基于DSP的滯環(huán)跟蹤型有源電力濾波器數(shù)字控制系統(tǒng)

摘要：介紹了一種基于新型數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）TMS320F2407A數(shù)字控制的滯環(huán)跟蹤型并聯(lián)有源電力濾波器，以DSP為核心的數(shù)字控制電路完成諧波提取、指令電流產(chǎn)生、直流側(cè)電壓控制、系統(tǒng)保護(hù)等功能，實(shí)現(xiàn)了一種全數(shù)字控制的有源電力濾波器。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理器；數(shù)字控制；有源電力濾波器

1 概述

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，有源電力濾波器作為抑制電網(wǎng)諧波、補(bǔ)償供電系統(tǒng)無功功率的新型電力電子裝置得到了迅速發(fā)展，并已應(yīng)用于實(shí)際工程中。并聯(lián)型有源電力濾波器是有源電力濾波器中最基本的形式，獲得了最為廣泛的應(yīng)用，圖1是并聯(lián)型有源電力濾波器的系統(tǒng)原理框圖。

圖1并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)原理框圖

DSP數(shù)字控制系統(tǒng)檢測(cè)非線性負(fù)載的電流與網(wǎng)側(cè)電壓相位，按照一定的算法提取出諧波電流，通過APF向電網(wǎng)實(shí)時(shí)注入與系統(tǒng)諧波相位相反大小相等的補(bǔ)償諧波電流以抵消諧波，達(dá)到消除系統(tǒng)諧波污染的目的。由于滯環(huán)控制具有反應(yīng)速度快，控制精度較高，不需要了解負(fù)載的特性等優(yōu)點(diǎn)，在有源電力濾波器中采用該控制方法是有利的。本文給出了一種基于DSP的滯環(huán)跟蹤型有源電力濾波器數(shù)字化控制系統(tǒng)。

2 滯環(huán)跟蹤型有源電力濾波器系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

滯環(huán)跟蹤型有源電力濾波器的DSP數(shù)字化控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)框圖

以DSP為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)完成如下功能：

1)檢測(cè)非線性負(fù)載的電流I_la、I_lb、I_lc與網(wǎng)側(cè)電壓相位，提取出諧波，反向后得到諧波補(bǔ)償指令電流；

2)檢測(cè)有源電力濾波器主電路的電流（實(shí)際補(bǔ)償電流）I_ca、I_cb、I_cc，送入滯環(huán)電流跟蹤控制電路，使其跟蹤諧波補(bǔ)償指令電流，從而抵消電網(wǎng)中的諧波成分；

3)檢測(cè)變流器直流側(cè)總電壓，通過PID調(diào)節(jié)，使得直流側(cè)電壓穩(wěn)定；

4)控制裝置的軟啟動(dòng)和關(guān)機(jī)，并提供裝置的過流、過壓保護(hù)。

3 系統(tǒng)時(shí)序的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制核心TMS320F2407A的顯著優(yōu)點(diǎn)是高速AD采樣（最快達(dá)到500ns），使得系統(tǒng)的控制周期僅為25μs，這意味著三相非線性負(fù)載電流采樣頻率達(dá)到了40kHz。負(fù)載電流采樣周期越短，補(bǔ)償諧波的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性越高。兼顧A/D采樣的準(zhǔn)確性，取DSP一次A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間為1μs，三相非線性負(fù)載電流和直流側(cè)電壓共需要4μs，采用dq法計(jì)算指令電流需要5μs，諧波指令電流的D/A轉(zhuǎn)換一共需要10μs，其他部分占用時(shí)間很少，圖3是程序中以上主要模塊的的時(shí)序安排。

圖3 程序主要模塊的流程圖