基于数字化滞环电流跟踪比较控制的并联有源滤波器研究

程海婴

（阜新矿务局职工大学专业部，辽宁 阜新 123000）

1 前言

近年来，非线性负荷的广泛应用对供电质量造成了严重污染，电力系统中的谐波日益严重，同时保证电网安全、稳定运行，为用户提供高质量的电能的要求越来越高。有源电力滤波器作为抑制谐波的有效手段得到了广泛的重视并取得了很大的发展[1]。

有源滤波器的结构如图1所示。有源电力滤波器的实质就是一个任意波形发生器。通过一定的算法检测到负荷侧的谐波电流，就发出相应的补偿电流，从而达到补偿的目的。经补偿后系统电流is将接近理想的正弦波。主要有三个部分构成：谐波电流检测回路、控制回路和PWM逆变器。其中，谐波电流检测回路和控制回路是有源滤波器的关键部分。实时、精确地检测出负荷电流中的谐波成分，并且实时、可靠地控制高频逆变器的开关工作是保证有源滤波器补偿效果和精度的关键。

图1 并联型有源滤波器原理图

2 并联有源滤波器控制系统结构及工作原理

控制系统是并联型电能质量控制器的核心。本文采用以DSP为核心控制器的全数字控制方案。控制系统检测主电路的电压或电流信号，经相应的运算，产生占空比变化的脉动信号，驱动变流器中的开关器件动作，实现对主电路的控制。系统结构的示意图如图（2）所示。

其工作原理为：系统通过电压传感器采到电网电压信号，经过电压过零点检测送往DSP的外部中断，作为APF的同步信号；通过电流传感器采集到电网电流、负载电流、补偿电流，经过放大环节输入到DSP的A DC模块；DSP芯片经过分析采集的电流信号，检测出谐波含量并输出控制信号，控制信号经过驱动电路放大、隔离，送往IPM模块：IPM模块产生PWM输出信号，控制IGBT变流器；变流器产生指定的补偿电流，对电网电流进行补偿。

DSP是整个数字控制系统的核心，本文选用TI公司的DSP芯片，采用多级流水线工作方式，具有强大的指令系统和高速的数据处理功能，片上有丰富的外设资源，主要有模数转换模块(ADC)、事件管理器模块(EV)、串行外设接口模块 (SPI)、串行通信接口模块(CSCI),CAN控制器模块(eCAN)等，快速完成整个控制方案。

图2 并联型有源滤波器的控制系统结构

3 电流跟踪控制实现

本文采用预测电流跟踪控制法是一种数字化PWM控制方法。其基本思路是在开关周期的起始处,对指令电流信号与补偿电流信号比较的误差信号进行采样,根据误差信号的正负确定逆变器开关器件的通断,并分别实时检测、计算指令电流信号和补偿电流信号的变化率,计算在恒定的开关周期情况下,滞环宽度及PWM占空比,由此产生固定频率的PWM信号。

预测电流跟踪控制法主要是在定时中断服务程序中实现。当每次开关周期TC定时时间到时,进入中断服务子程序,首先判断采样误差△icj的正负确定开关模式并输出，采用预测公式求本次开关周期内满足固定频率的ε,进而利用式求占空比 (计算开关模式输出时间△t1j)。计算出的时间间隔 就是相应桥臂上的脉冲信号0或1状态在时间轴上的宽度。其中：i*1j>0，α=2；i*1j<0，a=1；vjo-uj>0，β=2；vjo-uj<0，β=1。启动各桥臂△t1j定时,延时时间到,进入相应桥臂△t1j定时中断服务程序,采样此刻 i*cj(kT+△t1j),i*cj的采样点若不在此刻,需要通过前几个采样点的值进行拟合,求出i*cj(kT+△t1j),再计算△tcj来确定开关模式并输出直至开关周期结束。预测电流跟踪控制流程如图3所示。

图3 预测电流跟踪控制法的流程

4 结论

仿真结果表明：该方法是电力系统谐波检测的新方法，达到了高速度、高精度的算法要求，提高了系统的实时性，完全可以达到抑制谐波的目的，实验系统电流的谐波总畸变率由有源滤波器投入前的20.78誠降至1.32誠。该电力系统谐波检测的新方法，达到了高速度、高精度的算法要求，提高了系统的实时性，完全可以达到抑制谐波的目的。

[1]吕润馀.电力系统高次谐波[J].北京：中国电力出版社，1998.

[2]宁改娣，杨拴科.DSP控制器原理及应用[J].北京:科学出版社，2002.

[3]王璐.基于DSP的有源滤波器研究.西南交通大学研究生学位论文2003.6.

[4]王时胜，黄伟栋，周颖.DSP在电力有源滤波器的应用研究 [J].南昌大学学报，2003.25(1):56～59.

[5]李平，刘小河.并联有源滤波器预测电流跟踪控制PWM技术[J].电力建设.2005，5.