有源濾波器控制器的設(shè)計

1 引言

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

電力系統(tǒng)中諧波次數(shù)和大小隨系統(tǒng)負(fù)荷狀況而變化，采用傳統(tǒng)的LC靜態(tài)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(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，因此有源濾波器的研究和應(yīng)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(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，再由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等而相位相反的補(bǔ)償電流，兩者相互抵消而使電網(wǎng)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(chǎn)生并控制驅(qū)動開關(guān)器件的脈沖來控制有源濾波器的行為，完成動態(tài)補(bǔ)償諧波和無功的功能。
2 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(tǒng)耦合，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用三單相橋結(jié)構(gòu)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(xiàn)不對稱控制。

該有源濾波器的控制系統(tǒng)采用雙DSP結(jié)構(gòu)，其中一個DSP處理器用來完成數(shù)據(jù)處理、控制與高層保護(hù)功能；另一個DSP處理器用來產(chǎn)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(jù)檢測出的負(fù)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(bǔ)償電流與負(fù)荷諧波電流和無功電流之和相互抵消，從而使系統(tǒng)電流為基波正序有功電流。

(2) 產(chǎn)生觸發(fā)脈沖

經(jīng)驅(qū)動電路控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷產(chǎn)生PWM觸發(fā)脈沖，使有源濾波器能輸出正確的諧波補(bǔ)償電流。

(3) 脈沖同步

根據(jù)從電網(wǎng)取回的同步脈沖，產(chǎn)生出與電網(wǎng)電壓同步的脈沖信號，使有源濾波器輸出的電壓與電網(wǎng)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(xiàn)錯誤（如電壓互感器（PT）斷線等），控制器能立即發(fā)現(xiàn)錯誤并報警，同時不使裝置退出運行，故障修復(fù)后可以容易地恢復(fù)。

（5）保護(hù)功能

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