摘　要：為了解決三相四線制電網中諧波、無功功率和三相不平衡等電能質量問題，本文采用基于DSP+CPLD全數字控制的并聯型有源電力濾波器(APF)來實現補償。本文分析了APF的系統結構及工作原理,給出了裝置的總體控制方案，并進行控制系統的優化設計。詳細探討了控制系統所采用的檢測控制方法、硬件結構以及軟件流程設計等。仿真結果表明,采用這種方案,可以對三相四線制系統中的諧波、無功、負序、零序等電流分量進行有效補償, 具有良好的動態補償效果。

　　隨著國民經濟的迅速發展，電力系統中非線性、沖擊性和單相負載都大量增加，由此產生的諧波、無功功率和三相不平衡等問題給電力系統和用戶造成了嚴重的影響。目前，用電單位也對電能質量和供電可靠性提出了更高要求，改善電能質量已成為社會發展的必然要求。因此，在電力系統運行中，研究怎樣進行諧波污染抑制和無功功率補償，來改善電能質量、提高功率因數和減少電能損耗已成為電力系統中的一個重要研究課題。本文正是針對大量存在的三相四線制系統而進行設計的高性能動態補償裝置，并聯型三相四線制有源電力濾波器(APF)，它能對大小和頻率都變化的諧波和無功進行快速補償，能有效克服無源補償裝置的不足，是一種很有前途的補償裝置。

　　本文首先介紹了并聯型APF的系統結構和工作原理，然后討論了基于DSP+CPLD的全數字化控制系統的實現方案，并對該控制系統的硬件電路和軟件系統設計進行了研究，最后給出了實驗波形，驗證了控制策略的有效性。

　　1 并聯有源濾波器的系統結構及工作原理

　　有源電力濾波器主要由主電路，信號檢測電路，DSP+CPLD控制系統，驅動電路和鍵盤顯示部分等組成。三相四線制有源電力濾波器有兩種不同的主電路結構及其控制方法[1]，即3橋臂PWM變流器和4橋臂PWM變流器，從經濟成本角度考慮，本文采用3橋臂PWM變流器方案。本文設計的并聯型APF的系統結構圖如圖1所示，主電路采用三相電壓源型逆變器結構，逆變器輸出端經濾波電感與電網相接。負載為污染源,產生諧波、無功及三相不平衡電流等有害分量?？刂葡到y包括檢測環節，指令電流運算環節、補償電流跟蹤控制環節、直流側電壓控制環節和驅動保護環節等。

　　有源濾波器的基本工作原理是：首先互感器(TV 、TA)檢測補償對象的電壓和電流信號，然后經過轉換處理后送給控制系統計算出補償電流的指令信號，該信號經補償電流發生電路放大，輸出補償電流，從而使補償電流與被補償對象的諧波、無功、負序等有害電流分量相互抵消，最終得到期望的正弦電源電流。即經有源電力濾波器補償后,電網側三相電流為對稱正弦波,零線電流為0，實現改善電能質量的目的。

　　圖1中，QF為斷路器;KM1、KM2為交流接觸器; R為限流電阻，L為濾波電感; C1、C2為直流母線電容。有源電力濾波器基本的工作過程如下，先閉合上QF，再閉合接觸器KM1，電網電壓通過限流電阻R、濾波電感L和逆變器中的續流二極管向直流母線電容C1、C2充電。當直流母線電壓達到一定值之后，控制系統發出控制信號，控制KM2閉合，然后APF軟啟動升到額定電壓，進入正常工作狀態。當系統出現故障保護時，KM1斷開，以保護APF主電路不受損害。

　　2 控制系統硬件電路設計

　　控制系統是APF的核心部分，它直接決定了APF的性能指標和補償效果。為了滿足APF控制系統實時性和準確性的要求，本文采用了以DSP+CPLD為核心的數字化控制系統。該控制系統硬件電路主要由核心控制系統模塊、數據采集電路、同步檢測電路、PWM隔離驅動電路、硬件保護電路、I/O接口電路、通信電路、電源等輔助電路組成。并聯型APF的控制系統框圖如圖2所示。

　　圖 2 并聯型APF的控制系統框圖