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并联有源电力滤波器设计
作者：蒋永春 叶水光
来源：《数字技术与应用》2012年第08期
摘要：目前有源电力滤波器的采样频率较低，而且多路采样结果之间有延时，针对以上缺点，设计了一种基于DSPTMS320F28335的并联有源电力滤波器，本系统具有采样精度高、无延迟等特点。介绍了并联有源电力滤波器的结构原理，给出了系统硬件电路和软件设计，并分析了谐波检测模块和IGBT驱动模块。系统运行稳定可靠，有较大的应用前景。
关键词：有源电力滤波器 DSP TMS320F28335 IGBT AD7656
中图分类号：TP216+.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)08-0136-01
为保证供电质量，防止谐波对电网及电力设备的危害，除对电力系统加强管理外，还必须采取必要的措施来抑制谐波。有源电力滤波器（Active Power Filter，APF）被公认为是治理谐波、改善电能质量最有效的手段之一，已成为电力电子技术应用中的一个研究热点。研究一套并联型有源电力滤波器对于提高电能质量以及系统的安全使用有着十分重要的意义。
1、并联有源电力滤波器结构原理
本系统是基于三相三线制的并联型有源电力滤波器（简称APF），交流电网对各种负载供电，负载中存在非线性负载谐波源，产生谐波、消耗无功。APF由四部分组成：主电路、IGBT驱动电路、数字控制电路和谐波电流检测电路。本系统原理是根据瞬时无功功率理论的ip-iq算法原理，首先由DSP、FPGA等数字控制器计算出三相电流中的谐波分量，再利用不同的方法产生驱动开关元件的PWM指令，这些信号经过相关电路变成驱动信号驱动相应的开关器件，进而产生与非线性负载电流相位相反，幅值为负载电流中的谐波分量幅值的补偿电流，从而达到滤波目的。
2、系统硬件设计
有源滤波原理
有源滤波器是一种电子滤波器，它由电路中的主动元件（如晶体管、集成电路等）产生，可以对信号进行滤波处理，以实现特定的滤波效果。有源滤波器通常由无源元件（如电阻、电容、电感等）和运算放大器构成，具有电路简单、体积小、重量轻、成本低等优点。
有源滤波器的原理是利用电子元件的特性对信号进行滤波处理。在有源滤波器中，运算放大器是最关键的元件之一，它能够对信号进行放大、缓冲、调整阻抗等处理，从而实现滤波效果。根据滤波器的类型不同，运算放大器和其他元件的连接方式也会有所不同。
有源滤波器通常分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。低通滤波器允许通过低频信号，抑制高频信号；高通滤波器允许通过高频信号，抑制低频信号；带通滤波器允许通过一定频段的信号，抑制其他频段的信号；带阻滤波器允许通过一定频段的信号，抑制特定频段的信号。
有源滤波器的应用非常广泛，可以用于音频处理、通信、仪器仪表、电力电子等领域。在音频处理中，有源滤波器可以用于音响系统的音调控制、噪声抑制等；在通信中，有源滤波器可以用于调制解调、信道滤波等；在仪器仪表中，有源滤波器可以用于信号调理、数据采集等；在电力电子中，有源滤波器可以用于电力系统的谐波抑制、无功补偿等。
第４４卷第６期 ２０１０年６月 电力电子技术 Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｖｏ１．４４．Ｎｏ．６ Ｊｕｎｑ ２０ｌ０ 并联混合有源电力滤波器的关键技术研究 时晓洁 ，张军明 ，钱照明 ，彭方ｉｆ－１，２ （１．浙江大学，浙江杭州３１００２７；２．密歇根州立大学，东兰辛４８８２４—１２２６） 摘要：提出并实现了一种新型的并联混合有源电力滤波器（ＰＨＡＰＦ）结构及其控制策略．即在一个低容量三相ＡＰＦ的 逆变器交流输出侧串接ＬＣ ７次串联谐振无源滤波器。ＬＣ的存在大大降低了逆变器所承受的基波电压，与传统并联 有源滤波器相比，有源滤波器的容量可大大降低。通过数字控制对三相电网电流矢量在ｄ．ｑ坐标系下进行投影变 换，实现谐波和无功电流的精确提取与控制。对２０ ｋＶＡ ＰＨＡＰＦ的仿真分析和实验结果均证明所提方法能提高无源 滤波器效能，降低有源部分容量和改善整个滤波装置的滤波性能，性价比高且实用性强。 关键词：有源电力滤波器；逆变器；谐波检测；功率转换 中图分类号：ＴＭ４８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—１００Ｘ（２０１０）０６—００８２—０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｋｅｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ Ｈｙｂｒｉｄ Ａｃｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｆｉｌｔｅｒｓ ＳＨＩ Ｘｉａｏ－ｊｉｅ ，ＺＨＡＮＧ Ｊｕｎ－ｍｉｎｇ ，ＱＩＡＮ Ｚｈａｏ—ｍｉｎｇ ，ＰＥＮＧ Ｆａｎｇ—ｚｈｅｎｇ ＇ （１．Ｚｈｅｊｉａｎｇ ｅ ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｍｉｃｈｉｇａｎ Ｓｔａｔｅ ｅ ，Ｅａｓｔ Ｌａｎｓｉｎｇ４８８２４－１２２６，ＵＳＡ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｐａｒａｌｌｅｌ ｈｙｂｒｉｄ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｉｌｔｅｒ（ＰＨＡＰＦ）ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ＰＨＡＰＦ ｈａｓ ａ ｔｈｒｅｅ－—ｐｈａｓｅ ｓｉｎｇｌｅ－ｔｕｎｅｄ ｓｅｒｉｅｓ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ＬＣ ｆｉｌｔｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｖｅｎｔｈ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ａ ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｒａｔｉｎｇ ｔｈｒｅｅ・・ ｐｈａｓｅ ｖｏｈａｇｅ ｓｏｕｒｃｅ ＰＷＭ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐａｒａｌｌｅｌ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｉｌｔｅｒｓ，ｔｈｅ ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒ ｆｏｒ ７ｔｈ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｕｓｔａｉｎｓ ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｌｉｎｅ ｖｏｌｔａｇｅ，ｗｈｉｃｈ ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｒａｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｆｉｈｅｒ．Ｕｉｓｎｇ ｄ—ｑ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｌｉｎｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｖｅｃｔｏｒｓ ｐｒｏｊｅｃｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｄ，ｑ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ，ｔｈｅ ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｃａｎ ｂｅ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ ｗｉｔｈ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉ— ｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ２０ ｋＶＡ ＰＨＡＰＦ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅ￣ｏｄ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｕｎｔ ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒｓ，ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｒａｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｉｌｔｅｒ；ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ １ 引 言 由于无源滤波器存在容易导致电网阻抗发生谐 振．只能对一个谐波和无功源单独补偿，且在大电流 情况下容易过载等缺点，近年来一种用于动态抑制 谐波、补偿无功的新型电力电子装置即有源电力滤 波器（ＡＰＦ）得到了广泛研究与应用［１］。 但目前纯有源滤波器的成本高、功耗大，而且 受到电力电子器件容量制约，在实际应用中具有 一定的限制．因此如何在不损失滤波性能的前提 下有效降低滤波器有源部分的容量是ＡＰＦ设计的 难点 。为此，设计了一种并联混合有源滤波器结构 （ＰＨＡＰＦ），分析了该滤波器的工作原理、控制方法 及其参数选取，并通过２０ ｋＶＡ的实验装置验证了该 ＡＰＦ工作原理的可行性与正确性．表明其在满足滤 波要求的前提下可以有效降低ＡＰＦ的容量，具有较 好的应用前景。 ２ ＰＨＡＰＦ的主要结构及工作原理 ２．１ 工作原理 图１示出所提出的ＰＨＡＰＦ电路。 定稿日期：２０１０—０４—１５ 作者简介：时晓洁（１９８６－），女，安徽宿州人，硕士研究生，研 究方向为电能质量控制。 ８２ 非线性负载
apf三次谐波零线电流
APF是Active Power Filter（有源电力滤波器）的缩写，它用于减少电力系统中的谐波和其他电力质量问题。三次谐波是指电流或电压中频率为基波频率的三倍的谐波成分。零线电流是指通过电力系统的中性线（零线）的电流。
有源电力滤波器（APF）可以通过控制电流来补偿电网中的谐波和其他电力质量问题。在处理三次谐波和零线电流方面，有源电力滤波器可以通过逆变器控制技术来实现。逆变器可以产生与谐波相反的电流，从而抵消电网中的谐波电流。此外，有源电力滤波器还可以通过控制逆变器的输出来实现对零线电流的补偿。
在处理三次谐波和零线电流时，有源电力滤波器需要对电网中的电流进行实时监测，并根据监测结果实施相应的控制策略。通过逆变器控制和实时监测，有源电力滤波器可以有效地补偿电网中的三次谐波和零线电流，从而改善电力系统的电力质量。
总的来说，有源电力滤波器可以通过逆变器控制技术和实时监测来处理电网中的三次谐波和零线电流，从而改善电力系统的电力质量。
