基于DSP控制技術(shù)的逆變器諧波失真消除
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由于元件的老化和無補(bǔ)償熱飄移，模擬元件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性也存在著問題。若不進(jìn)行每年專門的定期檢修和重新校正，這些問題將使UPS的元件參數(shù)和輸出達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)并最終導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。另外，還必須為每一個(gè)單獨(dú)的UPS模式進(jìn)行固定的模擬控制設(shè)計(jì)，而每一個(gè)新的UPS模式又要求重新設(shè)計(jì)并重新生產(chǎn)控制系統(tǒng)。如果沒有硬件上的變化，UPS也同樣得不到升級(jí)。
為了提高用戶界面和通信能力，早在80年代UPS的設(shè)計(jì)者們就將目光轉(zhuǎn)向了微處理器。當(dāng)通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器把微處理器連接到模擬控制系統(tǒng)時(shí)，它便能夠采集操作數(shù)據(jù)并且將它們傳送到數(shù)字顯示屏上。另外，微處理器的機(jī)載存儲(chǔ)器存有監(jiān)測(cè)模擬控制系統(tǒng)和控制UPS功率級(jí)操作范圍的參考值。然而，由于微處理器缺乏高頻轉(zhuǎn)換控制時(shí)所要求的計(jì)算速度，這些由微處理器輔助的UPS系統(tǒng)仍然依靠模擬運(yùn)放控制。
為了獲得對(duì)UPS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)字控制，設(shè)計(jì)者們又看中了高速的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），它能夠每秒鐘執(zhí)行大約3千萬條指令。在工作時(shí)，DSP把軟件提供的參考信號(hào)與逆變器的實(shí)際顯示值進(jìn)行比較，然后通過高速計(jì)算來產(chǎn)生PWM轉(zhuǎn)換控制的輸出值。使用DSP來取代模擬線路有許多優(yōu)點(diǎn)，其中包括不受元件老化和溫度飄移的影響而具有穩(wěn)定的系統(tǒng)參數(shù)；另外，對(duì)控制系統(tǒng)的升級(jí)可以僅通過軟件而不對(duì)硬件進(jìn)行任何改變。UPS的操作信息也能夠通過調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行遠(yuǎn)程存取，再進(jìn)行工作參數(shù)的調(diào)整以及基于軟件的維修；最后，由于DSP的自我校正和遠(yuǎn)程服務(wù)特點(diǎn)，使得維修費(fèi)用更加的低廉。
3 逆變系統(tǒng)的DSP控制及諧波校正算法
UPS系統(tǒng)的大多數(shù)電力負(fù)載都是非線性的，因此所產(chǎn)生的諧波電流必須在逆變器的輸出中進(jìn)行濾波，從而把諧波失真降低到容許的程度。DSP控制的UPS系統(tǒng)采用了軟件控制的諧波調(diào)節(jié)器，它可以動(dòng)態(tài)的適應(yīng)負(fù)載條件的變化，并且不用手動(dòng)就可以對(duì)負(fù)載諧波進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。這樣，即使在非線性負(fù)載變化的條件下，對(duì)于使用了DSP的復(fù)雜信號(hào)處理的操作，也能夠提供正弦負(fù)載電壓，同時(shí)也避免了對(duì)大規(guī)模無緣濾波器的使用。
增強(qiáng)型平衡功率（BP）UPS系統(tǒng)采用了德州儀器公司的DSP TMS320C25。BP
逆變器的DSP控制采用了諧波校正算法。如圖2所示：先對(duì)UPS脈寬調(diào)制逆變器的輸出進(jìn)行采樣，并在負(fù)反饋環(huán)路中將其轉(zhuǎn)換為有效電壓。對(duì)逆變器的實(shí)際輸出與軟件提供的有效參考值進(jìn)行比較后產(chǎn)生一個(gè)誤差電壓，將該誤差電壓通過比例積分控制來消除穩(wěn)態(tài)誤差的引入，再將其結(jié)果為誤差補(bǔ)償信號(hào)，然后從該誤差補(bǔ)償信號(hào)中減去諧波失真信號(hào)，最后將所得的結(jié)果作為PWM逆變器的輸入信號(hào)。
上面所提到的諧波失真校正信號(hào)是在負(fù)反饋回路中產(chǎn)生的。DSP在輸出電壓波形中檢測(cè)諧波失真信號(hào)，并確定諧波元件實(shí)部和虛部的幅值。此過程是用來消除5次諧波的，但是如果諧波頻率低于采樣頻率的一半時(shí)，該諧波也會(huì)以同樣的過程被消除。
圖2 DSP控制的UPS系統(tǒng)方框圖
然后在比例積分補(bǔ)償器中應(yīng)用振幅元件來產(chǎn)生諧波失真校正信號(hào)，它基本上消除了輸出波形的諧波失真。再從誤差補(bǔ)償信號(hào)中減去合成的諧波失真校正信號(hào)，將其結(jié)果輸入PWM逆變器，從而產(chǎn)生一個(gè)基本上沒有諧波失真的輸出電壓波形。DSP控制的逆變器和諧波調(diào)節(jié)器能夠在變化的非線性負(fù)載條件下工作以提供正弦負(fù)載電壓。
評(píng)論