基于DSP的混合型有源电力滤波器设计

按照瞬时无功功率理论，ip、iq和三相电流ia、ib、ic有如下关系：

经低通滤波器后得到基波电流ipf、iqf，经过逆运算得出三相基波电流iaf、ibf、icf：

再与ia，ib，ic相减，即可得到谐波电流iah、ibh、ich。其算法原理如图4所示。

图中，

同时检测出谐波和无功时，只需断开图4中计算iq的通道即可。这样，由ipf就可计算出iapf、ibpf、icpf，进而计算出ia、ib、ic的谐波分量和基波无功分量之和iad、ibd、icd[2]。

2.2 控制系统的硬件组成及原理

该混合型有源电力滤波器的检测控制部分硬件主要由以下几部分组成：(1)电流电压采样电路；(2)带通滤波器；(3)过零比较中断发生部分；(4)DSP计算控制器。其原理图如图5所示。

将由电流电压采样电路采集得到的信号输入带通滤波器以滤除检测电流电压时出现的噪声和畸变。带通滤波器的中心频率设置在50Hz，它是AF系统在公共连接点处存在电压扰动（畸变、开关纹波和频率漂移等）时仍能正常工作所必需的。带通滤波器的输出分为两路，一路经A/D转换后送入数字信号处理器DSP进行FFT分析，然后存储到一片公用的RAM中，再分析计算控制对象的谐波和无功情况并产生控制信号；另一路则送入过零比较中断发生电路，该电路用来每间隔60°产生一个中断信号。因此，在公共连接点电压的一个周期内将有六个间隔60°的一个脉冲序列从该电路输入到DSP系统作为中断信号。每来一个中断，公共连接点处的电压电流就被检测一次，这样就满足了控制系统实时性的要求。DSP（采用内含PWM产生电路的TMS320F2812）的输出控制TSF和APF的动作。

2.3 控制系统软件设计

控制系统软件设计图如图6所示。


3 仿真实验结果

在MATLAB/SIMULINK中利用Power Systems工具箱并结合S-Function等模块构建仿真模型对上述设计进行了仿真实验。仿真所得a相电流波形如图7所示。图7（a）是未投入滤波器时网侧电流波形，从图中可以看出波形畸变严重；图7(b)是只投入TSF后的网侧电流波形，从图中可以看出谐波明显减少，但仍存在少量畸变，滤波效果不佳；图7（c）是有源滤波器输出的补偿电流波形；图7（d）是同时投入TSF和APF后的网侧电流波形，由图可以看出，此时网侧电流波形已经接近于正弦波，取得了良好的补偿效果。

本文对目前常见的有源滤波器与无源滤波器串联构成的混合型有源电力滤波器的拓扑结构存在的不足做了改进，详述了改进后的滤波器的工作原理。并针对文中的设计思想构建了仿真模型，仿真实验结果证明，改进后的滤波器具有更好的滤波性能、有源部分承受的容量大大减小，更适合于应用在大型供、配电系统中，具有良好的工程推广价值。