基于DSP的有源電力濾波控制技術研究與應用

張利娜 馬大為

(1.河南遠程電器有限公司，河南 焦作 454150;2.河南千年冷凍設備有限公司，河南 焦作 454150)

在研究諧波抑制以及無功補償?shù)难b置當中，有源電力濾波器被世界各國所重視，其主要原因是:其是一種比較理想的電網(wǎng)諧波的抑制裝置。根據(jù)對有源電力濾波進行的研究，濾波器各環(huán)節(jié)可以采用模擬式進行實現(xiàn)，然而，模擬式的調(diào)整相對困難，對于系統(tǒng)的抗干擾能力也比較差。隨著DSP 技術的不斷發(fā)展，其具有對各種信號處理算法的優(yōu)點，且結構獨特。使其逐漸成為一種主流的有源電力濾波器，為獲取單元，為電子裝置實現(xiàn)數(shù)字化提供了理想的手段。本文結合模擬電力的有源電力濾波器，討論了基于DSP 的有源電力濾波器技術控制和應用方法。

1 控制系統(tǒng)的結構和工作原理

圖1 并聯(lián)型有源濾波器的原理圖

圖1 所顯示的是并聯(lián)型的有源電力濾波器，其中e1為交流電源，負載主要為諧波源，它主要產(chǎn)生諧波以及對無功功率進行消耗。并聯(lián)型有源電力濾波器的系統(tǒng)為APF 系統(tǒng)，其主要通過兩個部分組成，分別是電流運算電路以及補償電流發(fā)生電路。

指令電流運算電路的主要作用是通過檢測補償對象的斜坡，補償電流的主要作用是根據(jù)相關的指令發(fā)出信號，并對逆變主電路進行控制。當作為主電路的PWM 變流器面對補償電流的時候，其主要的作用就會變成逆變器。為了能夠維持電壓的恒定性，逆變器需要從電網(wǎng)當中吸收電力。由此看來，PWM 變流器既可以在逆變狀態(tài)之下進行工作，也可以在整流狀態(tài)下進行工作。

TMS320f2812 核心的APF 控制系統(tǒng)

圖2 APF 控制系統(tǒng)結構

TMS320F281 是美國推出的數(shù)字信號處理器，它具有豐富的外圍設備，主要包括:EV(事件管理)模塊，分別是A 和B，每一個模塊都擁有16 位定時器、三個捕獲單元，可以用作對PWM 信號的產(chǎn)生、提示和保護。它具有CAN，SCI 以及SPI 的通信接口，具有快速通信的優(yōu)點。除此之外，TMS320F281 擁有非常強大的控制功能，能夠?qū)?shù)據(jù)進行強化處理，能夠滿足對有源濾波器控制方面的要求。

2 諧波電流的檢測和補償電流的生成

關于諧波電流的檢測和控制主要分為兩個部分:第一，諧波電流的檢測方法。第二，補償電流的控制策略。本文通過利用瞬時無功理論的方法(ip－iq)來實現(xiàn)對諧波和無功電流方面的提取，有效且準確地提高了檢測的精準度。下面本文對補償電流的生成以及諧波電流的檢測進行分析。

2.1 諧波電流的檢測

APF 進行精準補償?shù)囊粋€重要關鍵點就在于，要準確地檢測處多變的諧波電流。在諧波電流的檢測方面，目前已經(jīng)創(chuàng)造出了很多方法。例如:基于瞬時無功理論P—Q 法以及ip－iq法等。

但三相電壓出現(xiàn)不對稱的情況或者出現(xiàn)畸形的時候，需要其進行克服，則可以采用瞬時無功率理論的諧波檢測方法進行檢測(ip－iq)。這種方法不會受到電壓變形以及不平衡的影響，并能進行精準的檢測。使用這種方法進行諧波檢測的過程主要有以下幾個步驟:第一，使用鎖相環(huán)Phase—Locked Loop 對電源進行鎖相，然后得到矩陣C。通過輸入電流ia，ib，ic.與矩陣C 相乘。得到直流分量。然后將直流分量進行變換就可以對諧波電流進行計算。

2.2 關于補償電流的控制方法

補償電流的控制方法非常重要，如何對變流器的狀態(tài)進行控制是一個必須解決的問題。這就要求補償電流發(fā)生器具有實時性的特點。目前，PWM 控制的方法主要有三種形式，分別為比較式、調(diào)制式以及無差拍控制式等。本文主要對無差拍控制式進行介紹。

無差拍控制式實際上是一種預測控制的方案。工作的原理是通過利用補償電流的相關數(shù)值，從而能夠計算出變流器的電流輸出值。在每一個開關周期開始的時候，對APF 所產(chǎn)生電流進行采樣，并對本周期的APF 補償電流指令進行控制。這種方法能夠讓電流變化和誤差的情況縮小，能夠有利于有源電力濾波器數(shù)字化的控制。

3 采樣周期的相關設置

圖3 采樣周期的相關設置

關于周期采樣的設置，如圖3 所顯示，整個節(jié)奏的控制是要通過定時器來決定的。它能夠為PWM 的產(chǎn)生提供生產(chǎn)基準。定時器也分為定時器1 和定時器2。其中，定時器1 主要為PWM 提供準確的時間基準。定時器2 則用于提供直流電壓回路的控制基準。

4 技術的仿真實驗

本系統(tǒng)可以對直流側電阻進行控制，其電路的參數(shù)為:電源相電壓為220V，直流側電容為4650，直流側給定電壓為700V。其工作的效果如下:補償電源電流的波形比較對稱，且接近正弦形狀，諧波的含量有所降低。通過相關的控制，直流側電壓顯得比較平穩(wěn)，與參考數(shù)據(jù)相接近。由此看來，采用對諧波進行檢測和補償電流進行控制，能夠更好地達到濾波效果。

5 結束語

本文通過對基于DSP 有源電力濾波器控制系統(tǒng)的分析，提出了該系統(tǒng)具有速度快、精準度高、電路設計簡單等優(yōu)點，因而具有良好的工作性能。根據(jù)實驗結果表明:ip—iq法以及無差拍控制方法對于控制系統(tǒng)有一定的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)對濾波器的及時控制，并取得良好的結果。

［1］王昭，曾國宏.基于DSP 的有源電力濾波器控制系統(tǒng)的設計與研究［J］.電力電容器.2007.28(05) .