基于DSP的有源电力滤波控制技术研究与应用

2013-08-12 05:55张利娜马大为
河南科技 2013年11期
关键词:有源谐波滤波器

张利娜 马大为

(1.河南远程电器有限公司,河南 焦作 454150;2.河南千年冷冻设备有限公司,河南 焦作 454150)

在研究谐波抑制以及无功补偿的装置当中,有源电力滤波器被世界各国所重视,其主要原因是:其是一种比较理想的电网谐波的抑制装置。根据对有源电力滤波进行的研究,滤波器各环节可以采用模拟式进行实现,然而,模拟式的调整相对困难,对于系统的抗干扰能力也比较差。随着DSP 技术的不断发展,其具有对各种信号处理算法的优点,且结构独特。使其逐渐成为一种主流的有源电力滤波器,为获取单元,为电子装置实现数字化提供了理想的手段。本文结合模拟电力的有源电力滤波器,讨论了基于DSP 的有源电力滤波器技术控制和应用方法。

1 控制系统的结构和工作原理

图1 并联型有源滤波器的原理图

图1 所显示的是并联型的有源电力滤波器,其中e1为交流电源,负载主要为谐波源,它主要产生谐波以及对无功功率进行消耗。并联型有源电力滤波器的系统为APF 系统,其主要通过两个部分组成,分别是电流运算电路以及补偿电流发生电路。

指令电流运算电路的主要作用是通过检测补偿对象的斜坡,补偿电流的主要作用是根据相关的指令发出信号,并对逆变主电路进行控制。当作为主电路的PWM 变流器面对补偿电流的时候,其主要的作用就会变成逆变器。为了能够维持电压的恒定性,逆变器需要从电网当中吸收电力。由此看来,PWM 变流器既可以在逆变状态之下进行工作,也可以在整流状态下进行工作。

TMS320f2812 核心的APF 控制系统

图2 APF 控制系统结构

TMS320F281 是美国推出的数字信号处理器,它具有丰富的外围设备,主要包括:EV(事件管理)模块,分别是A 和B,每一个模块都拥有16 位定时器、三个捕获单元,可以用作对PWM 信号的产生、提示和保护。它具有CAN,SCI 以及SPI 的通信接口,具有快速通信的优点。除此之外,TMS320F281 拥有非常强大的控制功能,能够对数据进行强化处理,能够满足对有源滤波器控制方面的要求。

2 谐波电流的检测和补偿电流的生成

关于谐波电流的检测和控制主要分为两个部分:第一,谐波电流的检测方法。第二,补偿电流的控制策略。本文通过利用瞬时无功理论的方法(ip-iq)来实现对谐波和无功电流方面的提取,有效且准确地提高了检测的精准度。下面本文对补偿电流的生成以及谐波电流的检测进行分析。

2.1 谐波电流的检测

APF 进行精准补偿的一个重要关键点就在于,要准确地检测处多变的谐波电流。在谐波电流的检测方面,目前已经创造出了很多方法。例如:基于瞬时无功理论P—Q 法以及ip-iq法等。

但三相电压出现不对称的情况或者出现畸形的时候,需要其进行克服,则可以采用瞬时无功率理论的谐波检测方法进行检测(ip-iq)。这种方法不会受到电压变形以及不平衡的影响,并能进行精准的检测。使用这种方法进行谐波检测的过程主要有以下几个步骤:第一,使用锁相环Phase—Locked Loop 对电源进行锁相,然后得到矩阵C。通过输入电流ia,ib,ic.与矩阵C 相乘。得到直流分量。然后将直流分量进行变换就可以对谐波电流进行计算。

2.2 关于补偿电流的控制方法

补偿电流的控制方法非常重要,如何对变流器的状态进行控制是一个必须解决的问题。这就要求补偿电流发生器具有实时性的特点。目前,PWM 控制的方法主要有三种形式,分别为比较式、调制式以及无差拍控制式等。本文主要对无差拍控制式进行介绍。

无差拍控制式实际上是一种预测控制的方案。工作的原理是通过利用补偿电流的相关数值,从而能够计算出变流器的电流输出值。在每一个开关周期开始的时候,对APF 所产生电流进行采样,并对本周期的APF 补偿电流指令进行控制。这种方法能够让电流变化和误差的情况缩小,能够有利于有源电力滤波器数字化的控制。

3 采样周期的相关设置

图3 采样周期的相关设置

关于周期采样的设置,如图3 所显示,整个节奏的控制是要通过定时器来决定的。它能够为PWM 的产生提供生产基准。定时器也分为定时器1 和定时器2。其中,定时器1 主要为PWM 提供准确的时间基准。定时器2 则用于提供直流电压回路的控制基准。

4 技术的仿真实验

本系统可以对直流侧电阻进行控制,其电路的参数为:电源相电压为220V,直流侧电容为4650,直流侧给定电压为700V。其工作的效果如下:补偿电源电流的波形比较对称,且接近正弦形状,谐波的含量有所降低。通过相关的控制,直流侧电压显得比较平稳,与参考数据相接近。由此看来,采用对谐波进行检测和补偿电流进行控制,能够更好地达到滤波效果。

5 结束语

本文通过对基于DSP 有源电力滤波器控制系统的分析,提出了该系统具有速度快、精准度高、电路设计简单等优点,因而具有良好的工作性能。根据实验结果表明:ip—iq法以及无差拍控制方法对于控制系统有一定的优势,能够实现对滤波器的及时控制,并取得良好的结果。

[1]王昭,曾国宏.基于DSP 的有源电力滤波器控制系统的设计与研究[J].电力电容器.2007.28(05) .

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