摘要：此處以工程應用為背景，研究了一種適用于低壓大電流整流系統的混合型有源電力濾波器(HAPF)給出了該結構的主電路及原理說明，介紹了從驅動功率、死區時間和箝位保護3個方向選擇大功率模塊，從電平轉換到光纖傳輸實現觸發，采用熱管技術以及基于DSP控制系統等關鍵技術的設計，包括DSP TMS320F2812控制板和接口電路板的設計。最后，針對某銅加工廠的諧波及無功實際情況，給出該濾波器的具體實現方案。現場運行數據表明，設計方案和實驗裝置有效、可靠。
關鍵詞：有源電力濾波器；諧波；數字信號處理器

1 引言
近年來，隨著電力電子設備的發展。諧波污染日趨嚴重，而用戶對電能質量的要求卻越來越高。HAPF作為治理諧波的主要技術之一，因其性價比高且工程實現容易，正日益成為工業系統有效濾除諧波和無功補償的首選方案。此處介紹了HAPF的主電路系統結構和設計及其數字控制系統的構成和DSP實現。最后，針對某企業諧波和無功情況，給出了HAPF的具體實現方法。現場運行數據表明，提出的設計思路和方案可行。

2 HAPF的主電路結構及原理
圖1示出HAPF系統拓撲，因結構簡單，安裝容易，占地面積小，適用于低壓系統兼顧大容量無功補償和動態諧波治理場合，在工業上應用廣泛。

單純的無源濾波器(PF)存在濾波特性受電網阻抗影響和容易與電網阻抗產生串并聯諧振的缺陷，有源濾波器(APF)受開關器件容量限制，補償無功能力有限，這里結合現場的無功和諧波情況，給出了PF加并聯APF的HAPF實現方案。因現場工況為6脈波的高頻開關整流負載，功率因數偏低，5次諧波電流偏大，5次單調諧無源支路降低了系統的PF對低頻信號的放大；11次單調諧無源支路不僅能夠補償一定量的無功，對高頻諧波如13，17等次諧波也有濾波效果，所以PF設計為5，11次單調諧，而APF通過對PWM逆變器的控制，使得逆變器輸出相應的電壓或電流跟蹤期望的參考電壓或電流，實現諧波治理。

3 關鍵技術
3．1 大功率逆變器的選取
功率模塊承擔著電網的有功功率轉移和諧波治理。綜合了電力晶體管(GTR)耐高壓、大電流和MOSFET開關頻率高的優點，選擇全控型器件絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。實驗采用FF450R17ME3型IGBT，它采用了改進的溝槽柵和場終止技術，耐流值為450 A，耐壓值為1．7 kV。IGBT模塊的導通和關斷受柵極驅動信號的控制，IGBT正常工作需滿足以下要求：①驅動功率滿足要求；②PWM驅動信號需預留一定死區時間；③柵極、有源箝位功能。根據上述要求，此處預選2SP0115T作為FF450R17ME3這個半橋IGBT模塊的驅動器。
3．1．1 驅動功率
此處選擇設計的載波頻率為10 kHz，驅動器每通道的輸出功率為：
P=fsQg△U (1)
式中：fs為IGBT開關頻率；Qg為IGBT門極電荷；△U為門極驅動電壓擺幅，等于驅動正壓+U與-U之間差值。
根據式(1)和系統參數，驅動板選取兩單元2SP0115T，每個IGBT的驅動功率為1 W，保證了應用要求。
3．1．2 死區時間
設置死區時間需注意：①死區時間必須大于IGBT器件關斷延遲時間；②對控制效果的影響盡量小。死區時間過小不利于IGBT的安全，死區時間過大則容易給控制效果和精度帶來影響，尤其在驅動信號開關頻率很高時影響特別明顯。FF450R17ME3關斷延遲最大為0．62μs，開通延遲為0．22μs，2SP0115T2A驅動板的死區時間本身設置為3μs，可滿足安全要求，此處采用的開關頻率為10 kHz，開關周期T=0．1 ms，故一個死區時間在一個PWM開關周期內所占比例為3％，因此對控制的精度影響不大。