基于DSP的有源电力滤波控制技术研究与应用

2013-08-12张利娜马大为

河南科技 2013年11期

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。