实现分流式有源功率滤波器的尺寸缩小：一种利用负载阻抗分析和保守功率理论的设计方法

《IEEE Access》：Achieving Reduced Sizing for Shunt Active Power Filters: A Design Leveraging Load Impedance Analysis and Conservative Power Theory

　　

摘要：

电力电子技术在工业系统中的日益集成导致了变频驱动器的广泛采用，这些驱动器大多由6脉冲二极管桥式整流器与大型直流链路电容器共同供电。虽然这种配置能够为基于IGBT的电机驱动器提供稳定的电压，但它同时也表现为一种非线性电压源负载，会向电网注入大量的谐波失真。传统的缓解策略通常包括并联有源功率滤波器（SAPF），但如果这些滤波器的尺寸设计不当，其所需的功率等级可能会接近负载本身的功率等级——这使得它们在许多应用中变得不切实际。本文提出了一种简化设计方法，旨在减小典型整流器-电容器供电感应电机系统中SAPF及相关无源元件的尺寸和功率等级。该方法的一个关键部分是在滤波器设计及其控制中使用了基于保守功率理论（CPT）的单周期功率组件。通过全面的PLECS仿真和实时硬件在环实验验证了所提出策略的有效性。结果表明，通过选择4.5%的负载阻抗值（低于文献中通常推荐的6%），可以在降低电网电流谐波失真和电流纹波方面取得良好的性能。