程海嬰

（阜新礦務(wù)局職工大學(xué)專(zhuān)業(yè)部，遼寧 阜新 123000）

1 前言

近年來(lái)，非線(xiàn)性負(fù)荷的廣泛應(yīng)用對(duì)供電質(zhì)量造成了嚴(yán)重污染，電力系統(tǒng)中的諧波日益嚴(yán)重，同時(shí)保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，為用戶(hù)提供高質(zhì)量的電能的要求越來(lái)越高。有源電力濾波器作為抑制諧波的有效手段得到了廣泛的重視并取得了很大的發(fā)展[1]。

有源濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。有源電力濾波器的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)任意波形發(fā)生器。通過(guò)一定的算法檢測(cè)到負(fù)荷側(cè)的諧波電流，就發(fā)出相應(yīng)的補(bǔ)償電流，從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。?jīng)補(bǔ)償后系統(tǒng)電流is將接近理想的正弦波。主要有三個(gè)部分構(gòu)成：諧波電流檢測(cè)回路、控制回路和PWM逆變器。其中，諧波電流檢測(cè)回路和控制回路是有源濾波器的關(guān)鍵部分。實(shí)時(shí)、精確地檢測(cè)出負(fù)荷電流中的諧波成分，并且實(shí)時(shí)、可靠地控制高頻逆變器的開(kāi)關(guān)工作是保證有源濾波器補(bǔ)償效果和精度的關(guān)鍵。

圖1 并聯(lián)型有源濾波器原理圖

2 并聯(lián)有源濾波器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

控制系統(tǒng)是并聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的核心。本文采用以DSP為核心控制器的全數(shù)字控制方案?？刂葡到y(tǒng)檢測(cè)主電路的電壓或電流信號(hào)，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算，產(chǎn)生占空比變化的脈動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)變流器中的開(kāi)關(guān)器件動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖如圖（2）所示。

其工作原理為：系統(tǒng)通過(guò)電壓傳感器采到電網(wǎng)電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)電壓過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)送往DSP的外部中斷，作為APF的同步信號(hào)；通過(guò)電流傳感器采集到電網(wǎng)電流、負(fù)載電流、補(bǔ)償電流，經(jīng)過(guò)放大環(huán)節(jié)輸入到DSP的A DC模塊；DSP芯片經(jīng)過(guò)分析采集的電流信號(hào)，檢測(cè)出諧波含量并輸出控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路放大、隔離，送往IPM模塊：IPM模塊產(chǎn)生PWM輸出信號(hào)，控制IGBT變流器；變流器產(chǎn)生指定的補(bǔ)償電流，對(duì)電網(wǎng)電流進(jìn)行補(bǔ)償。

DSP是整個(gè)數(shù)字控制系統(tǒng)的核心，本文選用TI公司的DSP芯片，采用多級(jí)流水線(xiàn)工作方式，具有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)和高速的數(shù)據(jù)處理功能，片上有豐富的外設(shè)資源，主要有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)、事件管理器模塊(EV)、串行外設(shè)接口模塊 (SPI)、串行通信接口模塊(CSCI),CAN控制器模塊(eCAN)等，快速完成整個(gè)控制方案。

圖2 并聯(lián)型有源濾波器的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 電流跟蹤控制實(shí)現(xiàn)

本文采用預(yù)測(cè)電流跟蹤控制法是一種數(shù)字化PWM控制方法。其基本思路是在開(kāi)關(guān)周期的起始處,對(duì)指令電流信號(hào)與補(bǔ)償電流信號(hào)比較的誤差信號(hào)進(jìn)行采樣,根據(jù)誤差信號(hào)的正負(fù)確定逆變器開(kāi)關(guān)器件的通斷,并分別實(shí)時(shí)檢測(cè)、計(jì)算指令電流信號(hào)和補(bǔ)償電流信號(hào)的變化率,計(jì)算在恒定的開(kāi)關(guān)周期情況下,滯環(huán)寬度及PWM占空比,由此產(chǎn)生固定頻率的PWM信號(hào)。

預(yù)測(cè)電流跟蹤控制法主要是在定時(shí)中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)。當(dāng)每次開(kāi)關(guān)周期TC定時(shí)時(shí)間到時(shí),進(jìn)入中斷服務(wù)子程序,首先判斷采樣誤差△icj的正負(fù)確定開(kāi)關(guān)模式并輸出，采用預(yù)測(cè)公式求本次開(kāi)關(guān)周期內(nèi)滿(mǎn)足固定頻率的ε,進(jìn)而利用式求占空比 (計(jì)算開(kāi)關(guān)模式輸出時(shí)間△t1j)。計(jì)算出的時(shí)間間隔 就是相應(yīng)橋臂上的脈沖信號(hào)0或1狀態(tài)在時(shí)間軸上的寬度。其中：i*1j>0，α=2；i*1j<0，a=1；vjo-uj>0，β=2；vjo-uj<0，β=1。啟動(dòng)各橋臂△t1j定時(shí),延時(shí)時(shí)間到,進(jìn)入相應(yīng)橋臂△t1j定時(shí)中斷服務(wù)程序,采樣此刻 i*cj(kT+△t1j),i*cj的采樣點(diǎn)若不在此刻,需要通過(guò)前幾個(gè)采樣點(diǎn)的值進(jìn)行擬合,求出i*cj(kT+△t1j),再計(jì)算△tcj來(lái)確定開(kāi)關(guān)模式并輸出直至開(kāi)關(guān)周期結(jié)束。預(yù)測(cè)電流跟蹤控制流程如圖3所示。

圖3 預(yù)測(cè)電流跟蹤控制法的流程

4 結(jié)論

仿真結(jié)果表明：該方法是電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)的新方法，達(dá)到了高速度、高精度的算法要求，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，完全可以達(dá)到抑制諧波的目的，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電流的諧波總畸變率由有源濾波器投入前的20.78誠(chéng)降至1.32誠(chéng)。該電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)的新方法，達(dá)到了高速度、高精度的算法要求，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，完全可以達(dá)到抑制諧波的目的。

[1]呂潤(rùn)馀.電力系統(tǒng)高次諧波[J].北京：中國(guó)電力出版社，1998.

[2]寧改娣，楊拴科.DSP控制器原理及應(yīng)用[J].北京:科學(xué)出版社，2002.

[3]王璐.基于DSP的有源濾波器研究.西南交通大學(xué)研究生學(xué)位論文2003.6.

[4]王時(shí)勝，黃偉棟，周穎.DSP在電力有源濾波器的應(yīng)用研究 [J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào)，2003.25(1):56～59.

[5]李平，劉小河.并聯(lián)有源濾波器預(yù)測(cè)電流跟蹤控制PWM技術(shù)[J].電力建設(shè).2005，5.