2.3 主电路

有源电力滤波器的主电路型式多种多样，有很多种分类方法。具体分类方法见上所述。

2.4 保护电路

保护系统采用快速硬件保护(与功率单元直接连接)和高速DSP的软件保护相结合的方式，实现双重保护机制，使得系统安全，运行可靠。

2.5 耦合变压器

前面讲到的两种主电路结构都通过连接电抗器直接接入系统，但对于电压较高的情况，由于各种开关器件耐压水平的限制，变流器输出电压不可能太高，因此通常采用变压器接入方式。采用耦合变压器接入电力系统的好处有：

1)可以灵活地改变逆变器的输出电压和电流，从而充分利用开关器件的电压与电流容量;

2)可以提供绝缘隔离，变压器的电气与一、二次侧的绝缘隔离可以防止出现不必要的电气连接，可以提高有源电力滤波器的可靠性，还可以防止电力系统中的各种干扰直接进入到有源电力滤波器中。

虽然变压器带来了很大的好处，但是在有源电力滤波器中采用耦合变压器本身也存在一些缺点。

这主要是因为有源滤波器对耦合变压器存在较高的要求，因此在设计选择耦合变压器时要注意：

1)工作频带耦合变压器要有较宽的工作频带;

2)铁心材料的选择鉴于有源滤波器工作时的频率范围，耦合变压器的铁心材料一般选薄硅钢片或非晶合金磁性材料;

3)铁心结构选择由于有源滤波器输出的三相电压或电流是相互独立的，因此要求耦合变压器三相独立或三相之间相互影响小，所以有源滤波器的耦合变压器采用五铁心柱结构或采用三单相变压器，这样三相绕组之间的影响很小或三相完全独立。

3 有源滤波器设计步骤及参数选择

3.1 设计有源滤波器一般步骤

1)应该根据所需要补偿的负荷谐波次数及容量确定有源滤波器补偿电流谐波的最高次数及谐波的容量。

2)根据补偿效果及谐波就地补偿等原则确定有源滤波器的接入点。

3)根据接入点的电压等级及负荷的结构确定有源电力滤波器的电压等级及相应的主电路结构。对于380 V 系统，一般选择通过电抗器直接接入三相系统。而对于10 kV的系统，通常选择通过耦合变压器接入系统。

4)根据选择的电压等级及谐波电流的次数、容量以及所选择的主电路结构，参照开关器件的开关频率、电压等级、电流等级等选择合适的开关器件，确定有源滤波器直流侧合理的工作电压及连接电抗器的参数。

3.2 参数选择

3.2.1 电感选型

对于并联型有源电力滤波器，其主要功能是补偿电流ic(t)快速跟踪负荷电流中的谐波电流，从而使流入配电系统的谐波电流很小，避免对系统的污染。为了使ic (t)能够快速跟踪要补偿的电流，需要有源滤波器产生的ic(t)具有两个条件：首先，ic(t)的大小要满足补偿电流的要求，即逆变器补偿的电流必须大于等于补偿电流，也即有源滤波器的补偿容量满足负荷补偿的要求;其次，有源滤波器输出电流的变化率即dic(t)/dt 要大于等于补偿电流的变化率，只有这样有源滤波器才能快速跟踪补偿电流的变化。

第一个条件在设计有源滤波器时通过考虑容量即可满足，而第二条常常是衡量有源滤波器性能好坏的关键。因为非线性负荷种类很多，需要补偿电流的变化率可能完全不一样，为了保证有源电力滤波器的跟踪能力，在设计时必须非常重视其电流变化率。因此为了提高dic(t)/dt，要么减小有源滤波器的等效电感L，要么提高逆变器输出电压U(c t)。有源滤波器的等效电感L 越小，其电流跟踪能力越强，但是L 过小，有源滤波器输出电流中基于开关频率的特征谐波会很大，而且一旦有源滤波器本身出现故障，会产生较大的过电流，从而影响系统。因此有源滤波器的等效电感不能选择过小。通常，如果以有源滤波器的电流容量作为电流基值，接入电压作为电压基值，则等效电感对应的基波电抗的标幺值约为20%，电感值通常为mH级别。

3.2.2 直流母线电容

因为提高直流侧电容电压Ud c(t)可以提高有源电力滤波器电流跟踪能力。因此设计有源滤波器时，应该根据最恶劣的条件估算出需要补偿的负荷电流的最大变化率，选择合适的直流侧电压。直流侧电压选定后，在保证安全裕度的前提下选择开关器件的电压、电流等级。直流侧电容容量在允许的范围内(电容容量应避免与电抗产生谐振)当然越大越好，但电容过大增加了装置的成本。直流侧电容容量的选择主要是防止直流电容电压的波动，计算电容电压波动时必须考虑谐波引起的电容电压波动。扁平线圈电感制造厂

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