有源电力滤波器的研究热点和发展

3.3 有源电力滤波器的数字化控制技术发展

传统的有源电力滤波器采用的是模拟控制系统，模拟控制的缺点也是显而易见的。例如现在许多有源电力滤波器采用基于瞬时无功功率理论的dq方法计算谐波和无功电流，采用模拟器件需要8个硬件乘法器。为满足精度要求，通常需选用高性能的四象限模拟乘法器。因此电路复杂，且性能不稳定。

为了改善有源电力滤波器的控制性能，有人开始使用单片机对有源电力滤波器进行控制，将非线性负载的三相电流送入a/d，转换后的信号送入单片机进行数字控制算法处理，计算出指令电流，通过i/o口或pwm口直接发出开关控制信号。单片机的应用向数字化迈进了一步，但由于单片机运算速度的限制，影响计算精度和控制实时性。

高速数字信号处理器（digital signal processor，dsp）的出现使采用数字方法实时计算谐波和无功电流变得更为现实。在基于dsp控制的有源电力滤波器中，将非线性负载的三相电流直接送入dsp内部的a/d，dsp进行处理后通过控制算法计算出的控制指令电流，从pwm输出口直接发出开关控制信号。用数字的方法实现谐波和无功电流的计算，能很好的解决模拟方法由于元器件老化和温漂带来的问题，抗干扰能力也大大增强；由于dsp芯片强大的运算能力，先进的控制理论可以得以实现，由于只需更改软件，系统变得更加简单。

图6给出了一个典型的dsp控制apf系统的结构图。

图6 典型的dsp控制apf系统结构

采用dsp来控制有源电力滤波器，主要具有以下优点：

(1) 运算速度快。由于通常的dsp都具有20mips以上的指令执行速度，用来计算谐波和无功指令电流延迟很小，同时可以在较短的时间内实现复杂的控制算法；

(2) 可重复性好。dsp系统中设计人员在开发过程中可以灵活方便地对软件进行修改和升级，甚至算法的改变，而模拟系统要改变算法的工作量将是巨大的；

(3) 稳定性好。dsp系统以数字处理为基础，受环境温度以及噪声的影响较小，可靠性高；

(4) 精度高。16为数字信号处理器精度可达10-5；

(5) 集成度高。一块dsp芯片基本无需外接扩展芯片即可完成系统的信号的采集、控制算法以及pwm的调制输出。

4 结束语

现代工业技术的发展，造成工业电网谐波污染严重，对各种电气设备造成危害，影响设备安全运行。同时，人们对环境保护意识的提高，要求净化电网，形成一个“绿色”电网。有源电力滤波器具有良好的谐波抑制效果，系统控制灵活，具有很大发展潜力，其中pwm控制逆变器的建模，降低有源滤波器的开关损耗，抑制有源滤波器的电磁干扰，进一步提高有源电力滤波器的可靠性等方面逐渐成为谐波抑制领域热门的研究课题。

作者简介

夏向阳(1968－) 男 博士/副教授 主要研究方向为电力系统自动化和电能质量控制等方面的研究与开发。

参考文献

[1] 王兆安，杨君，刘进军. 谐波抑制和无功功率补偿. 北京：机械工业出版，1998

[2] 汤钰鹏，徐建军. 高次谐波产生的原因、危害及其抑制措施. 电气传动自动化，2000，22（1）：3-6

[3] sasaki h， machida t. a new method to eliminate ac harmonic currents by magnetic compensation consideration on basic design. ieee trans. on pas， 1971， 90(5):2009-2019

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