行统一的数学建模。本文将以数学模型为基础，对三相四线并联有源电力滤波器的性能进行分析。
　　【关键词】数学模型 三相四线制 并联有源电力滤波器 性能分析
　　APF是并联有源电力滤波器的简称，并联的有源电力滤波器，其主电路具有中线电流补偿能力，可以使用三单相全桥结构对其进行拓补结构分析。而对三相四线并联的APF进行分析时，需采用统一的拓补结构。
　　1 三相四线并联有源电力滤波器分析使用的统一拓补结构
　　如图1-1所示为三相四线并联有源电力滤波器的统一拓补结构。
　　在三相四线并联有源电力滤波器的统一拓补结构中，四个串联的直流电容组成了直流侧，在图1-1中，各电容值由下至上以此为Ca、Cb、Cb、Ca；直流电压的总值是U0+0=udc，在进行分析时，假定直流电压的总值在整个过程中是不变的；三相三线全桥逆变器是由A、B、C桥臂构成的，作为为单相半桥结构的N桥臂，通过接入点接入到直流侧电容上，如图1-1中所示的J点与K点。
　　2 三相四线并联有源电力滤波器性能分析
　　2.1 A、B、C桥臂的输出能力
　　三相四线并联有源电力滤波器，其性能主要表现在各个桥臂的输出电流上，其输出电流需要具备一定强度的变化率，这样才能对输出电流参考值进行跟踪，并满足中线电流与补偿谐波的需求。
　　在系统电压已知的情况下，在直流电容电压不变和桥臂输出电感值固定的条件下，ujn（j为A、B、C）就决定了A、B、C桥臂输出电流的变化率的大小。在对系统零序电压产生的影响忽略不计时，并联有源电力滤波器的参数与控制方式会直接决定ujn的值。所以在对三相四线并联有源电力滤波器进行研究时，应将对ujn的研究放在重要位置上。
　　一般情况下，系统中线与三桥臂电容中分拓补结构连接时无电感产生，在这个时候，从输出能力角度考量，A、B、C桥臂的输出能力是最弱的，只有直流电压利用效率的二分之一。在这种情况下，从输出电流方面考量，A、B、C桥臂输出电流的变化率会降低很多，其对对象谐波含量的补偿性能也会下降。
　　当A、B、C桥臂输出电感远远小于N桥臂时，其输出能力只有直流电压利用效率的三分之二；当系统中线与N桥臂直接相连时，其输出能力与直流电压利用效率齐平。一般情况下可以通过谐波补偿能力的增强来判断A、B、C桥臂输出电流变化率的提高，这时可以做到充分利用直流电压。
　　2.2 N桥臂的输出能力
　　在对系统零序电压忽略不计的情况下，可以求得：
　　-3uF0=3SnE-(Sa+Sb+Sc)udc
　　其中：uF0指的是在N桥臂上A、B、C桥臂各中点电压的零序分流。从公式中可推断出，在电感值不变的条件下， 会直接决定N桥臂输出电流的变化率。当各条件不变时，三桥臂电容中分拓补结构中N桥臂的输出能力是四桥臂的拓补结构中N桥臂输出能力的二分之一，在对中线电流的补偿能力方面，三桥臂拓补结构也比四桥臂拓补结构稍弱些。
　　3 结论
　　依据上述的分析，以及对相关指标体系的介绍，可以总结出：
　　第一、各桥臂对应的拓补结构的N桥臂输出能力会随着m值的增加而提高。在其他条件一致时，三桥臂电容中分拓补结构的输出能力会是四桥臂拖布结构的N桥臂输出能力的二分之一。由此可判断出，三桥臂电容中分拓补结构较四桥臂拓补结构要差些。
　　第二、各桥臂对应的拓补结构的的A、B、C桥臂的输出能力会随着m值的增加而提高。k值对三桥臂电容中分拓补结构的输出能力与四桥臂拓补结构的A、B、C桥臂的输出能力之间的比较无影响。
　　第三、在m值不变的条件下，可分为两种情况进行讨论：当m值在零到三分之一的闭区间上时，随着k值的增加，对应的拓补结构的A、B、C桥臂输出能力会降低；当m值在三分之一到一的闭区间上时，随着k值的增加，对应的拓补结构的A、B、C桥臂输出能力会提高。
　　4 总结
　　本文首先都分析过程中所需使用的统一数学模型进行了介绍，之后使用统一数学对三相四线并联有源电力滤波器的性能进行了分析。本文中对三相四线并联有源电力滤波器性能的分析结果可以为优化安装参数、设计控制策略和改进主电路拓补结构提供依据。
　　
　　参考文献
　　[1] 乐健.姜齐荣.韩英铎.基于统一数学模型的三相四线有源电力滤波器的电流滞环控制策略分析[J].中国电机工程学报，2010,4（05）：130-132.
　　[2] 谢斌.并联型有源电力滤波器谐波检测及控制技术研究[D].武汉：华中科技大学，2010.
　　
　　作者单位
　　泉州工艺美术职业学院福建省泉州市362500