基于FPGA的有源滤波器系统硬件设计

由于各种非线性电力电子装置的和功率开关器件的广泛应用产生了谐波。随着对电能质量要求的不断提高，各种治理谐波的电力电子装置就产生了。谐波治理的方法主要有无源滤波技术和有源电力滤波器技术。传统的方法采用LC 无源滤波器，与无源滤波器相比有源电力滤波器具有很大的优越性，因此越来越多的应用到治理谐波污染中。随着以DSP 和FPGA 的高速发展，以全数字化控制技术实现的有源电力滤波器必将更多的应用到谐波装置中去。本文深入分析了谐波治理的研究背景意义和有源滤波器的研究现状和发展趋势。介绍了有源滤波器的基本的工作原理；分类；谐波的检测方法和控制策略，在各个方法的比较上选用基于瞬时无功功率理论的谐波检测法对谐波电流进行了检测。并提出了一种基于 DSP 及FPGA 控制的有源电力滤波器的设计方案，重点研究了三相并联型有源滤波器的控制系统及硬件设计。本文还对系统的功率器件进行了分析并选用IGBT 作为其开关器件。设计了IGBT 驱动及保护电路，利用理论分析和仿真结果设定了系统直流侧电容和输出电感的参数。对整个系统进行了Simulink 仿真实验，选用DSP 和和FPGA 作为核心处理芯片，DSP 用来采集数据并检测谐波，FPGA 用来实现PWM 脉冲的输出。设计并调试出非线性负载，传感器采集，电流电压调理电路，主电路，过零检测电路，IGBT 的驱动及吸收缓冲电路。并在此基础上搭建出了试验平台。给出了DSP 及FPGA 的软件设计思想和流程。