基于FPGA的APF控制器的硬件结构优化

提出一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的并联型有源电力滤波器（SAPF）的控制器方案。通过简化算法,使用运算强度简化、折叠结构和流水线等方式优化了控制器的硬件结构和工作频率,并详细讨论了基于同步旋转坐标变换、无限冲击响应（IIR）低通滤波器、三相锁相环和滞环电流跟踪控制的结构设计与优化。全部控制算法在单片FPGA中用硬件描述语言VerilogHDL实现。样机实验结果表明系统的动静态性能都较好,满足高性能SAPF对控制器实时性和准确性的要求。     

基于FPGA的三电平APF谐波分频控制

针对传统串行执行方式存在可补偿谐波次数受限、补偿效果不佳等问题,研究基于现场可编程门阵列的有源电力滤波器谐波分频控制的实现。采用现场可编程门阵列作为控制系统的主控制器完成控制算法,可以显著提高计算频率,减小计算延时,改善控制系统实时性能,在现场可编程门阵列内构建并实现的谐波同步旋转坐标系下的谐波电流分频控制策略计算频率最高可达77 kHz。构建了三电平有源电力滤波器数字控制系统并在样机上进行了实验,实验结果验证了提出的现场可编程门阵列全数字谐波电流分频控制方法的正确性。     

模块化APF并联建模及谐振分析

本文首先建立了单台APF小信号等效模型,从PCC处将单台APF等效模型拓展到多台并联模型,通过对谐振电流特性的分析,我们得出了两台APF并联具有与N台APF并联相似的谐振电流特性,分析了APF补偿电流突变和并联台数对并联系统谐振特性的影响。最后,通过实验研究,验证多台APF并联系统小信号等效模型和谐振特性分析的正确性。     

有源滤波与动态无功综合补偿控制装置设计

针对传统有源电力滤波器的容量与成本的矛盾,设计了一种基于数字信号处理器和可编程逻辑门阵列的有源滤波与动态无功功率综合补偿控制装置.该装置将有源电力滤波器（APF）及晶闸管投切电容器（TSC）进行混合滤波,使该装置兼具有源滤波与无功功率补偿的优点,具有有效补偿各次谐波,抑制闪变,补偿无功,提高功率因数,改善配电网电能质量的功能.利用Matlab/Simulink对该装置进行了仿真验证,并将其应用于电动汽车充电站,装置运行效果良好.     

瞬时谐波电流检测方法的动静态特性分析

介绍了一种简单实用的基于鉴相原理的瞬时谐波电波检测方法。结合输入不同的谐波信号（方波与三角波）时的检测结果与实验数据,分析了其动静态特性,结果表明该方法用于瞬时谐波电流的检测是可行的。     

FPGA全数字电力电子变换控制器设计

针对目前的电力电子变换控制器多以数字信号处理器为核心进行设计、其存在的固有延时以及指令顺序执行特性无法满足一些实时性高、灵活性强的应用场合需求问题,研究了具有硬件并行与准模拟电路特性的现场可编程门阵列,可更好地用于构建高性能数字控制系统.通过分析电力电子控制器设计现状和FPGA电力电子控制器的典型应用,得出以FPGA为核心的电力电子控制器的特点,提出了具有指导意义的FPGA全数字电力电子控制器设计原则和设计方法.基于此,设计了有源电力滤波器FPGA全数字控制器,并与DSP控制器在控制性能上进行了具体比较,最后结合电力电子装置发展趋势对FPGA全数字控制器的应用前景进行了展望,期望为FPGA在电力电子控制器中的设计与应用提供有益思路.     

直流侧APF主电路参数与补偿性能的关系

直流侧有源电力滤波器并联在整流桥的直流侧，对整流类负载的谐波治理有很大的技术优势。主电路参数不仅决定系统能否正常工作，影响系统的补偿性能，还影响整个系统的成本。文中讨论了直流侧有源电力滤波器主电路的主要参数(电感L、直流侧储能电容C)以及电容电压Uc与补偿性能之间的关系，并给出了参数选取标准。为直流侧有源电力滤波器主电路参数设计提供了理论依据。用文中提出的参数设计标准，设计并调试了一台试验样机，试验结果证明了文中理论分析的正确性。     

直流侧APF主电路参数与补偿性能的关系

直流侧有源电力滤波器并联在整流桥的直流侧，对整流类负载进行谐波治理有很大的技术优势。主电路参数不仅决定系统能否正常工作，影响系统的补偿性能，还影响整个系统的成本。文中讨论了直流侧有源电力滤波器主电路的主要参数(电感L、直流侧储能电容C)以及电容电压Uc与补偿性能之间的关系，并给出了参数选取标准。为直流侧有源电力滤波器主电路参数设计提供了理论依据。用文中提出的参数设计标准，设计并调试了一台试验样机，试验结果证明了文中理论分析的正确性。     

三相直流侧APF补偿性能的频域研究

三相不可控整流桥装置产生的电流谐波具有谐波含量大,谐波频谱分布宽的特点.直流侧有源电力滤波器是针对不可控整流桥装置提出的谐波治理方案.从频域角度分析直流侧有源电力滤波器电流环带宽与谐波补偿性能的关系,得到不同带宽所对应的补偿后电流THD理论数据,从而对三相直流侧有源电力滤波器的补偿性能进行定量的研究.通过该频域分析方法,将三相直流侧有源电力滤波器与传统交流侧有源电力滤波器进行对比分析.分析表明,在三相不可控整流桥带大电感负载情况下,当电流环带宽取1kHz时,直流侧有源电力滤波器补偿后电流THD为0.41%,交流侧有源电力滤波器补偿后电流THD为9.63%.采用平均电流控制策略,完成三相直流侧有源电力滤波器的设计.实验测试结果验证当电流环带宽取1kHz时,三相直流侧有源电力滤波器实现整流桥负载谐波电流的有效补偿.     

基于FPGA的有源电力滤波器高速数据采集系统设计

有源电力滤波器（APF）已成为治理谐波的主要手段之一,其谐波检测环节要求对多路数据进行高速采集。现场可编程门阵列（FPGA）器件具有资源丰富、接口灵活、并行计算等特点,其与外部AD结合能实现稳定可靠的高速数据采集数字系统设计。文章基于FPGA和一款快速A／D转换芯片AD7864提出一种高速数据采集电路设计方法：首先,提出硬件系统结构框图;其次,介绍AD7864的时序,基于FPGA程序开发软件Quartus II,说明其AD控制的状态机设计方法并给出其流程;最后,通过对三相系统电压信号采样,证明其采样效果良好,能够满足APF的高速数据采集要求。     

永磁式减速直线同步电机稳态运行特性的分析

考虑直线电机的静态纵向边端效应,应用有限元法,计算得到永磁式减速直线同步电机初级三相绕组的电感参数,提出分析该类电机的数学模型,其中假定轴向永磁体在初级绕组中感应的电势对称,基于该模型通过仿真计算不同的电磁瞬态来求得实验样抽矩角特性和稳定工作特性,理论计算与实验结果证明所提出的理论分析与计算方法是正确有效的。     

移动平均在并联有源电力滤波器中的应用

在并联型有源电力滤波器的设计中,若采用d,q同步旋转变换来提取谐波电流,则低通滤波器(Low Pass Filter,简称LPF)是设计的关键环节.介绍了d,q同步旋转变换和采用移动平均算法的LPF的基本原理,并通过仿真与常用的Butterworth LPF相比较,证明了移动平均算法在动态响应速度(15 ms以内)和稳态精度方面具有一定的优势.经试验验证,动态响应速度为15 ms,补偿后电流的THD达到2%左右,由此得出结论,基于移动平均算法的LPF具有优良的动态响应速度和稳态精度.     

400Hz逆变器动态问题与稳态问题

400 Hz逆变器,多用于航空与舰船领域,其动态性能与稳态性能要求高。逆变器动态性能由电路初始状态、逆变器输出电压和输出滤波器参数决定。通过分析指出:逆变器动态性能主要由输出滤波器参数决定,动态性能指标要求必须作为输出滤波器设计的重要约束条件。逆变器稳态性能主要包括稳态误差与输出电压正弦度。通过分析指出:稳态误差由系统开环基波增益决定,稳态误差精度可采用比例谐振(PR)控制器保证;输出电压正弦度受逆变器死区效应制约,其中奇次谐波含量较高且不能通过输出滤波器滤除;实施给出的死区补偿方法,较好地校正了死区引起的波形畸变,保证了输出电压正弦度。     

基于同步旋转坐标系的有源电力滤波器控制延时动态预测补偿策略

提出一种基于同步旋转坐标系(SRF)的有源电力滤波器(APF)控制延时动态预测补偿策略。该方法通过对各次SRF的相移控制,实现对APF各次谐波电流控制延时的补偿;同时,根据微变线性化原理,对SRF上暂态变化的同步谐波电流进行线性预测,从而实现对各次谐波电流控制延时的动态预测补偿。首先详细分析了APF控制延时的形成机理、对系统的影响以及延时抑制方法,在此基础上,重点论述所提控制延时动态预测补偿方法,并对基于该方法的APF控制系统进行分析设计。理论分析和实验结果表明,该方法能够实时响应负载暂态变化,精确补偿控制延时,有效提高谐波电流补偿的准确度。     

一种基于改进型电流检测的三电平有源滤波器的控制研究

为提高三电平有源滤波器的动态补偿性能,针对传统的检测方法在三相电压不对称或畸变时存在的不足,提出了一种新的基于无锁相环、同步坐标变换的检测方法。该方法能够实时检测出不对称电路中的基波正序无功电流和谐波电流,理论推导也验证了所提检测方法的正确性。针对三电平逆变器固有的直流侧电压波动问题,给出了一种改变小矢量作用时间的控制方法,通过SimuLink仿真验证了检测方法和控制方法的有效性。     

一种高动态性能的级联型有源电力滤波器

基于级联H桥多电平拓扑的有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)的研究越来越广泛。本文针对级联型APF系统的动态性能进行了研究。首先分析了电网电流反馈控制动态响应慢的原因和理想情况时的动态响应,在此基础上提出了一种提高系统动态性能的方法,该方法的特点是:稳态时,系统的控制策略为电网电流反馈控制,负载突变时,系统采用复合控制策略。文中进一步详细阐述了其实现方法,并对级联APF直流侧电容电压均衡控制的原理及其硬件实现进行了描述。仿真和实验结果表明,采用该方法的级联APF具有较高的稳态和动态补偿性能。     

基于DSP-ARM的并联有源电力滤波器控制器

针对三相并联型有源滤波器,从能量守恒角度提出一种将周期离散控制技术和数宁锁相环技术应用于直流侧电容电压控制的策略.设计了基于DSP-ARM的全数字控制系统,仿真和实验结果证明,设计的控制系统运算速度快,能跟踪和补偿频繁变化的负荷谐波.     

A Low-cost Reconfigurable Field-programmable Gate Array Based Three-phase Shunt Active Power Filter for Current Harmonic Elimination and Power Factor Constraints

Non-linear loads, such as switched mode power supply, adjustable-speed drives, arc furnaces, etc., result in deterioration of power quality in terms of current harmonics and reactive power demand. Shunt active power filters are widely used to compensate the current harmonics, thereby improving power quality. Digital signal processors and microcontroller units used in digital control of shunt active power filters are constrained by a complex algorithm structure, adaptability, accuracy, the absence of feedback loop delays, and larger execution time. Shunt active power filters require a faster computation update rate to maintain the closed-loop bandwidth, accurate sensing of voltage and current, proper estimation of parameters, and a high frequency pulse-width modulation. In this article, a low-cost single all-on-chip field-programmable gate array implements the digital control of a three-phase shunt active power filter. This proposed implementation scheme has much less execution time and boosts the overall performance of the system. All required tasks of a typical shunt active power filter are implemented with a low-cost single all-on chip field-programmable gate array module that provides freedom to reconfigure for any other applications. Additional features, such as anti-windup, over-sampling, and time multiplexing, are also added to improve the overall performance. The proposed system is designed to meet IEEE 519 and IEC EN 61000-3 recommendations in terms of harmonic elimination and unity power factor requirements. The entire algorithm is coded, processed, and simulated using Xilinx 12.1 ISE Suite to estimate the advantages of the proposed system. This code is also defused on the low-cost single all-on-chip Xilinx Spartan 3A DSP-XC3SD1800 laboratory prototype, and experimental results obtained match with simulated counterparts. The proposed control scheme for the shunt active power filter results in reduces current harmonics under dynamic and steady-state operating conditions.     

有源电力滤波器分序谐波补偿性能分析

为提高三相有源电力滤波器(APF)在某些特定场合补偿正、负序谐波电流的能力,首先对常见的三相整流器进行了相序分析,得到了此类非线性负载交流侧电流的相序信息;然后利用多同步旋转坐标变换,将各次正、负序负载谐波电流变成直流指令,通过经典的比例-积分(PI)加重复的电流跟踪复合控制策略,实现了各次正、负序负载谐波电流的无静差补偿;最后给出了仿真与实验波形,分析了三相APF正、负序谐波补偿性能,验证了分序控制策略的有效性。