中心議題：

• 有源電力濾波器工作原理
• 硬件電路設計
• 軟件設計係統
• 實驗結果與分析

解決方案：

• 指令電流運算電路
• 補償電流發生電路

隨著電力電子技術的迅猛發展，電力係統中非線性負荷大量增加，各種非線性和時變性電子裝置如逆變器
、整zheng流liu器qi及ji各ge種zhong開kai關guan電dian源yuan的de應ying用yong越yue來lai越yue廣guang泛fan，由you此ci帶dai來lai的de諧xie波bo和he無wu功gong問wen題ti日ri益yi嚴yan重zhong。采cai用yong電dian力li濾lv波bo裝zhuang置zhi就jiu近jin吸xi收shou非fei線xian性xing負fu載zai所suo產chan生sheng的de諧xie波bo和he無wu功gong電dian流liu
，是shi抑yi製zhi諧xie波bo和he無wu功gong汙wu染ran的de有you效xiao措cuo施shi。

目前大量采用並聰型無源電力濾波器(PPF)來抑製諧波，PPF具有投資少、效率高、結構簡單、運行可靠及維護方便等優點，但是其本身固有的缺陷限製了其發展。與PPF相比


，有源電力濾波器(APF)具有高度的可控性和快速響應性
，其特點是不僅能夠補償各次諧波
，還可以抑製閃變
、補償無功；不受係統阻抗特性的影響，可消除與係統阻抗發生並聯諧振的危險；具有自適應能力，可自動跟蹤補償變化著的諧波。本文主要研究並聯型APF。

1工作原理

有源電力濾波器係統構成原理如圖1所示。


圖中Vs表(biao)示(shi)交(jiao)流(liu)電(dian)源(yuan)，負(fu)載(zai)為(wei)非(fei)線(xian)性(xing)的(de)諧(xie)波(bo)源(yuan)，它(ta)產(chan)生(sheng)諧(xie)波(bo)並(bing)消(xiao)耗(hao)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)。有(you)源(yuan)電(dian)力(li)濾(lv)波(bo)器(qi)係(xi)統(tong)由(you)兩(liang)大(da)部(bu)分(fen)組(zu)成(cheng)，即(ji)指(zhi)令(ling)電(dian)流(liu)運(yun)算(suan)電(dian)路(lu)和(he)補(bu)償(chang)電(dian)流(liu)發(fa)生(sheng)電(dian)路(lu)。其(qi)中(zhong)
，指(zhi)令(ling)電(dian)流(liu)運(yun)算(suan)電(dian)路(lu)(即諧波和無功電流檢測電路)的主要功能是從補償對象的電流中提取所需的諧波和無功等電流分量。補償電流發生電路由電流跟蹤控製電路
、驅動電路和主電路三部分構成，它的作用是根據指令電流運算電路得出補償電流的指令信號，構造實際的補償電流。主電路目前均采用PWM變流器，在產生補償電流時，主要作為逆變器工作。

圖1所示APF的基本工作原理：實時檢測補償對象的電壓和電流

，經指令電流運算電路計算得出補償電流(諧波和無功電流)的指令信號，該信號經補償電流發生電路放大，得出補償電流，補償電流與負載電流中要補償的諧波及無功電流大小相等、相位相反
、相(xiang)互(hu)抵(di)消(xiao)，最(zui)終(zhong)得(de)到(dao)期(qi)望(wang)的(de)電(dian)網(wang)電(dian)流(liu)，使(shi)電(dian)網(wang)電(dian)流(liu)成(cheng)為(wei)與(yu)電(dian)壓(ya)同(tong)相(xiang)位(wei)的(de)正(zheng)弦(xian)波(bo)，從(cong)而(er)達(da)到(dao)抑(yi)製(zhi)諧(xie)波(bo)

，補(bu)償(chang)無(wu)功(gong)的(de)目(mu)的(de)。上(shang)述(shu)原(yuan)理(li)可(ke)用(yong)一(yi)組(zu)公(gong)式(shi)來(lai)描(miao)述(shu)：



2硬件電路設計

指令電流運算電路的核心是DSP


，運用擴展dq算(suan)法(fa)檢(jian)測(ce)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)中(zhong)的(de)諧(xie)波(bo)和(he)無(wu)功(gong)分(fen)量(liang)，並(bing)根(gen)據(ju)無(wu)功(gong)補(bu)償(chang)和(he)諧(xie)波(bo)抑(yi)製(zhi)裝(zhuang)置(zhi)的(de)補(bu)償(chang)目(mu)的(de)得(de)出(chu)補(bu)償(chang)電(dian)流(liu)的(de)指(zhi)令(ling)信(xin)號(hao)。補(bu)償(chang)電(dian)流(liu)發(fa)生(sheng)電(dian)路(lu)則(ze)產(chan)生(sheng)跟(gen)蹤(zong)指(zhi)令(ling)電(dian)流(liu)的(de)補(bu)償(chang)電(dian)流(liu)以(yi)達(da)到(dao)補(bu)償(chang)諧(xie)波(bo)和(he)無(wu)功(gong)的(de)目(mu)的(de)。控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)硬(ying)件(jian)主(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)DSP控製芯片、D／A與A／D電路、采樣周期信號發生電路
、非線性負載電流的檢測與調理電路、三角波比較電路
、驅動電路和直流側電壓控製與均壓控製電路。

如圖2所示
，係統通過電流傳感器檢測非線性負載的電流iLa，iLb和iLc
，經電流信號調理後送入DSPTMS320F2812的A／D端口。驅動電路接收來自DSP的PWM信號並經隔離和放大後驅動主電路的開關管
，以控製主電路電流跟隨指令電流的變化。2個電壓傳感器分別檢測變流器直流側的總電壓和上部電容電壓，經電壓信號調理電路後送入DSP
，通過合理的控製以調節直流側電壓的穩定以及上、下電容電壓的均衡。啟動、關斷和保護模塊按一定的時序控製裝置的啟動和關斷，並提供裝置的過流、過壓、過熱
、缺相等故障保護功能。[page]



3軟件設計係統

係xi統tong的de全quan數shu字zi化hua控kong製zhi對dui實shi時shi性xing要yao求qiu很hen高gao
，同tong時shi還hai必bi須xu考kao慮lv控kong製zhi精jing度du，這zhe兩liang點dian關guan係xi著zhe整zheng個ge係xi統tong性xing能neng的de好hao壞huai。因yin此ci
，縮suo短duan程cheng序xu運yun行xing時shi間jian並bing保bao證zheng計ji算suan精jing度du是shi係xi統tong軟ruan件jian設she計ji的de出chu發fa點dian。

係統以一個采樣周期為運行周期，在每個運行周期內需完成數據采樣
，計算瞬時諧波及無功電流分量值，產生6路PWM信號
，分別控製6隻IGBT管的開關狀態，這幾步過程應在一個運行周期內完成，否則實時性很難得到保證。係統軟件主要包括主程序、A／D轉換子程序、諧波和無功電流計算子程序
、PWM信號輸出子程序
、串行通信子程序等幾部分。
係統軟件組成框圖如圖3所示。



4實驗結果與分析

為了驗證上述諧波檢測和控製方案的有效性以及由此構成的基於DSP的de並bing聯lian型xing有you源yuan電dian力li濾lv波bo器qi是shi否fou能neng很hen好hao地di補bu償chang諧xie波bo和he無wu功gong電dian流liu
，本ben文wen進jin行xing了le實shi驗yan。采cai用yong阻zu性xing負fu載zai作zuo為wei三san相xiang不bu控kong橋qiao式shi整zheng流liu器qi的de負fu載zai
，試shi驗yan中zhong在zai負fu載zai側ce接jie了le1個2Ω的電阻。下麵以A相為例給出實驗波形。圖4分別給出了補償前後的負載電流波形和補償前後負載電流的頻譜圖。


從圖4中可以看出，在未加入APF時的Axiangdianyuandianliuboxingfashengleyanzhongjibian

，weijiandingbo，zaijiarubenshiyanzhuangzhizhihoudianyuandianliudeboxingyoulemingxiandegaishan，shifenjiejinyuzhengxianbo。tongshi
，congpinputuzhongkeyikanchubuchanghoudianyuandianliujibianlvhenxiao，dianyuandianliuchengxianchubijiaobiaozhundezhengxianbo
，jidianwangdianliuzhongxiebohewugongfenliangdedaolejiaohaodebuchang，youxiaodiyizhilexiebobingbuchanglewugongfenliang。zheshuomingAPF試驗裝置是有效的，並驗證了本文提出的算法和主電路設計的正確性。

負載電流中含有高次諧波及無功電流時，負載電流總諧波畸變率THD=63.86％，負載電流中各次諧波電流含量見表1；補償後電源電流總諧波畸變率THD=5.35％
，電源電流各次諧波電流含量見表2。



本文以並聯有源電力濾波器為研究對象，對其拓撲結構

、補償分量的檢測算法、控製策略等問題作了較係統的研究。在該基礎上，介紹一種基於DSP的並聯型電力有源濾波器的設計。仿真實驗表明所設計的有源濾波器具有良好的諧波補償特性、自適應補償能力。