有源濾波器控制器的設計

1 引言

飛速發展的電力電子技術使各種電力電子裝置在工業、交通運輸及家庭中的應用日益廣泛，而這些非線性負荷帶來的諧波危害也日益嚴重。諧波使電網中元件產生諧波損耗、設備效率和功率因數降低，甚至損害電力設備如電容器等；諧波影響精密儀器和臨近的通信系統，使其無法正常工作[1]。

電力系統中諧波次數和大小隨系統負荷狀況而變化，采用傳統的LC靜態濾波器無法滿足要求，而采用電力有源濾波器可以對大小和頻率都變化的諧波及變化的無功進行動態補償，因此有源濾波器的研究和應用越來越受到人們的重視。有源濾波器的基本原理是：先從補償對象中檢測出諧波電流，再由補償裝置產生一個與該諧波電流大小相等而相位相反的補償電流，兩者相互抵消而使電網電流中只含有基波分量。控制器是有源濾波器的核心部件，它通過產生并控制驅動開關器件的脈沖來控制有源濾波器的行為，完成動態補償諧波和無功的功能。
2 控制系統的結構與基本功能

有源濾波器的主電路采用三單相橋式電壓型變流器，通過變壓器與系統耦合，其結構如圖1所示。采用三單相橋結構是因為三單相橋的控制可以相互解耦，同時還可用于消除零序分量及其諧波電流，實現不對稱控制。

該有源濾波器的控制系統采用雙DSP結構，其中一個DSP處理器用來完成數據處理、控制與高層保護功能；另一個DSP處理器用來產生高精度PWM脈沖。控制器主要有以下功能：

(1) 控制有源濾波器的行為

根據檢測出的負荷電流的諧波和無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償電流與負荷諧波電流和無功電流之和相互抵消，從而使系統電流為基波正序有功電流。

(2) 產生觸發脈沖

經驅動電路控制IGBT的導通和關斷產生PWM觸發脈沖，使有源濾波器能輸出正確的諧波補償電流。

(3) 脈沖同步

根據從電網取回的同步脈沖，產生出與電網電壓同步的脈沖信號，使有源濾波器輸出的電壓與電網電壓保持同步。

(4) 自我容錯功能

一旦控制器自身有些元件出現錯誤（如電壓互感器（PT）斷線等），控制器能立即發現錯誤并報警，同時不使裝置退出運行，故障修復后可以容易地恢復。

（5）保護功能

當有源濾波器運行在過載或其他不正常狀態下，而電流又沒有超過保護動作的整定值時，控制器能通過保護功能使有源濾波器回到正常工作狀態，避免其底層保護動作，從而保證了有源濾波器能夠連續正常工作[2]。