電力電子濾波器的硬件設計與控制方法研究

付君

摘? 要：進入21世紀以來，我國的經濟發展呈現出爆炸式增長態勢，與之相對性的是各項資源能源的需求呈幾何倍數增加，這些都對現如今的經濟發展造成一定的影響，成為一項亟待解決的問題。在電力能源的供應方面，電力行業不斷推陳出新，開拓創新，進行產業升級和技術提升，希望能夠對電網和用電設備減輕工作壓力、減少安全隱患。本文基于電力電子濾波器的視角，對電力電子濾波器的硬件設計與控制方法進行了深入的探究，旨在有效減少諧波對電網和電力設備的損害，為電網和電路的日常工作減輕壓力，切實解決更多的安全隱患，為電力系統的安全運行提供保障。

關鍵詞：電力電子濾波器;硬件設計;電路設計

中圖分類號：TN713? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 電力電子濾波器概況

隨著我國經濟的不斷發展，用電設備的不斷增多，電力系統的壓力不斷增大，諧波污染現象不斷嚴重。基于這種電力系統污染現狀，我國經過研究發現可以通過對諧波進行補償解決諧波污染問題，這就引出了今天本文主要探討的電力電子濾波器。電力電子濾波器早在20世紀的國外就已經得到研究，之后隨著科學技術的不斷發展，電力電子濾波器也不斷地進行技術創新，現如今許多發達國家都廣泛應用電力電子濾波器解決實際問題。對我國來說，電力電子濾波器起步較晚，發展較慢，但是隨著我國電力系統污染問題的加重，相關部門對這一電子裝置愈發重視，這也意味著電力電子濾波器在我國的發展空間大，擁有充足的資源和政策支持，發展前景廣闊。電力電子濾波器根據不同的角度可以劃分為不同的類型，接下來我們就重點對并聯電壓型電力電子濾波器的硬件設計進行研究。

2 電力電子濾波器關鍵技術和方案比較

2.1 電力電子濾波器關鍵技術

電力電子濾波器關鍵技術主要分為3點，包括諧波電流檢測方法、變流器控制技術和主電路直流電容電壓控制等。其中諧波電流檢測方法可以直接影響電力電子濾波器的跟蹤、補償特性與應用范圍，因此需要在進行諧波檢測時做到檢測結果科學、計算方法簡便、檢測時效性強等要求，保證電力電子濾波器的應用效果。變流器控制技術是應用電力電子濾波器的關鍵環節之一，可以保障電力電子濾波器的諧波補償，主要有周期采樣控制、三角載波控制和空間矢量脈寬控制等3種主流控制方法，3種控制方法各有利弊，可以根據實際情況進行選擇。主電路直流電容電壓控制是電力電子濾波器應用的重點和難點之一，實際進行這一控制技術時，通常采用比例積分調節器對主電路內部的直流電壓進行控制，穩定直流測電容的電壓。

2.2 電力電子濾波器的方案比較

本文主要對帶諧波電流和不帶諧波電流的兩種并聯電壓型電力電子濾波器進行檢測方案設計和比較。通過對帶諧波電流并聯電壓型電力電子濾波器的原理進行分析和計算，我們可以得出帶諧波電流檢測的并聯電力電子濾波器能夠有效抑制諧波分量，并對無功電流電量進行補償。通過對無諧波電流并聯電壓型電力電子濾波器的原理進行分析和計算，我們可以得出無諧波電流檢測的并聯電力電子濾波器同樣能夠有效抑制諧波分量，并對無功電流電量進行補償。粗看起來好像并沒有明顯差別，所以我們接著對兩種檢測方案的控制方法進行探究，帶諧波電流檢測方案的控制方法在基波有功檢測為理想單元時可以很好地達到抑制諧波及補償無功電流電量的效果，但是在檢測信號不理想時會使對無功電流電量的補償效果大打折扣。至于無諧波電流檢測方案的控制方法，可以充分避免帶諧波電流檢測方案中的弊端，并達到一樣的控制效果。所以，以上就是對帶諧波電流和不帶諧波電流的兩種電子諧波器進行的監測方案比較，通過多種元件、系統、器型上的運作優勢比較，可以得到的結論是無諧波電流檢測的并聯電壓型濾波器更為適合，實用。

3 并聯電壓型電力電子濾波器參數設計

（1）開關器件選擇驅動功率小、開關頻率高且導通壓降低的IGBT電力電子開關管。

（2）電力電子濾波器的容量通過負載電流中的諧波分量值進行計算。

（3）變流器直流側電容可選擇低耐壓的電容串聯成大于1250μF的電容;電壓以選擇600V規格為宜。

（4）交流側電感與濾波器的輸出電流關系密切。

4 電力電子濾波器的硬件電路設計

線性負載上選用的器型是整流電路，這其中整流電路的實際優勢是可以將整流橋后面的大功率調節變阻器進行阻容負載，用于模擬阻感負載或阻容負載形成的諧波源;主電路中的功率器件采用IGBT;在每個模塊中都有相應的保護電路，來保護敏感和重要的原器件不因過壓、過流等沖擊而損壞。

4.1 信號檢測模塊電壓控制

并聯電壓型的電力電子濾波器控制電路子在信號上的需要主要包括三相電網網側電流、三相電網網側電壓與直流側電容兩端電壓。當主電路的變流器逆變輸出補償電流時，變流器的直流兩側的電壓主要由直流電容進行供應。此時想要直流側電容的電壓可以以一個較為穩定的數值進行運作，就需要對直流側電容兩端的電壓進行測量，因為想要直流電壓得到閉環性控制，就得對電壓的數值進行掌握。

4.2 控制模塊中的芯片選擇

控制模塊在整個電力電子濾波器中屬于較為重要的核心器件，尤其是芯片，在整個系統中的屬于影響力較強的一個組成部分。控制模塊的職責是對A/D采樣、鎖相等控制部分進行信號上的發出，讓信號的發射與接收可以得到良好的動作控制。本次系統選用的是TMS320F2812芯片，這個控制芯片的優勢主要體現在控制與信號處理方面的強大控制性上，因為這個芯片在定位運算上的規格是32位定點，可以對控制算法上復雜系統進行處理。這種DSP芯片在先進的外設上具備統一集成管理的功能，實際運行的速度也較高，可以對大量的數據進行統處理，給接口的模塊化設計提供了良好的實現條件，所以比較適合在數字電機控制系統上進行應用，工業控制系統、電力系統、通信設備等都可以借助這種芯片的強大數據處理能力增強設備的實用性。

4.3 主電路與驅動模塊上的型號選擇

電路采用的是IGBT驅動電路，這種電路在DSP控制電路以及變流器中的主要功能是可充當二者之間的連接接口，是電力電子濾波器中較為重要的組成部分，所以驅動器一旦出現什么問題就會給整個裝置的性能發揮帶來較強的影響。為了讓電力電子的驅動元件可以維持正常的工作狀態，驅動電路上的放大控制系統會對輸出的PWM控制信號進行精確性的指令控制，防止電氣系統運作中因為沒有得到良好的隔離，進而發生問題。控制系統上的PWM控制信號可以將問題信號反饋給DSP控制電路，指揮電路做出相應的驅動改變。本設計在實驗中選擇的是2.0A集成檢測與故障反饋芯片。在應用優勢上的表現是可驅動150A，1200V 的IGBT 管;可光耦隔離、故障狀態反饋輸出等。

結語

綜上所述，本文主要對電力電子濾波器的硬件設計進行了分析和探究，指出對當前諧波對電網環境的污染與破壞，我們需要充分利用好電力電子濾波器進行凈化和消除，以提高電力系統的安全與高效運行。總體而言，本文對電力電子濾波器的硬件設計和應用控制持肯定和樂觀的態度，盡管在實際應用中還需要進行具體分析和細節把控，但是發展前景仍是光明的。

參考文獻

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