有源濾波器控制器的設(shè)計(jì)

1 引言

飛速發(fā)展的電力電子技術(shù)使各種電力電子裝置在工業(yè)、交通運(yùn)輸及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，而這些非線性負(fù)荷帶來(lái)的諧波危害也日益嚴(yán)重。諧波使電網(wǎng)中元件產(chǎn)生諧波損耗、設(shè)備效率和功率因數(shù)降低，甚至損害電力設(shè)備如電容器等；諧波影響精密儀器和臨近的通信系統(tǒng)，使其無(wú)法正常工作[1]。

電力系統(tǒng)中諧波次數(shù)和大小隨系統(tǒng)負(fù)荷狀況而變化，采用傳統(tǒng)的LC靜態(tài)濾波器無(wú)法滿足要求，而采用電力有源濾波器可以對(duì)大小和頻率都變化的諧波及變化的無(wú)功進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，因此有源濾波器的研究和應(yīng)用越來(lái)越受到人們的重視。有源濾波器的基本原理是：先從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，再由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而相位相反的補(bǔ)償電流，兩者相互抵消而使電網(wǎng)電流中只含有基波分量。控制器是有源濾波器的核心部件，它通過(guò)產(chǎn)生并控制驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件的脈沖來(lái)控制有源濾波器的行為，完成動(dòng)態(tài)補(bǔ)償諧波和無(wú)功的功能。
2 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與基本功能

有源濾波器的主電路采用三單相橋式電壓型變流器，通過(guò)變壓器與系統(tǒng)耦合，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用三單相橋結(jié)構(gòu)是因?yàn)槿龁蜗鄻虻目刂瓶梢韵嗷ソ怦?，同時(shí)還可用于消除零序分量及其諧波電流，實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱控制。

該有源濾波器的控制系統(tǒng)采用雙DSP結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)DSP處理器用來(lái)完成數(shù)據(jù)處理、控制與高層保護(hù)功能；另一個(gè)DSP處理器用來(lái)產(chǎn)生高精度PWM脈沖。控制器主要有以下功能：

(1) 控制有源濾波器的行為

根據(jù)檢測(cè)出的負(fù)荷電流的諧波和無(wú)功電流分量控制逆變器的輸出電壓，使有源濾波器輸出的補(bǔ)償電流與負(fù)荷諧波電流和無(wú)功電流之和相互抵消，從而使系統(tǒng)電流為基波正序有功電流。

(2) 產(chǎn)生觸發(fā)脈沖

經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷產(chǎn)生PWM觸發(fā)脈沖，使有源濾波器能輸出正確的諧波補(bǔ)償電流。

(3) 脈沖同步

根據(jù)從電網(wǎng)取回的同步脈沖，產(chǎn)生出與電網(wǎng)電壓同步的脈沖信號(hào)，使有源濾波器輸出的電壓與電網(wǎng)電壓保持同步。

(4) 自我容錯(cuò)功能

一旦控制器自身有些元件出現(xiàn)錯(cuò)誤（如電壓互感器（PT）斷線等），控制器能立即發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并報(bào)警，同時(shí)不使裝置退出運(yùn)行，故障修復(fù)后可以容易地恢復(fù)。

（5）保護(hù)功能

當(dāng)有源濾波器運(yùn)行在過(guò)載或其他不正常狀態(tài)下，而電流又沒(méi)有超過(guò)保護(hù)動(dòng)作的整定值時(shí)，控制器能通過(guò)保護(hù)功能使有源濾波器回到正常工作狀態(tài)，避免其底層保護(hù)動(dòng)作，從而保證了有源濾波器能夠連續(xù)正常工作[2]。