基于TMS320F2812控制的有源电力滤波器研制

摘要：电力电子装置等非线性装置的大量使用使电力系统谐波问题严重，会影响电力系统和用电设备的安全运行。有源电力滤波器(APF)作为一种有效的滤波器装置，具有响应速度快、滤波效果好，不受系统阻抗影响的特点。研制了基于TMS320F2812控制的APF，TMS320F2812速度快、精度高，采用优化设计的低通滤波器、ip-iq谐波检测算法和定时比较PWM控制。实验结果表明所研制的滤波器的稳态和动态性能良好。
关键词：有源电力滤波器；电力谐波；低通滤波器

1 引言
随着电力电子装置等非线性设备的广泛应用，电力系统中谐波问题日趋严重，对电力系统和用电设备产生了严重危害。电网谐波来源于3个方面：电网电压畸变产生的谐波、输电线路产生的谐波以及用电设备产生的谐波。其中以用电设备产生的谐波最多。无源滤波器投资少、结构简单，一直是谐波抑制及无功补偿的主要手段，但其滤波性能受系统参数的影响，在滤除特定次谐波的同时，会对某些次数谐波进行放大。APF能对频率和大小变化的谐波及无功功率进行补偿，可弥补无源滤波器的不足，获得更好的补偿特性，是一种较理想的滤波装置。在此研制50 A三相四线制APF，控制电路以TMS320F2812为核心，用定时跟踪控制技术产生PWM脉冲，利用边带选择性优化设计低通滤波器。

2 APF主电路结构
适用于三相四线制APF的主电路结构主要有四桥臂式变流器和中点引出式变流器。中点引出式APF由电容中点引出中线，中线补偿电流要流经上下两个电容，两个电容电压值必然存在差异。由于中线补偿电流含有大量谐波分量，上下两电容电压也必然含有大量谐波分量，电容电压波动较为剧烈，会对逆变器的运行性能产生不利影响。为抑制电压波动，需增大电容容量。

而四桥臂式APF中线由第四桥臂引出，不存在上述电压波动问题。主电路采用四桥臂式变流器，结构如图1所示，IGBT额定参数为1.2kV，150A，直流电容C=20000μF，交流侧电感L=2．5mH，每个半桥并联1．2 kV，2μF的无感电容。用3个电流传感器检测负载电流iL，4个电流传感器检测补偿电流ic，3个电压传感器检测供电电压us，用一个电压传感器检测直流侧电容电压UC。APF上电启动分为两阶段：第一阶段为二极管桥整流阶段，K闭合，接触器J1，J2断开，通过二极管桥给C充电，R1限制充电电流。经过一段时间，J1闭合，UC稳定后，转入第二阶段；第二阶段为PWM整流阶段，控制电路输出控制脉冲，控制主电路工作在PWM整流状态，UC在第一阶段结束时值的基础上继续上升，当UC上升到期望值时，APF在滤波的同时，控制UC稳定在期望值。APF停止工作时，J2闭合，通过R2对C放电。