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滞环跟踪型有源电力滤波器系统的总体设计
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2017-10-30
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摘要：介绍了一种基于新型数字信号处理器（DSP）TMS320F2407A数字控制的滞环跟踪型并联有源电力滤波器，以DSP为核心的数字控制电路完成谐波提取、指令电流产生、直流侧电压控制、系统保护等功能，实现了一种全数字控制的有源电力滤波器。
关键词：数字信号处理器；数字控制；有源电力滤波器
1 概述
随着电力电子技术的发展，有源电力滤波器作为抑制电网谐波、补偿供电系统无功功率的新型电力电子装置得到了迅速发展，并已应用于实际工程中。并联型有源电力滤波器是有源电力滤波器中最基本的形式，获得了最为广泛的应用，图1是并联型有源电力滤波器的系统原理框图。
图1并联有源电力滤波器系统原理框图
DSP数字控制系统检测非线性负载的电流与网侧电压相位，按照一定的算法提取出谐波电流，通过APF向电网实时注入与系统谐波相位相反大小相等的补偿谐波电流以抵消谐波，达到消除系统谐波污染的目的。由于滞环控制具有反应速度快，控制精度较高，不需要了解负载的特性等优点，在有源电力滤波器中采用该控制方法是有利的。本文给出了一种基于DSP的滞环跟踪型有源电力滤波器数字化控制系统。
2 滞环跟踪型有源电力滤波器系统的总体设计
滞环跟踪型有源电力滤波器的DSP数字化控制系统框图如图2所示。
图2 系统框图
以DSP为核心的数字控制系统完成如下功能：
1）检测非线性负载的电流Ila、Ilb、Ilc与网侧电压相位，提取出谐波，反向后得到谐波补偿指令电流；
2）检测有源电力滤波器主电路的电流（实际补偿电流）Ica、Icb、Icc，送入滞环电流跟踪控制电路，使其跟踪谐波补偿指令电流，从而抵消电网中的谐波成分；
3）检测变流器直流侧总电压，通过PID调节，使得直流侧电压稳定；
4）控制装置的软启动和关机，并提供装置的过流、过压保护。
3 系统时序的设计
系统控制核心TMS320F2407A的显著优点是高速AD采样（最快达到500ns），使得系统的控制周期仅为25μs，这意味着三相非线性负载电流采样频率达到了40kHz。负载电流采样周期越短，补偿谐波的实时性、准确性越高。兼顾A/D采样的准确性，取DSP一次A/D转换的时间为1μs，三相非线性负载电流和直流侧电压共需要4μs，采用dq法计算指令电流需要5μs，谐波指令电流的D/A转换一共需要10μs，其他部分占用时间很少，图3是程序中以上主要模块的的时序安排。
关键词：数字信号处理器；数字控制；有源电力滤波器
1 概述
随着电力电子技术的发展，有源电力滤波器作为抑制电网谐波、补偿供电系统无功功率的新型电力电子装置得到了迅速发展，并已应用于实际工程中。并联型有源电力滤波器是有源电力滤波器中最基本的形式，获得了最为广泛的应用，图1是并联型有源电力滤波器的系统原理框图。
图1并联有源电力滤波器系统原理框图
DSP数字控制系统检测非线性负载的电流与网侧电压相位，按照一定的算法提取出谐波电流，通过APF向电网实时注入与系统谐波相位相反大小相等的补偿谐波电流以抵消谐波，达到消除系统谐波污染的目的。由于滞环控制具有反应速度快，控制精度较高，不需要了解负载的特性等优点，在有源电力滤波器中采用该控制方法是有利的。本文给出了一种基于DSP的滞环跟踪型有源电力滤波器数字化控制系统。
2 滞环跟踪型有源电力滤波器系统的总体设计
滞环跟踪型有源电力滤波器的DSP数字化控制系统框图如图2所示。
图2 系统框图
以DSP为核心的数字控制系统完成如下功能：
1）检测非线性负载的电流Ila、Ilb、Ilc与网侧电压相位，提取出谐波，反向后得到谐波补偿指令电流；
2）检测有源电力滤波器主电路的电流（实际补偿电流）Ica、Icb、Icc，送入滞环电流跟踪控制电路，使其跟踪谐波补偿指令电流，从而抵消电网中的谐波成分；
3）检测变流器直流侧总电压，通过PID调节，使得直流侧电压稳定；
4）控制装置的软启动和关机，并提供装置的过流、过压保护。
3 系统时序的设计
系统控制核心TMS320F2407A的显著优点是高速AD采样（最快达到500ns），使得系统的控制周期仅为25μs，这意味着三相非线性负载电流采样频率达到了40kHz。负载电流采样周期越短，补偿谐波的实时性、准确性越高。兼顾A/D采样的准确性，取DSP一次A/D转换的时间为1μs，三相非线性负载电流和直流侧电压共需要4μs，采用dq法计算指令电流需要5μs，谐波指令电流的D/A转换一共需要10μs，其他部分占用时间很少，图3是程序中以上主要模块的的时序安排。
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