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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职员邵贺锋、全惠敏，在2016年第11期《电气技能》杂志上撰文，首先先容了单相有源电力滤波器的基本事理与系统构造，然后阐述了基于鉴相事理的谐波检测方法与系统总体的掌握策略。
针对有源电力滤波器高速，精确的哀求，利用高速浮点数字旗子暗记处理芯片TMS320F28335作为主控器，设计了一套全新的单相有源电力滤波器，文中给出详细的硬件设计和软件流程。末了，通过实验表明，本文所设计的系统精确性和有效性。
当代电力系统中，各种非线性负载的广泛利用，引入了大量的谐波，给电力系统造成了严重的危害。有源电力滤波器以其优胜的补偿性能成为谐波抑制的主要手段，是改进电能质量的一个主要发展趋势。
目前国内外对有源电力滤波器的研究紧张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日常生活中占的比例要远远大于三相设备，在民用建筑中单相设备占总容量的70%旁边；大功率的运用处所，三个单相APF组成的系统比一个三相APF更适宜不平衡负载[3]。随着单相设备的广泛利用，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，利用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，搭建了系统平台。最后进行了实验验证改设计方案的精确性和有效性。
1 基本事理及系统构造
有源电力滤波器是一种可以对动态变革的谐波无功进行补偿的装置，它能够对各次谐波进行主动跟踪和补偿。其通过采样负载电流和电压，通过指令电流运算电路打算出补偿电流的指令旗子暗记，反相后用该旗子暗记掌握逆变器的导通，得出补偿电流，从而抵消负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且既可以补偿谐波又可以补偿无功[4]。图1所示为单相并联型有源电力滤波器的事理图。
从图中可以看出，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产生负载电流，向电网注入谐波和无功电流，系统通过传感器将采集到的负载电流送到谐波电流检测运算电路，经打算得出的指令旗子暗记来掌握补偿电流发生电路（由电流跟踪掌握电路、驱动电路和逆变器主电路三个部分构成）事情，逆变器输出的电压与电网电压的压差浸染在滤波电感上，产生补偿电流注入电网，从而补偿了谐波无功电流，使电网电流旗子暗记呈现标准的正弦波形。
图1 单相有源电力滤波器事理图
2 谐波检测与掌握策略
谐波检测是有源电力滤波器的关键环节，其快速性与精确度直接影响补偿电流的输出结果。本文选择了基于鉴相事理的谐波检测方法。以电网电压旗子暗记为基准旗子暗记，通过锁相环产生出标准的正弦与余弦旗子暗记，把检测到的瞬时电流与标准的正余弦旗子暗记进行线性变革处理再通过低通滤波器后滤出其直流分量，从而得到谐波和无功电流[5]。该方法高效、简便，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补偿电流掌握。有源电力滤波器的直流侧电压一样平常是由功率管反并联的二极管电网电压整流来得到，通过掌握电压环可以达到直流侧与电网有功能量的交流，担保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得到有功功率，坚持直流侧电压稳定[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，然后再乘以标准正弦旗子暗记，就得到了瞬时有功电流。检测到的负载电流is(t)减去该有功电流就可得到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+三角波的调制方法。将ih(t)反相后得到的，其与逆变器输出的补偿电流ic(t)做差，该偏差旗子暗记经PI调节后与三角波旗子暗记比较，产生相应的PWM旗子暗记掌握逆变器导通。
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紧张由APF主电路、DSP掌握板、旗子暗记采样调理电路、MOSFET驱动电路等组成，本设计系统采取TMS320F28335作为主控芯片，搭建了系统平台如图4所示。
由于有源电力滤波器对实时性和高效性哀求比较高，以是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，也是目前工业掌握领域最前辈的处理器之一。
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介质访问掌握（MAC）运算，哈佛总算构造，快速中断相应和处理；16位或32位外部接口，可处理超过2M×16位地址范围；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
系统通过传感器将采集到的旗子暗记先送到采样调理电路，经由调理后的旗子暗记输入DSP掌握板进行谐波打算，打算得出的指令旗子暗记来掌握APF主电路的事情，终极主电路输出的电压与电网电压的压差浸染在滤波电感L上，从而产生补偿电流注入电网，补偿了谐波和无功电流，使电网电流旗子暗记呈现标准的正弦波形。系统软件包括主程序和中断程序。主程序如图5所示。
图5 系统主程序流程图
主程序中紧张完成初始化，对系统变量进行定义并且对系统中断向量以及引脚初始化进行设置。紧张包括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、外部中断配置，完成初始化后程序然后进入循环状态，等待中断的到来。
中断程序紧张由外部中断子程序和定时器周期中断子程序组成。分别如图6、7所示。外部中断子程序用来实现电网电压同步，正余弦表复位，开启定时器事情，其通过不断检测方波旗子暗记的上升沿来初始化系统计数值，然后复位正余弦表。
图6 外部中断主程序流程图
定时器周期中断子程序中卖力所有的掌握过程，包括AD采样、正弦表地址移位、谐波打算、低通滤波、直流侧电压PI掌握、补偿电流指令掌握、PWM旗子暗记天生等。设计中设置采样周期为6.4kHz，由定时器触发AD采样，然后进入谐波打算部分，依次进行数字低通滤波、直流侧电压掌握、PI+三角波比较天生PWM旗子暗记。
图7 定时器中断子程序流程图
4 实验结果
根据图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置，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互换系统下实验。采集不雅观察补偿前后电网电压与负载电流如图8所示，对补偿前后的负载电流进行FFT剖析，所得结果如图9所示。
图8 补偿前后的电网电压与电网电流
图9 补偿前后电流畸变率比拟
从图中可以看出，电流畸变率从补偿前的29.5%降到了3.82%，解释本设计的有源电力滤波用具有良好的补偿性能。
结论
本文对单相并联型有源电力滤波器进行了研究，先容了谐波检测的一种新方法，并对掌握策略进行了剖析，在基于TMS320F28335的根本上搭建了一台样机，对所谈论的理论进行了实验验证，实验结果表明，该有源电力滤波用具有很好的补偿性能。
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