基于TMS320C32的直流側有源電力濾波器的控制器

摘要：介紹了如何基于DSP技術（TMS320C32）實現直流側有源電力濾波器（Active Power Filter，即APF）；并在介紹TMS320C32的主要特點、功能及其結構的基礎上，重點陳述了它在直流側有源電力濾波器中應用的硬件結構和算法流程。

    關鍵詞：TMS320C32 直流側有源電力濾波器 高壓直流輸 電源濾波器

隨著電力電子技術在電力系統中的應用越來越廣泛，電力系統的諧波污染問題也日益嚴重。有源電力濾波器是最近二十年興起的電力系統諧波和無功的消除手段。目前，實際應用中的有源電力濾波器系統都是由國外公司研制的。國家計委為了實現交互流濾波裝置的自主設計和生產，組織清華大學和錦州電容器廠合作，研制三峽高壓直流輸電的濾波裝置。現階段研制的是直流側有源電力濾波器的樣機，意在為高壓直流輸電（High Voltage Direct Current，HVDC）的直流側有電力濾波器系統積累工程經驗和理論指導。直流側有源電力濾波器的關鍵技術在于系統的拓撲選擇和諧波參考信號的精度分離以及控制。

圖1 有源電力濾波器樣機總體結構

    在直流側有源電力濾波器的控制中，選用TI公司的DSP（TMS320C32）作為直流側有源電力濾波器的控制器的核心，和以前的模擬控制及濾波的方式相比，算法靈活，結構易調整。

1 有源電力濾波器原理

通常采用無源濾波器（Passive Filter，PF）對諧波進行抑制，但無源濾波器存在一些難以克服的缺點：容易與電力系統發生諧振；補償效果依賴于系統阻抗特性；受溫度漂移、電網上諧波污染、濾波電容老化及非線性負荷變化的影響嚴重。

有源電力濾波器克服了傳統的無源濾波器的缺點。由于大功率器件IGBT（Insolated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）的發展，有源電力濾波器和傳統的無源濾波器構成的混合型濾波器已成為電力系統諧波補償的主要手段。

    有源電力濾波器和弱電領域的有源濾波器存在區別和聯系。有源電力濾波器的作用是消除電力系統諧波，這和弱電領域用DSP或者運算放大器實現的濾波器的濾波功用類似，都是抑制一定頻率范圍的信號；但是它們消除諧波的途徑完全不同，弱電應用中的有源濾波器一般通過對需要的頻率分量形成通路，對其它頻率分量產生很大的阻礙，起到選出需要的頻率分量的作用。而有源電力濾波器是通過產生與電網中諧波成份大小相等、方向相反的諧波電流，注入電網，從而將電網中的諧波抵消掉。簡而言之，有源電力濾波器以補償的手段，達到了濾波的效果。這種結構與算法上的差異是由強電系統自身特別決定的。

有源電力濾波器工作原理是：用電流互感器采集直流線路上的電流，經A/D采樣，將所得的電流信號進行諧波分離算法的處理，得到諧波參考信號，作為PWM的調制信號，與三角波相比，從而得到開關信號，用此開關信號去控制IGBT單相橋，根據PWM技術的原理，將上下橋臂的開關信號反接，就可得到與線上諧波信號大小相等、方向相反的皮電流，將線上的諧波電流抵消掉。這是前饋控制部分。再將有源濾波器接入點后的線上電流的諧波分量反饋回來，作為調節器的輸入，調整前饋控制的誤差。

需要注意的是，我們前面所說的控制器，實質上具有分離諧波參考信號和對有源電力濾波器進行控制兩方面的功能。

機樣系統直流線上電壓約為800V，容量約為5kW，用LEM公司生產的多極電流傳感器

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