中国电工手艺学会将于2016年12月23日（周五）在北京铁道大厦举办“2016第三届轨道交通供电系统手艺大会”。
中国建筑西南设计研究院有限公司、湖南大学电气与信息工程学院的研究人员邵贺锋、全惠敏，在2016年第11期《电气手艺》杂志上撰文，首先介绍了单相有源电力滤波器的根基道理与系统构造，然后阐述了基于鉴相道理的谐波检测方式与系统总体的掌握策略。
针对有源电力滤波器高速，正确的要求，行使高速浮点数字旌旗处理芯片TMS320F28335作为主控器，设计了一套全新的单相有源电力滤波器，文中给出具体的硬件设计和软件流程。最后，经由实验表明，本文所设计的系统准确性和有效性。
现代电力系统中，各类非线性负载的普遍使用，引入了大量的谐波，给电力系统造成了严重的风险。有源电力滤波器以其优胜的赔偿机能成为谐波按捺的主要手段，是改善电能质量的一个主要成长趋势。
今朝国表里对有源电力滤波器的研究首要集中在三相有源电力滤波器上[1~2]。然而单相设备在电力电子设备及平常生活中占的比例要远弘远于三相设备，在民用建筑中单相设备占总容量的70%摆布；大功率的应用场合，三个单相APF构成的系统比一个三相APF更适合不屈衡负载[3]。跟着单相设备的普遍使用，由单相设备引起的谐波问题也日趋严重。
本文对单相有源电力滤波器进行了研究，行使TI最新的浮点型掌握芯片TMS320F28335作为掌握器对单相有源电力滤波器进行了设计，给出了单相有源电力滤波器的软硬件设计，搭建了系统..。最后进行了实验验证改设计方案的准确性和有效性。
1 根基道理及系统构造
有源电力滤波器是一种能够对动态转变的谐波无功进行赔偿的装配，它可以对各次谐波进行自动跟踪和赔偿。其经由采样负载电流和电压，经由指令电流运算电路较量出赔偿电流的指令旌旗，反相后用该旌旗掌握逆变器的导通，得出赔偿电流，从而抵消负载中响应电流，实现了动态跟踪赔偿，并且既能够赔偿谐波又能够赔偿无功[4]。图1所示为单相并联型有源电力滤波器的道理图。
从图中能够看出，有源电力滤波器与非线性负载都并联在单相电源上。接入电网的非线性负载发生负载电流，向电网注入谐波和无功电流，系统经由传感器将采集到的负载电流送到谐波电流检测运算电路，经较量得出的指令旌旗来掌握赔偿电流发生电路（由电流跟踪掌握电路、驱动电路和逆变器主电路三个部门组成）工作，逆变器输出的电压与电网电压的压差感化在滤波电感上，发生赔偿电流注入电网，从而赔偿了谐波无功电流，使电网电流旌旗呈现尺度的正弦波形。
图1 单相有源电力滤波器道理图
2 谐波检测与掌握策略
谐波检测是有源电力滤波器的要害环节，其快速性与正确度直接影响赔偿电流的输出究竟。本文选择了基于鉴相道理的谐波检测方式。以电网电压旌旗为基准旌旗，经由锁相环发生出尺度的正弦与余弦旌旗，把检测到的瞬时电流与尺度的正余弦旌旗进行线性转变处理再经由低通滤波器后滤出其直流分量，从而获得谐波和无功电流[5]。该方式高效、轻便，易于在实验中实现，如图2所示为带直流侧电压掌握的谐波检测过程。
图2 谐波检测过程
将检测到的谐波电流进行系统闭环总体掌握，本系统的外环是直流侧电压环掌握，内环是逆变器输出的赔偿电流掌握。有源电力滤波器的直流侧电压一样是由功率管反并联的二极管电网电压整流来获得，经由掌握电压环能够达到直流侧与电网有功能量的交流，包管有源电力滤波器在启动时直流侧充电到预期电压。在正常运行时掌握电压环从电网获得有功功率，维持直流侧电压不乱[6~7]。
图中，Udc为直流侧实际电压，Uref为直流侧给定电压，两者的差值经PI调节器调节后叠加到谐波检测出来的有功电流的直流分量Ip上，然后再乘以尺度正弦旌旗，就获得了瞬时有功电流。检测到的负载电流is(t)减去该有功电流就可获得谐波和无功电流之和ih(t)。
如图3所示为系统掌握图，本文选择PI+三角波的调制方式。将ih(t)反相后获得的，其与逆变器输出的赔偿电流ic(t)做差，该误差旌旗经PI调节后与三角波旌旗对照，发生响应的PWM旌旗掌握逆变器导通。
图3 系统掌握图
3 系统软硬件设计
单相并联型有源电力滤波器的硬件系统首要由APF主电路、DSP掌握板、旌旗采样疗养电路、MOSFET驱动电路等构成，本设计系统采用TMS320F28335作为主控芯片，搭建了系统..如图4所示。
因为有源电力滤波器对实时性和高效性要求对照高，所以本文的主控芯片选择了TI公司的TMS320F28335。TMS320F28335是TI的2000系列中新推出的一款32位的具有浮点内核的DSP芯片，也是今朝工业掌握范畴最进步的处理器之一。
其主频高达150MHz(6.67nS时钟周期)，内核电压1.9V/1.8V，IO口电压为3.3V；具有IEEE-754单精度浮点运算单元（FTU），16×16和32×32介质接见掌握（MAC）运算，哈佛总算构造，快速休止响应和处理；16位或32位外部接口，可处理跨越2M×16位地址局限；片内存储器256K×16位Flash存储器，34K×16位单口随机存储器（SARAM），1K×16位一次性可编程（OTP）ROM[8]。
图4 系统硬件架构图
系统经由传感器将采集到的旌旗先送到采样疗养电路，经由疗养后的旌旗输入DSP掌握板进行谐波较量，较量得出的指令旌旗来掌握APF主电路的工作，最终主电路输出的电压与电网电压的压差感化在滤波电感L上，从而发生赔偿电流注入电网，赔偿了谐波和无功电流，使电网电流旌旗呈现尺度的正弦波形。系统软件包罗主法式和休止法式。主法式如图5所示。
图5 系统主法式流程图
主法式中首要完成初始化，对系统变量进行界说而且对系统休止向量以及引脚初始化进行设置。首要包罗CPU及外设时钟的设置、EPWM模块初始化、ADC模块初始化、GPIO初始化、外部休止设置，完成初始化后法式然后进入轮回状况，守候休止的到来。
休止法式首要由外部休止子法式和准时器周期休止子法式构成。离别如图6、7所示。外部休止子法式用来实现电网电压同步，正余弦表复位，开启准时器工作，其经由络续检测方波旌旗的上升沿来初始化系统计数值，然后复位正余弦表。
图6 外部休止主法式流程图
准时器周期休止子法式中负责所有的掌握过程，包罗AD采样、正弦表地址移位、谐波较量、低通滤波、直流侧电压PI掌握、赔偿电流指令掌握、PWM旌旗生成等。设计中设置采样周期为6.4kHz，由准时器触发AD采样，然后进入谐波较量部门，依次进行数字低通滤波、直流侧电压掌握、PI+三角波对照生成PWM旌旗。
图7 准时器休止子法式流程图
4 实验究竟
凭据图4所示硬件构造，设计了一台220VA的单相并联型有源电力滤波实验装配，开关频率选择为6.4kHz，谐波负载为带感性负载的单相不控整流电路，在110V交流系统下实验。采集视察赔偿前后电网电压与负载电流如图8所示，对赔偿前后的负载电流进行FFT剖析，所得究竟如图9所示。
图8 赔偿前后的电网电压与电网电流
图9 赔偿前后电流畸变率对比
从图中能够看出，电流畸变率从赔偿前的29.5%降到了3.82%，解说本设计的有源电力滤波器具有精巧的赔偿机能。
结论
本文对单相并联型有源电力滤波器进行了研究，介绍了谐波检测的一种新方式，并对掌握策略进行了剖析，在基于TMS320F28335的根蒂上搭建了一台样机，对所商议的理论进行了实验验证，实验究竟表明，该有源电力滤波器具有很好的赔偿机能。
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