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DSP+ARM并联有源电力滤波器控制器解析
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2017-10-21
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1 引言
近年来，随着电力电子设备及非线性、冲击性设备的广泛应用。在电网中产生的谐波对电网系统造成了严重的污染，因此消除电网中的谐波污染已成为电能质量研究的一个重要课题。目前普遍采用的并联型无源滤波器存在着滤波效果差，对电网参数敏感。元件体积庞大。严重时会导致串并联谐振事故等缺陷。采用现代电力电子技术、数字信号处理（DSP）技术和先进控制理论的有源电力滤波器（APF）技术㈣对电网谐波进行动态实时补偿。是目前解决谐波污染问题最有效和最具潜力的途径。
传统的并联型APF的控制方法大都基于瞬时无功理论、自适应理论等计算测量方法，首先计算出负载电流中的谐波成分，然后根据计算出的谐波电流值。分别进行补偿电流和直流侧电容电压的控制。这种方式需进行较复杂的数学运算，影响装置的响应速度。在负荷变化时容易发生电流畸变。
针对三相系统采用了一种基于直流侧电容电压控锘lJl51的APF控制算法，从瞬时有功和无功功率在系统中传递的角度出发，以调节电网输入APF的有功功率为目标，直接对输入电流进行控制，省去了检测有功和无功电流分量的繁琐过程，使检测谐波的过程变得简单。并设计了一种基于DSP和ARM的全数字并联APF控制器。
2 控制策略
2.1 直流侧电容电压控制算法
通过控制算法使电源侧向电容注入适当的能量，以补偿电力电子器件开断造成的损耗，维持直流侧电容电压H由的稳定。实际补偿装置中的损耗功率在一个周期内的积分不为零，会引起u也周期值的变化，该周期值的变化反应了逆变器两侧有功功率的传递。
算法控制在交流侧由电源输入有功电流以补偿开关器件的损耗。交流侧补偿功率PA一个周期内的积分为：
（1）
在一个周期内的能量变化即直流电容上储存的电量可表示为：
（2）
联立式（1）和式（2），补偿目标是使两式相等。以一个r为单位。可以计算出交流侧等效补偿电流的大小。图1示出据此设计的直流侧电压的单周期控制框图。进行周期采样，通过比例积分环节对采样得到的电压比较值进行修正之后，可以得出损耗电流的幅值k。使损耗电流与系统电压同相位，以保证其为等效有功电流：控制有功的传递情况，以保证稳定在某一值附近。
由图1可以看出，u出的调节形成负反馈，满足了出始终在某一固定值附近的要求。
近年来，随着电力电子设备及非线性、冲击性设备的广泛应用。在电网中产生的谐波对电网系统造成了严重的污染，因此消除电网中的谐波污染已成为电能质量研究的一个重要课题。目前普遍采用的并联型无源滤波器存在着滤波效果差，对电网参数敏感。元件体积庞大。严重时会导致串并联谐振事故等缺陷。采用现代电力电子技术、数字信号处理（DSP）技术和先进控制理论的有源电力滤波器（APF）技术㈣对电网谐波进行动态实时补偿。是目前解决谐波污染问题最有效和最具潜力的途径。
传统的并联型APF的控制方法大都基于瞬时无功理论、自适应理论等计算测量方法，首先计算出负载电流中的谐波成分，然后根据计算出的谐波电流值。分别进行补偿电流和直流侧电容电压的控制。这种方式需进行较复杂的数学运算，影响装置的响应速度。在负荷变化时容易发生电流畸变。
针对三相系统采用了一种基于直流侧电容电压控锘lJl51的APF控制算法，从瞬时有功和无功功率在系统中传递的角度出发，以调节电网输入APF的有功功率为目标，直接对输入电流进行控制，省去了检测有功和无功电流分量的繁琐过程，使检测谐波的过程变得简单。并设计了一种基于DSP和ARM的全数字并联APF控制器。
2 控制策略
2.1 直流侧电容电压控制算法
通过控制算法使电源侧向电容注入适当的能量，以补偿电力电子器件开断造成的损耗，维持直流侧电容电压H由的稳定。实际补偿装置中的损耗功率在一个周期内的积分不为零，会引起u也周期值的变化，该周期值的变化反应了逆变器两侧有功功率的传递。
算法控制在交流侧由电源输入有功电流以补偿开关器件的损耗。交流侧补偿功率PA一个周期内的积分为：
（1）在一个周期内的能量变化即直流电容上储存的电量可表示为：
（2）联立式（1）和式（2），补偿目标是使两式相等。以一个r为单位。可以计算出交流侧等效补偿电流的大小。图1示出据此设计的直流侧电压的单周期控制框图。进行周期采样，通过比例积分环节对采样得到的电压比较值进行修正之后，可以得出损耗电流的幅值k。使损耗电流与系统电压同相位，以保证其为等效有功电流：控制有功的传递情况，以保证稳定在某一值附近。
由图1可以看出，u出的调节形成负反馈，满足了出始终在某一固定值附近的要求。
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