3 混合型有源電力濾波器建模

　　3.1 混合型有源電力濾波器

　　對(duì)高壓大容量諧波目前主要是采用LC諧振型無源濾波器（Passive Power Filter，PPF），這些濾波器兼有無功補(bǔ)償功能。盡管PPF具有初期投資小，運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，但PPF的濾波效果受電力系統(tǒng)阻抗的影響較大，且只能消除特定次數(shù)的諧波，對(duì)于諧波次數(shù)經(jīng)常變化的負(fù)載濾波效果并不好。

　　還可能與系統(tǒng)發(fā)生諧振，使LC濾波器過載甚至燒毀。有源電力濾波器（Acfiire Power Filter，APF）相當(dāng)于可變電阻，對(duì)基波阻抗為0，對(duì)諧波卻呈現(xiàn)高阻態(tài)，APF雖能克服PPF存在的缺陷，但其安裝容量受開關(guān)器件容量的限制。
　　將無源濾波器和有源濾波器相結(jié)合構(gòu)成混合型有源電力濾波器（HAPF），有源電力濾波器僅用來改善無源濾波器的濾波效果和抑制可能發(fā)生的諧振。這種方式中，有源電力濾波器不承受交流電源的基波電壓，因此裝置容量極大減少，通常只需要非線性負(fù)荷總?cè)萘康?／10左右，從而使有源電力濾波器能應(yīng)用于大功率場合。

　　大型的供、配電站通常希望在濾除諧波的同時(shí)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，必然增加逆變器實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度和成本，從而限制了有源電力濾波器在大型變電站的應(yīng)用。通過將逆變器輸出電壓經(jīng)變壓器耦合到無源濾波器的濾波支路的電感和電容兩端，使有源電力濾波器既不承受基波電壓也不承受基波電流，從而極大地減小了有源電力濾波器的容量。
　　3.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　以往有源電力濾波器的控制部分由工控機(jī)和單片機(jī)構(gòu)成，工控機(jī)實(shí)現(xiàn)諧波檢測、分析以及控制信號(hào)計(jì)算等，單片機(jī)則產(chǎn)生控制信號(hào)。限于單片機(jī)的處理速度，本文將信號(hào)采樣、諧波分析以及PWM脈寬信號(hào)的產(chǎn)生均集成在TMS320F2812中完成，充分發(fā)揮32位DSP的計(jì)算效率。其控制電路結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 控制電路結(jié)構(gòu)

　　選取A相電壓過零點(diǎn)為初始值，將初始時(shí)刻后三相電流is用霍爾傳感器測量后，將測量值送入DSP，經(jīng)過高速A／D轉(zhuǎn)換后得到采樣值，然后將采樣值進(jìn)行離散小波變換，得到三相電流的基波值is1，分別將三相電流的采樣值減去基波值，即得到有源電力濾波器需要補(bǔ)償?shù)娜嘀C波電流值ish，就可得到有源電力濾波器輸出補(bǔ)償電壓的指令信號(hào)U=KIsh。再通過DSP的PWM模塊控制逆變器，就能得到期望的電壓波形。

　　3.3 混合型有源電力濾波器仿真模型

　　強(qiáng)大的Simulink工具箱包含了本文涉及的C2000 DSP系列的所有算法和外圍設(shè)備，這將無疑為控制器的仿真設(shè)計(jì)提供便利的條件?；旌闲陀性措娏V波器模型如圖6所示。

圖6 混合型有源電力濾波器模型

　　三相交流電壓源35 kV，50 Hz，500 kVA模擬電網(wǎng)，通過變壓器降壓為400V，50Hz。有源濾波器的逆變器輸出電壓經(jīng)變壓器耦合到無源濾波器的濾波支路的電感和電容兩端，以減小有源電力濾波器的容量，如圖7所示。B1、B2分別為測量儀器，非線性負(fù)載由非對(duì)稱整流器組成。

圖7 有源濾波器模型