2025B_单相有源电力滤波实验装置

项目简介

本项目是基于STM32G474RET6的单相有源电力滤波（APF）装置，使用两个STM32单片机进行控制。其中一个单片机负责DFT计算谐波含量，并且与串口屏进行通信，能够显示波形、各次谐波含量以及电流有效值等；另一个单片机负责APF的控制。在电容负载为6800uF，电网电压总谐波畸变率5%~6%的情况下，进行测试。省测时，网侧电流总谐波畸变率为7.2%;国测时，网侧电流总谐波畸变率为6.391%。

原理解析

1、电压、电流测量模块原理图
我们比赛前一直准备的是电源题，电流测量量程不够（只有大概8A左右，而本题需要15~20A），同时由于存在半波工况，因此无法使用互感器来测量电流，于是使用10mΩ+AMC1200实现隔离采样，量程25A，不过由于量程过大，导致精度较低。
电压测量模块使用互感器TVA1421+差分放大器THS4521实现，采集电网电压。两个模块的原理图如下图所示。

图1--电压电流采样电路：

2、基波提取算法
我们采用了锁相放大法进行基波提取，这个方法的优点是计算较快，流程图如图2所示。

图2--锁相放大示意图：

3、APF控制算法
我们使用重复控制和比例控制并联的方式来控制APF，控制频率较低，只有20kHz，由于锁相放大法需要时间，因此程序内设定，已经读取到相位角后，再开启PWM波使APF工作。

图3--APF控制框图：

4、APF主电路设计
APF主电路采用全桥拓扑，MOS管选用德州仪器公司的CSD19533，驱动选用德州仪器公司的UCC21520，主电路示意图如下图所示。需要注意的是，由于要补偿较高次谐波，因此电感不能选用太大，我们的两个桥臂的电感均为200uH，电容为2uF的CBB电容。

图4--APF主电路示意图：

注意事项与改进措施

1、注意事项

• 电网电压前馈一定要给
• 直流源最好要并一个电阻，不然可能会倒灌功率

2、改进措施

• 提高电流测量的精度
• 提高控制频率

实物图

第一张图是作品实物图，第二张图是电赛最后一夜的测试结果，第三张图是电流波形。 最后吐槽一下，电网电压的波形真的太烂了，从华中科技大学到华中师范大学，再到大连理工大学，电网电压THD全都是5%往上了。