基于TMS320F2812控制的有源電力濾波器研制

摘要：電力電子裝置等非線性裝置的大量使用使電力系統諧波問題嚴重，會影響電力系統和用電設備的安全運行。有源電力濾波器(APF)作為一種有效的濾波器裝置，具有響應速度快、濾波效果好，不受系統阻抗影響的特點。研制了基于TMS320F2812控制的APF，TMS320F2812速度快、精度高，采用優化設計的低通濾波器、ip-iq諧波檢測算法和定時比較PWM控制。實驗結果表明所研制的濾波器的穩態和動態性能良好。
關鍵詞：有源電力濾波器；電力諧波；低通濾波器

1 引言
隨著電力電子裝置等非線性設備的廣泛應用，電力系統中諧波問題日趨嚴重，對電力系統和用電設備產生了嚴重危害。電網諧波來源于3個方面：電網電壓畸變產生的諧波、輸電線路產生的諧波以及用電設備產生的諧波。其中以用電設備產生的諧波最多。無源濾波器投資少、結構簡單，一直是諧波抑制及無功補償的主要手段，但其濾波性能受系統參數的影響，在濾除特定次諧波的同時，會對某些次數諧波進行放大。APF能對頻率和大小變化的諧波及無功功率進行補償，可彌補無源濾波器的不足，獲得更好的補償特性，是一種較理想的濾波裝置。在此研制50 A三相四線制APF，控制電路以TMS320F2812為核心，用定時跟蹤控制技術產生PWM脈沖，利用邊帶選擇性優化設計低通濾波器。

2 APF主電路結構
適用于三相四線制APF的主電路結構主要有四橋臂式變流器和中點引出式變流器。中點引出式APF由電容中點引出中線，中線補償電流要流經上下兩個電容，兩個電容電壓值必然存在差異。由于中線補償電流含有大量諧波分量，上下兩電容電壓也必然含有大量諧波分量，電容電壓波動較為劇烈，會對逆變器的運行性能產生不利影響。為抑制電壓波動，需增大電容容量。

而四橋臂式APF中線由第四橋臂引出，不存在上述電壓波動問題。主電路采用四橋臂式變流器，結構如圖1所示，IGBT額定參數為1.2kV，150A，直流電容C=20000μF，交流側電感L=2．5mH，每個半橋并聯1．2 kV，2μF的無感電容。用3個電流傳感器檢測負載電流iL，4個電流傳感器檢測補償電流ic，3個電壓傳感器檢測供電電壓us，用一個電壓傳感器檢測直流側電容電壓UC。APF上電啟動分為兩階段：第一階段為二極管橋整流階段，K閉合，接觸器J1，J2斷開，通過二極管橋給C充電，R1限制充電電流。經過一段時間，J1閉合，UC穩定后，轉入第二階段；第二階段為PWM整流階段，控制電路輸出控制脈沖，控制主電路工作在PWM整流狀態，UC在第一階段結束時值的基礎上繼續上升，當UC上升到期望值時，APF在濾波的同時，控制UC穩定在期望值。APF停止工作時，J2閉合，通過R2對C放電。