基于DSP并联有源电力滤波器的研究

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                    　　随着电力电子技术的迅猛发展，电力系统中非线性负荷大量增加，各种非线性和时变性电子装置如逆变器、整流器及各种开关电源的应用越来越广泛，由此带来的谐波和无功问题日益严重。采用电力滤波装置就近吸收非线性负载所产生的谐波和无功电流，是抑制谐波和无功污染的有效措施。目前大量采用并聪型无源电力滤波器(PPF)来抑制谐波，PPF具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，但是其本身固有的缺陷限制了其发展。与PPF相比，有源电力滤波器(APF)具有高度的可控性和快速响应性，其特点是不仅能够补偿各次谐波，还可以抑制闪变、补偿无功；不受系统阻抗特性的影响，可消除与系统阻抗发生并联谐振的危险；具有自适应能力，可自动跟踪补偿变化着的谐波。本文主要研究并联型APF。
　　1 工作原理
　　有源电力滤波器系统构成原理如图1所示。






　　2 硬件电路设计
　　指令电流运算电路的核心是DSP，运用扩展dq算法检测负载电流中的谐波和无功分量，并根据无功补偿和谐波抑制装置的补偿目的得出补偿电流的指令信号。补偿电流发生电路则产生跟踪指令电流的补偿电流以达到补偿谐波和无功的目的。控制系统的硬件主要包括DSP控制芯片、D／A与A／D电路、采样周期信号发生电路、非线性负载电流的检测与调理电路、三角波比较电路、驱动电路和直流侧电压控制与均压控制电路。如图2所示，系统通过电流传感器检测非线性负载的电流iLa，iLb和iLc，经电流信号调理后送入DSPTMS320F2812的A／D端口。驱动电路接收来自DSP的PWM信号并经隔离和放大后驱动主电路的开关管，以控制主电路电流跟随指令电流的变化。2个电压传感器分别检测变流器直流侧的总电压和上部电容电压，经电压信号调理电路后送入DSP，通过合理的控制以调节直流侧电压的稳定以及上、下电容电压的均衡。启动、关断和保护模块按一定的时序控制装置的启动和关断，并提供装置的过流、过压、过热、缺相等故障保护功能。






　　4 实验结果与分析
　　为了验证上述谐波检测和控制方案的有效性以及由此构成的基于DSP的并联型有源电力滤波器是否能很好地补偿谐波和无功电流，本文进行了实验。采用阻性负载作为三相不控桥式整流器的负载，试验中在负载侧接了1个2 Ω的电阻。下面以A相为例给出实验波形。图4分别给出了补偿前后的负载电流波形和补偿前后负载电流的频谱图。






　　5 结 语
　　本文以并联有源电力滤波器为研究对象，对其拓扑结构、补偿分量的检测算法、控制策略等问题作了较系统的研究。在该基础上，介绍一种基于DSP的并联型电力有源滤波器的设计。仿真实验表明所设计的有源滤波器具有良好的谐波补偿特性、自适应补偿能力。