自動(dòng)化畢業(yè)論文基于瞬時(shí)無功功率理論諧波檢測的建模與仿真

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　基于瞬時(shí)無功功率理論諧波檢測的建模與仿真</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級

2、 自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p&

3、gt;<p>　　學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明</p><p>　　本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學(xué)位申請的論文或成果。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。</p><p>

4、;　　作者簽名： 日期：</p><p>　　學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p><p>　　本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和

5、匯編本學(xué)位論文。</p><p>　　作者簽名： 日期：</p><p>　　導(dǎo)師簽名： 日期：</p><p>　　基于瞬時(shí)無功功率理論諧波檢測的建模與仿真</p><p>　　摘要：電力系統(tǒng)中的諧波嚴(yán)重影響供電質(zhì)量，對諧波問題進(jìn)行研究具有很重要的

6、意義。近年來,電力系統(tǒng)的諧波問題越來越受到重視。</p><p>　　本文主要進(jìn)行基于DSP的有源電力濾波器設(shè)計(jì)。文中先是闡述了基于瞬時(shí)無功功率理論的、運(yùn)算方式和改進(jìn)型、運(yùn)算方式的諧波電流檢測方法。通過仿真比較、運(yùn)算方式和改進(jìn)型、檢測方法的檢測性能，討論高、低通濾波器對、運(yùn)算方式檢測結(jié)果的影響。</p><p>　　有源濾波器充當(dāng)改善供電質(zhì)量的一項(xiàng)必備技術(shù)，在很多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)有了越來越廣泛

7、的應(yīng)用，文中簡要分析了并聯(lián)型有源電力濾波器的系統(tǒng)控制。而隨著DSP性能的不斷改進(jìn)，用DSP進(jìn)行實(shí)時(shí)處理已成為一個(gè)新熱點(diǎn)，采用DSP來控制有源電力濾波器逐漸成為一種趨勢。本次設(shè)計(jì)中使用TMS320F2812芯片實(shí)現(xiàn)有源濾波器的數(shù)字化控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：瞬時(shí)無功功率 有源濾波器 諧波測量 Matlab仿真 Dsp</p><p><b>　　指

8、導(dǎo)老師簽字：</b></p><p>　　Modeling and simulation instantaneous reactive power theory of Harmonic detection </p><p>　　Abstract: The power system harmonics seriously affect power quality, harmoni

9、cs study the issue has very important significance . In recent years, the problem of power system harmonics and more attention .</p><p>　　This paper mainly APF DSP -based design . First introduced based on i

10、nstantaneous reactive power theory , computation methods and improved harmonic current detection method calculation methods . Through simulation, calculation methods and improved detection performance , detection methods

11、 , discussion of high and low pass filter , the operation mode of test results .</p><p>　　Active power filter to improve the quality of power supply as a key technology in many developed countries has been i

12、ncreasingly widely used , the paper briefly analyzes the system control Shunt Active Power Filter. With the continuous improvement of DSP performance , real-time processing with DSP has become a new hot spot , using the

13、DSP to control active power filter is becoming a trend. The design uses TMS320F2812 chip digital control of active power filter.</p><p>　　Keywords : instantaneous reactive power active filter,harmonic measur

14、ement,Matlab simulation,Dsp</p><p>　　Signature of Supervisor:</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　2 諧波基本理論與抑制方法</p><p&

15、gt;　　2.1 諧波的基本概念3</p><p>　　2.2 諧波的產(chǎn)生及其危害5</p><p>　　2.3 諧波抑制方法5</p><p>　　3 基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波電流檢測及仿真</p><p>　　3.1 瞬時(shí)無功功率理論概述7</p><p>　　3.2 、運(yùn)算方式7</p>

16、<p>　　3.3 一種改進(jìn)型、諧波電流檢測方法9</p><p>　　3.4 仿真分析與比較11</p><p>　　3.4.1 電網(wǎng)電壓對稱有畸變11</p><p>　　3.4.2 電網(wǎng)電壓不對稱12</p><p>　　3.4.3 三相電流中有零序電流時(shí)利用低、高通濾波器（LPF、HPF）的影響.13</

17、p><p>　　3.4.4 改進(jìn)型、檢測方法和傳統(tǒng)、運(yùn)算方式14</p><p>　　3.4.5 改進(jìn)型、檢測方法用于單相電路15</p><p><b>　　3.5 小結(jié)16</b></p><p>　　4 并聯(lián)型有源電力濾波器系統(tǒng)控制及仿真</p><p><b>　　4.1 引

18、言17</b></p><p>　　4.2 電流跟蹤控制17</p><p>　　4.2.1 三角載波控制17</p><p>　　4.2.2 滯環(huán)比較控制18</p><p>　　4.3 直流側(cè)電壓控制18</p><p>　　4.4 系統(tǒng)仿真及結(jié)論19</p><p>

19、;<b>　　4.5 小結(jié)23</b></p><p>　　5 基于DSP的有源濾波器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.1 引言24</b></p><p>　　5.2 總體設(shè)計(jì)思想24</p><p>　　5.3 硬件設(shè)計(jì)25</p><p>　　5.

20、3.1主電路25</p><p>　　5.3.2控制電路26</p><p>　　5.4 軟件實(shí)現(xiàn)28</p><p>　　5.4.1 主程序28</p><p>　　5.4.2 中斷服務(wù)子程序30</p><p>　　5.4.3 諧波電流的檢測32</p><p>　　5.4.4

21、PWM波的產(chǎn)生32</p><p>　　5.4.5 程序編寫和調(diào)試過程中需注意的問題33</p><p><b>　　5.5小結(jié)34</b></p><p><b>　　6 結(jié)論35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p>&

22、lt;p>　　致謝..................................................................37</p><p>　　基于瞬時(shí)無功功率理論諧波檢測的建模與仿真</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　“諧波”這詞起源聲學(xué)。關(guān)于諧波的數(shù)學(xué)分析于18世紀(jì)和19

23、世紀(jì)已經(jīng)奠定了良好基礎(chǔ)。傅立葉等人提出的諧波分析方法至今仍很大程度上應(yīng)用。</p><p>　　電力系統(tǒng)中的諧波問題最早20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的注意，在20世紀(jì)50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)（HVDC）的發(fā)展，當(dāng)時(shí)的研究人員發(fā)表大量和變流器引起電力系統(tǒng)中的諧波問題有關(guān)的論文。70年代以來，因?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)的快速發(fā)展，各種各樣的電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中越來越廣泛應(yīng)用，來自

24、諧波造成的危害也越來越嚴(yán)重。世界各國都對諧波問題投入比較多的關(guān)注。國際上召開了多次和諧波問題有關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議，蠻多國家和國際學(xué)術(shù)組織都制定了標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定來限定電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備中的諧波。而我們國家對諧波問題研究起步較晚。</p><p>　　諧波研究的意義，首先諧波所帶來的危害非常嚴(yán)重。諧波可以讓電能的產(chǎn)生、運(yùn)輸和利用效率變低，讓電力設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并讓絕緣老化，讓壽命縮短，甚至發(fā)生故障或者燒毀。諧波可

25、以使系統(tǒng)局部并聯(lián)或串聯(lián)諧振，讓諧波量放大，使電容器等設(shè)備被燒毀。諧波還能夠使繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置發(fā)生錯(cuò)誤的動(dòng)作，讓電能計(jì)量產(chǎn)生混亂。而在電力系統(tǒng)外部，諧波可以使通訊設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重干擾。</p><p>　　諧波研究的意義，在于其對電力電子技術(shù)自身未來發(fā)展所造成的影響。電力電子技術(shù)是未來科學(xué)技術(shù)長遠(yuǎn)發(fā)展的重大的技術(shù)支柱。電力電子裝置出現(xiàn)的諧波污染已經(jīng)成了阻礙電力電子技術(shù)發(fā)展的主要技術(shù)障礙，這促使該領(lǐng)域的研究

26、人員必須能夠?qū)@問題進(jìn)行更有效的技術(shù)層面上的研究。</p><p>　　諧波研究的意義，更是從環(huán)保問題上即“綠色”生態(tài)環(huán)境層面上來認(rèn)識(shí)。而在電力系統(tǒng)中，無諧波是“綠色”的主要環(huán)保標(biāo)志之一。而電力電子這個(gè)研究方面，對于實(shí)施環(huán)保電力電子呼聲也是十分高漲。目前，對諧波污染問題的治理是我們今后必須要解決的問題。</p><p>　　和諧波問題有關(guān)的可以劃分為以下四個(gè)層次：</p>&

27、lt;p>　?。?）諧波功率定義和功率理論的探究；</p><p>　?。?）諧波分析以及諧波影響和危害的分析；</p><p>　?。?）諧波抑制和補(bǔ)償；</p><p>　?。?）和諧波相關(guān)的測量問題和限制諧波標(biāo)準(zhǔn)的探究。</p><p>　　當(dāng)電壓和電流中含有諧波時(shí)，怎么樣來定義各種功率是比較難解決的問題。怎么樣讓定義科學(xué)比較緊湊

28、，又能讓各種工程及管理上可以比較方便，還是有蠻多問題需要我們來探究。瞬時(shí)無功功率理論將傳統(tǒng)三相電路功率理論中的正弦信號(hào)有效值、初相角、有功功率和無功功率突破時(shí)間平均值概念而引申為瞬時(shí)量，不但可以用在正弦波，也能夠用在非正弦波和全部過渡過程的情況。傳統(tǒng)的無功功率理論是被包括在瞬時(shí)無功功率其中的，而傳統(tǒng)理論是比較狹窄的適用范圍。</p><p>　　諧波分析包括諧波源分析和電力系統(tǒng)諧波分析。在電力電子裝置普及以前變壓

29、器是主要的諧波源。目前電壓器諧波的地位已然降低，最大的諧波源是許許多多電力電子裝置。在其諧波分析中還不能充分的研究電容濾波整流電路。</p><p>　　電力系統(tǒng)中重要的依據(jù)是諧波實(shí)測結(jié)果，它是研究和分析諧波問題的起始點(diǎn)。因?yàn)殡娮蛹夹g(shù)，尤其是數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有非常多的儀器可以對諧波連續(xù)的測量，給出相關(guān)的信息。但怎么樣合理的選擇采樣時(shí)間、測量中間隔及測量的點(diǎn)，我們還需要研究怎么樣解決波形瞬態(tài)和閃變的問題。&

30、lt;/p><p>　　通過制定新的諧波標(biāo)準(zhǔn)是解決諧波問題的重要措施。許多國家已經(jīng)都擬定了限制諧波的國家規(guī)定。我國于1984年和1993年分別擬定了。這樣，全球范圍的人開始環(huán)境保護(hù)的熱潮。電力系統(tǒng)是一種我們生存的環(huán)境，它也是可以被污染的，最嚴(yán)重的污染是公用電網(wǎng)中所產(chǎn)生的諧波電流和電壓。電力電子裝置是公用電網(wǎng)中關(guān)鍵諧波源，由于電力電子裝置越來越廣泛的使用，電網(wǎng)中的污染問題越來越嚴(yán)重，影響供電質(zhì)量。</p>

31、<p>　　電力系統(tǒng)的諧波問題是與電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)、電氣自動(dòng)化技術(shù)、理論電工領(lǐng)域相關(guān)聯(lián)的。由于電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，使得電力系統(tǒng)中的諧波問題引起人們越來越多的關(guān)注。也正因?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)的快速發(fā)展，在諧波抑制方面也獲得比較重大進(jìn)步。本文主要討論并重點(diǎn)介紹基于瞬時(shí)無功功率理論的改進(jìn)型、諧波電流檢測方法，通過有源電力濾波器系統(tǒng)抑制諧波電流，并簡單介紹利用TMS320F2812實(shí)現(xiàn)有源電力濾波器的數(shù)字化控制。</p

32、><p>　　2 諧波基本理論與抑制方法</p><p>　　2.1 諧波的基本概念</p><p>　　在供電系統(tǒng)中，交流電壓和交流電流希望表示成正弦波形。正弦電壓可表示為: </p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 U —電壓有效

33、值；</p><p><b>　　α—初相角；</b></p><p>　　ω— 角頻率，ω=2π?=2π/T;</p><p><b>　　? —頻率；</b></p><p><b>　　Т—周期。</b></p><p>　　正弦電壓施加在線性無源

34、原件電阻、電感和電容上，電流為比例、積分和微分關(guān)系，電壓也為比例、積分和微分關(guān)系，仍然為同頻率的正弦波。但施加在非線性電路上時(shí)，非正弦電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，也會(huì)使電壓波形變成非正弦波。當(dāng)然，非正弦電壓施加在線性電路上時(shí)，電流也變成非正弦波。對于周期為T=2π/ω的非正弦電壓u(ωt)，一般滿足狄里赫利條件，可分解為如下形式的傅立葉級數(shù)：</p><p><b>　?。?-2）</b>&l

35、t;/p><p><b>　　式中</b></p><p>　?。╪=1,2,3,……）</p><p><b>　　或</b></p><p>　　（2-3） </p><p>　　式中，、和、的關(guān)系為</p>&

36、lt;p>　　在式（2-2）或式（2-3）的傅立葉級數(shù)中，頻率為1/T的分量稱為基波，頻率為大于1整數(shù)倍基波頻率的分量叫諧波，諧波次數(shù)為諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比。以上所有以非正弦電壓為例，同樣適用非正弦電流的情況，把u(wt)轉(zhuǎn)成i(wt)就可以了。</p><p>　　N次諧波電壓含有率以HR（Harmonic Ratio ）表示。</p><p>　　HR= ×100

37、% （2-4） </p><p>　　式中 —第n次諧波電壓有效值（方均根值）；</p><p><b>　　—基波電壓有效值。</b></p><p>　　N次諧波電流含有率以HR表示。</p><p>　　HR= 

38、15;100% （2-5） </p><p>　　式中 —第n次諧波電流有效值；</p><p><b>　　—基波電流有效值。</b></p><p>　　諧波電壓含量和諧波電流含量分別定義為</p><p>　　（2

39、-6） </p><p>　　電壓諧波總畸變率TH（total harmonic distortion）和電流諧波總畸變率TH分別定義為 </p><p><b>　　（2-8）</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　剛剛說了諧

40、波及與諧波相關(guān)基本概念。看得出，諧波是一個(gè)周期電氣量中頻率大于1整數(shù)倍基波頻率的正弦波分量。因?yàn)橹C波頻率高于基波頻率，所以把諧波也叫做高次諧波。在本文中稱諧波中頻率叫高者為高次諧波，頻率較低者為低次諧波。</p><p>　　諧波次數(shù)n一定是大于1的正整數(shù)。當(dāng)n為非整數(shù)的正弦分量出現(xiàn)時(shí)，被分析的電氣量已不是周期為T的電氣量了。但在特殊場合下，供用電系統(tǒng)中的確有一些頻率非整數(shù)倍基波頻率的分?jǐn)?shù)次波[2]。</p

41、><p>　　2.2 諧波的產(chǎn)生及其危害</p><p>　　電力系統(tǒng)產(chǎn)生諧波電流主要是變壓器的空載電流、可控硅控制元件、可控硅控制的電容器、電抗器等。但是，電力系統(tǒng)諧波更重大來源是各式各樣非線性負(fù)荷用戶。如：冶金、化工、礦山部門大量使用的整流設(shè)備；變頻調(diào)速裝置的大量使用；交流單相整流供電的機(jī)車、各種電氣拖動(dòng)和調(diào)節(jié)設(shè)備以及家用電器等。此外，大量使用電弧和硅鐵爐、高頻爐等也是非線性電力負(fù)荷。這些

42、用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流注入電網(wǎng)，使系統(tǒng)各處電壓產(chǎn)生諧波分量，造成了對電網(wǎng)的“諧波污染”。它和功率因數(shù)降低、電磁干擾被叫做威脅電力系統(tǒng)的三大“電力公害”。因此，不少國家和國際學(xué)術(shù)組織都制訂了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。國際電工委員會(huì)制定了IEC-1000-3-2、IEC-1000-3-6標(biāo)準(zhǔn)。我國原水利電力部于1984年制定了《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》，國家技術(shù)監(jiān)督局在1993年頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93《電

43、能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)主要對電壓總諧波畸變率和注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值做出規(guī)定。</p><p>　　諧波的危害非常嚴(yán)重，基本上有以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1.使元件出現(xiàn)多余的諧波損耗，使發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率變低。</p><p>　　2.影響各種電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。</p><p>　　3.讓局部的并聯(lián)諧振和

44、串聯(lián)諧振出現(xiàn)，因此讓諧波放大，這樣使上述的危害劇增。</p><p>　　4.使繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置發(fā)生錯(cuò)誤的動(dòng)作，并且讓電氣測量儀表計(jì)量不準(zhǔn)確。</p><p>　　5.干擾鄰近的通信系統(tǒng)，產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，甚至讓通信系統(tǒng)難以工作正常。</p><p>　　2.3 諧波抑制方法</p><p>　　治理諧波污染問題的基本想法有兩點(diǎn)：一點(diǎn)

45、是用補(bǔ)償相應(yīng)的諧波，這種方法適用各種諧波；另一點(diǎn)是改造裝置，讓諧波不會(huì)產(chǎn)生，并且功率因數(shù)為1，這當(dāng)然只使用于作為主要諧波源的電力電子裝置。</p><p>　　采用傳統(tǒng)法LC調(diào)諧濾波器來補(bǔ)償諧波，該方法對諧波能夠進(jìn)行補(bǔ)償又對無功功率補(bǔ)償，有著簡單結(jié)構(gòu)，所以越來越受用。缺點(diǎn)為電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)對其補(bǔ)償特性進(jìn)行干擾，容易并聯(lián)諧振，放大諧波，讓LC濾波器產(chǎn)生過載或者燒毀。此外，僅局限于對固定諧波進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償效果也不是

46、很好。即便這樣，LC濾波器仍然是最好的補(bǔ)償方法。</p><p>　　目前，利用有源電力濾波器(Active Power Filter APF)是諧波抑制主流。有源電力濾波器也是一種電力電子裝置，其基本思想在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)形成，由于多方面技術(shù)不成熟，80年代以后才得以迅速發(fā)展[2]。</p><p>　　3 基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波電流檢測及仿真</p><

47、p>　　3.1 瞬時(shí)無功功率理論概述</p><p>　　傳統(tǒng)理論中的有功功率、無功功率等全部基于平均值基礎(chǔ)或相量上定義的，在電壓、電流均為正弦波情況下成立，最初的理論稱為理論。此后，該理論經(jīng)不斷研究逐漸完善。</p><p>　　基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波檢測方法將檢測出的基波電流和負(fù)載電流相減，得到全部諧波電流并對其進(jìn)行補(bǔ)償。、運(yùn)算方式是采用的，本文還介紹了一種改進(jìn)型、諧波電流檢

48、測方法。</p><p><b>　　3.2 、運(yùn)算方式</b></p><p>　　該檢測方法的框圖如圖3.2.1所示。圖中，和分別是與同相位的正弦和對應(yīng)的余弦信號(hào)。PLL是獲得的鎖相環(huán)電路。分別是的直流分量，。</p><p>　　圖3.2.1 、運(yùn)算方式的原理圖</p><p>　　用這種運(yùn)算方式時(shí)，作以下幾點(diǎn)說

49、明：</p><p>　　需同時(shí)檢測出電流的諧波和無功分量時(shí)，只需斷開圖3.2.1中計(jì)算的通道。就檢測無功電流時(shí)，只對進(jìn)行反變換。</p><p>　　只取、參與運(yùn)算，檢測結(jié)果不受電壓波形畸變的影響。電網(wǎng)電壓不對稱時(shí)，正余弦信號(hào)的相位偏差不影響諧波的最終檢測結(jié)果。</p><p>　　在三相三線制情況下，這種方法可以檢測出不對稱三相電流的諧波和基波負(fù)序分量之和。&l

50、t;/p><p>　　三相四線情況下，如果采用低通濾波器，這種方法仍然可以正確檢測出對稱三相電流的諧波和無功分量。如果用高通濾波器，則需要對這種運(yùn)算方式作一些改進(jìn)。這種情況在實(shí)際建模和仿真時(shí)容易被忽視，以下作詳細(xì)說明。</p><p>　　三相四線電路中，三相電流、、中都包含零序分量，設(shè)，，，則，經(jīng)3/2變換后：</p><p><b>　　(3.2.1)&l

51、t;/b></p><p><b>　　進(jìn)一步運(yùn)算后得出：</b></p><p><b>　　(3.2.2)</b></p><p>　　由式(3.2.1)和(3.2.2)可知，三相電流經(jīng)過3/2變換后，已經(jīng)將其中零序電流的影響消除了。這樣，經(jīng)過變換后的電流、對應(yīng)于不含零序電流的三個(gè)電流、、。LPF濾波時(shí)，、經(jīng)反變

52、換后對應(yīng)基波電流成分，所以它與原被檢測電流相減后得到的諧波電流必然也含有高頻（頻率為被檢測電流的3倍）零序諧波電流，即可得到正確結(jié)果。而采用HPF濾波時(shí)，、的交流分量、經(jīng)反變換后對應(yīng)不含零序電流成分的諧波分量，從而使直接檢測到的諧波電流結(jié)果中不含原電流中的零序諧波電流分量，不能得到正確結(jié)果。</p><p>　　對于采用HPF的諧波電流檢測電路，要得到正確的檢測結(jié)果，必須作適當(dāng)改進(jìn)，即在其檢測結(jié)果中加入零序電流分

53、量，如圖3.2.2所示。</p><p>　　圖3.2.2 使用HPF的諧波電流檢測原理圖</p><p>　　不難看出，省去通道中的高通濾波器，直接對進(jìn)行反變換而通道保持不變可以同時(shí)檢測出畸變電流中的諧波和無功分量。</p><p>　　3.3 一種改進(jìn)型、諧波電流檢測方法</p><p>　　以上兩種運(yùn)算方式中，濾波器的截止頻率、階數(shù)和

54、類型都影響檢測電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。即使采用在檢測效果上有明顯優(yōu)勢的低通濾波器，其檢測環(huán)節(jié)的延時(shí)也有1電源周期左右（后面的仿真將詳細(xì)討論），因此很難采用閉環(huán)的電流控制方案，從而影響了APF的補(bǔ)償性能。</p><p>　　針對以上問題，本文介紹了一種基于改進(jìn)型、運(yùn)算方式的諧波電流檢測方法。該方法用簡單的積分、延時(shí)和增益環(huán)節(jié)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的低通濾波器，延時(shí)減少到1/6個(gè)電源周期。設(shè)對稱的三相負(fù)載電流為：</p>

55、<p><b>　?。?.3.1)</b></p><p>　　經(jīng)過傅立葉分解，有：</p><p><b>　　（3.3.2）</b></p><p><b>　　式(3.3.2)中</b></p><p><b>　　——電源角頻率；</b>

56、;</p><p>　　——各次電流對應(yīng)的有效值和初相角，其中為非負(fù)整數(shù)。</p><p>　　將三相電流變換至、兩相：</p><p><b>　　(3.3.3)</b></p><p><b>　　據(jù)此可求出、為</b></p><p><b>　　(3.3.4

57、)</b></p><p>　　從式(3.3.4)中可以看出、中除直流分量外，交流分量的周期為電源周期的1/6，即交流分量在1/6個(gè)電源周期內(nèi)平均值為0。通過這種平均值算法得到的剩余量就是和的直流分量和，如圖3.3.1。</p><p>　　圖3.3.1 改進(jìn)方法中獲得和的示意圖</p><p>　　圖3.3.1中，T為電源周期。由圖可知，簡單的積分、延

58、時(shí)加增益環(huán)節(jié)相當(dāng)于傳統(tǒng)的低通濾波器，檢測方法的延時(shí)減少到1/6個(gè)電源周期。如果需要同時(shí)補(bǔ)償諧波和無功分量，只需要檢測出。</p><p>　　這里需指出，式(3.3.1)中只要求三相電流對稱，其中是否包含零序分量不要求，由于方法響應(yīng)快速性，在單相電路中也能應(yīng)用，關(guān)鍵是對三相電流的構(gòu)造，如圖3.3.2所示：</p><p>　　圖3.3.2 用于單相電路的改進(jìn)型諧波電流檢測方法</p

59、><p>　　圖3.3.2中，為單相電流的瞬時(shí)值，T為電源周期。單相構(gòu)造三相，有2T/3的構(gòu)造延時(shí)，加上檢測方法T/6的延時(shí)，改進(jìn)型方法用于單相電路時(shí)總的延時(shí)為5T/6。</p><p>　　總結(jié)起來，這種改進(jìn)型諧波電流檢測方法優(yōu)點(diǎn)如下：</p><p>　　1.檢測方法簡單易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.能在單相、三相三線、三相四線電路和三相

60、不平衡負(fù)載電路應(yīng)用。</p><p><b>　　3.檢測延時(shí)小。</b></p><p>　　4.區(qū)別于傳統(tǒng)方法，改進(jìn)型方法能夠快速準(zhǔn)確地檢測出每相的諧波和無功電流。</p><p>　　3.4 仿真分析與比較</p><p>　　以下針對上述兩種方法的一些重要特點(diǎn)進(jìn)行仿真，并對結(jié)果進(jìn)行比較分析。沒作特別說明的仿真都基

61、于a相。</p><p>　　3.4.1 電網(wǎng)電壓對稱有畸變</p><p>　　電壓和電流波形分別如圖3.4.1和圖3.4.2所示。</p><p>　　圖3.4.1 有畸變的電網(wǎng)電壓波形 圖3.4.2 電流波形</p><p>　　三種方法檢測到的基波有功電流、諧波和無功電流之和如下列各圖：</p>

62、;<p>　　圖3.4.3 、方式得到的基波有功電流 圖3.4.4 、方式得到的諧波和無功電流 </p><p>　　圖3.4.5 改進(jìn)型、方法 圖3.4.6改進(jìn)型、方法</p><p>　　得到的基波有功電流 得到的諧波和無功電流功電流</p>&l

63、t;p>　　以上仿真結(jié)果表明：當(dāng)電網(wǎng)電壓有畸變時(shí)， 、方式和改進(jìn)型、方法由于使用PLL電路，不會(huì)出現(xiàn)畸變電壓的諧波成分，因而檢測結(jié)果不受影響。</p><p>　　3.4.2 電網(wǎng)電壓不對稱</p><p>　　三相電壓波形如圖3.4.7，a相電流波形仍如圖3.4.2所示。</p><p>　　圖3.4.7 不對稱三相電壓波形</p><

64、p>　　三種方法檢測到的基波和諧波電流如下列各圖：</p><p>　　圖3.4.8 、方式得到的基波電流 圖3.4.9 、方式得到的諧波電流</p><p>　　圖3.4.10 改進(jìn)型、方法得到的基波電流 圖3.4.11 改進(jìn)型、方式得到的諧波電流</p><p>　　以上仿真結(jié)果表明：三相電網(wǎng)電壓不對稱時(shí)，使用、方式及改進(jìn)型、方法時(shí)，即便實(shí)際值與

65、期望值之間有相位差，最終檢測結(jié)果也不會(huì)有影響。</p><p>　　3.4.3 三相電流中有零序電流時(shí)，利用低、高通濾波器（LPF、HPF）的影響</p><p>　　電壓、a相電流及零序電流波形如圖3.4.2和圖3.4.12所示。這里采用截止頻率為20Hz的2階Butterworth低通濾波器和截止頻率為20Hz的2階Butterworth高通濾波器。用LPF、用HPF且無零序補(bǔ)償和用H

66、PF且有零序補(bǔ)償（參見圖3.4.2）的檢測結(jié)果分別如圖3.4.13、3.4.14和3.4.15所示。</p><p>　　圖3.4.12 a相電流及零序電流 圖3.4.13 用LPF得到的諧波電流</p><p>　　圖3.4.14 用HPF無零序補(bǔ)償?shù)玫降闹C波電流 圖3.4.15 用HPF有零序補(bǔ)償?shù)玫降闹C波電流

67、 </p><p>　　由上述仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)電流中存在零序分量時(shí)，對于采用LPF的諧波電流檢測電路，檢測結(jié)果不受影響。但如果采用HPF，要得到正確的結(jié)果，必須作適當(dāng)改進(jìn)，即在其檢測結(jié)果中加入零序電流分量進(jìn)行補(bǔ)償（如圖3.4.2）。</p><p>　　3.4.4 改進(jìn)型、檢測方法和傳統(tǒng)、運(yùn)算方式</p><p>　　電壓

68、波形如圖3.4.2所示。圖3.4.2和3.4.18中，il表示a相負(fù)載電流，i1p表示基波有功電流。傳統(tǒng)、方式中的LPF采用2階Butterworth低通濾波器，截止頻率為20Hz。</p><p>　　圖3.4.16 、方式得到的基波有功電流 圖3.4.17 、方式得到的諧波和無功電流 </p><p>　　圖3.4.18 改

69、進(jìn)型、方法 圖3.4.19 改進(jìn)型、方法</p><p>　　得到的基波有功電流 得到的諧波和無功電流</p><p>　　可以看出：改進(jìn)型、方法的檢測延時(shí)小。剛剛得出：對于對稱三相電流，改進(jìn)型、方法的檢測延時(shí)為1/6個(gè)電源周期。</p><p>　　3.4.5 改進(jìn)型、檢測方法用于單相電路</p><p&

70、gt;　　電壓波形如圖3.4.2所示。圖3.4.20中il和i1p分別表示單相負(fù)載電流和基波有功電流。</p><p>　　圖3.4.20 單相負(fù)載電流和基波有功電流 圖3.4.21 單相諧波和無功電流之和</p><p>　　可見，將改進(jìn)型、方法用于單相電路諧波檢測時(shí)，由于單相構(gòu)造三相存在2T/3（T為電源周期）的構(gòu)造延時(shí)，加上檢測方法T/6的延時(shí)，檢測總的延時(shí)達(dá)到5T/6。

71、</p><p><b>　　3.5 小結(jié)</b></p><p>　　基于瞬時(shí)無功功率的諧波檢測方法，是目前國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。這種方法系統(tǒng)地定義了瞬時(shí)無功功率、瞬時(shí)有功功率等瞬時(shí)量，能夠較好地檢測出三相系統(tǒng)的諧波和無功電流。缺點(diǎn)是諧波電流檢測學(xué)院先構(gòu)建三相電路、硬件較多，并且花費(fèi)大。</p><p>　　目前, 基于瞬時(shí)無功功率的諧波檢測

72、方法應(yīng)用很廣泛，主要因?yàn)檫@種方法簡單易實(shí)現(xiàn)，能夠得到很多次諧波的信息。</p><p>　　4 并聯(lián)型有源電力濾波器系統(tǒng)控制及仿真</p><p><b>　　4.1 引言</b></p><p>　　在各種不同結(jié)構(gòu)的有源濾波器中，基于電壓源逆變器的并聯(lián)型有源電力濾波器是最普遍、也是應(yīng)用最廣泛的一種，它全面地體現(xiàn)了有源濾波器的特點(diǎn)。因此，本文

73、主要討論這種類型的有源濾波器。</p><p>　　并聯(lián)型有源電力濾波器的性能主要由指令電流的運(yùn)算(諧波和無功電流檢測)和補(bǔ)償電流的發(fā)生兩部分決定。前一章已經(jīng)討論了諧波和無功電流檢測方法，而得到指令電流信號(hào)后，需要采用適用的電流跟蹤控制策略來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)逆變器的開關(guān)信號(hào)，最終由逆變器輸出合適的補(bǔ)償電流。這一章主要討論如何根據(jù)指令電流產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流。</p><p>　　4.2 電流跟蹤控制

74、</p><p>　　目前，常用的電流跟蹤控制有三角載波控制、滯環(huán)比較控制和無差拍控制三種。這三種方法的共同之處是都利用指令電流和實(shí)際補(bǔ)償電流之間的偏差來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)逆變器的開關(guān)信號(hào)。近年來，也不斷有新的方法出現(xiàn)，如：自適應(yīng)滯環(huán)控制以及滑動(dòng)?？刂啤o源性控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。下面重點(diǎn)介紹三角載波和滯環(huán)比較兩種控制方法。</p><p>　　4.2.1 三角載波控制</p>

75、<p>　　三角載波控制是最簡單的一種控制方法。以一相的控制為例，該方法的原理如圖4.2.1所示。</p><p>　　圖4.2.1 三角載波控制方法的原理圖</p><p>　　這種方法通過將檢測環(huán)節(jié)得到的指令電流值與實(shí)際補(bǔ)償電流值之間的偏差經(jīng)放大器A之后與高頻三角載波相比較，所得到的矩形脈沖作為逆變器各開關(guān)元件的控制信號(hào)，從而在逆變器輸出端獲得合適的補(bǔ)償電流。該方法的優(yōu)

76、點(diǎn)是輸出電壓中所含諧波較少，開關(guān)頻率固定，實(shí)現(xiàn)電路簡單；缺點(diǎn)是輸出波形中含高頻畸變分量，開關(guān)損耗較大，應(yīng)用于大功率中受到限制。</p><p>　　4.2.2 滯環(huán)比較控制</p><p>　　以一相控制為例，圖4.2.2給出了滯環(huán)比較控制的原理圖。</p><p>　　圖4.2.2 滯環(huán)比較控制方法的原理圖</p><p>　　這種方法將

77、補(bǔ)償電流參考值與逆變器實(shí)際補(bǔ)償電流輸出值之差輸入到具有滯環(huán)特性的比較器，由比較器的輸出來控制開關(guān)的開合，來使逆變器輸出電流準(zhǔn)確地檢測指令電流值。與三角載波控制相比，滯環(huán)比較控制具有開關(guān)損耗小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是系統(tǒng)的開關(guān)頻率、響應(yīng)速度及電流的跟蹤精度會(huì)受滯環(huán)帶寬影響。帶寬恒定時(shí)，補(bǔ)償電流不同而導(dǎo)致開關(guān)頻率不同，使其出現(xiàn)較大的脈動(dòng)電流和開關(guān)噪聲。</p><p>　　4.3 直流側(cè)電壓控制</p>

78、<p>　　在系統(tǒng)不復(fù)雜情況下，增加對逆變器直流側(cè)電壓的控制。在檢測模塊中增加直流控制部分是這次使用的方法。</p><p>　　從能量平衡角度來講，三相電路中的有功功率看做是從電源側(cè)直接傳遞給了負(fù)載和APF。忽略APF的開關(guān)等損耗，流入APF的有功能量只使電容上的電壓發(fā)生變化，因此有功能量對逆變器直流側(cè)電壓控制。諧波檢測電路如圖4.3.1。圖中諧波的檢測利用傳統(tǒng)的、運(yùn)算方式，也可以采用改進(jìn)型、方法

79、。</p><p>　　圖4.3.1 包含直流側(cè)電壓控制的諧波檢測電路</p><p><b>　　圖中，，，。</b></p><p>　　、分別是逆變器直流側(cè)電壓的給定值和反饋值，它們差由PI調(diào)節(jié)器后得到，它加到瞬時(shí)有功電流的直流分量上，這樣讓APF的補(bǔ)償電流中存在基波有功電流分量，所以調(diào)節(jié)至給定值。</p><p&g

80、t;　　4.4 系統(tǒng)仿真及結(jié)論</p><p>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4.4.1所示。采用帶阻感負(fù)載的三相全控橋整流電路作為非線性負(fù)載。并聯(lián)型有源電力濾波器主要用來補(bǔ)償晶閘管等電子設(shè)備的諧波電流[75]，所以APF和負(fù)載采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)。圖中為電網(wǎng)中點(diǎn)，T為整流變壓器，、、為三相電網(wǎng)電壓，、、為電網(wǎng)輸入電流，、、為負(fù)載電流，、、為有源濾波器的輸出電流。，，，(交流側(cè)電感和直流側(cè)電容的取值參見2.3.3中交流側(cè)電感和直流側(cè)貯

81、能電容的選取)。</p><p>　　本文對圖4.4.1的系統(tǒng)進(jìn)行全面的仿真(對諧波和無功電流同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償)。其中，三相電源電壓頻率為50Hz，幅值經(jīng)過整流變壓器降為220V。整流電路負(fù)載，觸發(fā)導(dǎo)通角(以下的波形均基于a相)。</p><p>　　圖4.4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　開始對電流閉環(huán)跟蹤控制仿真。不加直流側(cè)電壓控制，0.06時(shí)，負(fù)載突變?yōu)椋?/p>

82、。圖4.4.2和4.4.3分別為負(fù)載電流和改進(jìn)型、方法得到的指令電流波形。由三角載波(調(diào)制波頻率5KHz)和滯環(huán)比較(滯環(huán)寬度0.2)電流跟蹤控制環(huán)節(jié)得到的補(bǔ)償電流波形如圖4.4.4和4.4.6所示，指令電流和實(shí)際補(bǔ)償電流的誤差分別如圖4.4.5和4.4.7所示。</p><p>　　圖4.4.2 負(fù)載電流波形 圖4.4.3 改進(jìn)型、方法得到的指令電流波形</p><p>

83、　　圖4.4.4 三角載波控制補(bǔ)償電流波形 圖4.4.5 三角載波控制指令電流和補(bǔ)償電流之差</p><p>　　圖4.4.6 滯環(huán)比較控制補(bǔ)償電流波形 圖4.4.7 滯環(huán)比較控制指令電流和補(bǔ)償電流之差</p><p>　　可以看出，三角載波方式和滯環(huán)比較方式都能較好的實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電流的跟蹤控制，但是兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。使用三角載波方式時(shí)，器件的開關(guān)頻率固定且載波頻率的選取和滯環(huán)寬度比起來

84、相對容易，但是電流的響應(yīng)速度慢，跟隨精度不及滯環(huán)比較方式；使用滯環(huán)比較方式(一般滯環(huán)寬度固定)時(shí)，電流跟隨誤差范圍固定，響應(yīng)速度快，但是器件的開關(guān)頻率變化。</p><p>　　其次，對直流側(cè)電壓控制進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。直流側(cè)電壓給定值為800V(直流側(cè)電壓的取值參照2.3.3中直流側(cè)電壓的確定)。補(bǔ)償0.02s開始，0.06時(shí)，負(fù)載不突變，給定值波動(dòng)到700V。圖4.4.8、4.4.9和4.4.10分別是這種情況下的

85、負(fù)載電流波形、直流側(cè)電壓波形和基于改進(jìn)型、方法得到的指令電流波形。得出，直流側(cè)電壓很快達(dá)到穩(wěn)定于給定值。對于擾動(dòng)，直流側(cè)電壓仍然比較快速達(dá)到新的穩(wěn)定值，同時(shí)檢測到的指令電流也能夠很快恢復(fù)到原來的檢測效果。</p><p>　　圖4.4.8 負(fù)載電流波形 圖4.4.9 直流側(cè)電壓波形</p><p>　　圖4.4.10 改進(jìn)型、方法得到的指令電流波形</p>&l

86、t;p>　　最后，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。其中電流檢測采用改進(jìn)型、方法。考慮系統(tǒng)的快速響應(yīng)，電流跟蹤控制采用滯環(huán)比較控制方法。補(bǔ)償0.02s開始，0.06時(shí)，負(fù)載突變?yōu)椤?.1s時(shí)，給定值由800V波動(dòng)到700V。此時(shí)，指令電流波形、實(shí)際補(bǔ)償電流波形和補(bǔ)償后電源電流波形分別如圖4.4.11、4.4.12和4.4.13所示。仿真結(jié)果表明：有源電力濾波器能實(shí)時(shí)、有效地補(bǔ)償系統(tǒng)的諧波和無功電流。加入有源濾波器后，電源電流得到有效改善。<

87、;/p><p>　　圖4.4.11 基于改進(jìn)型、方法的指令電流波形</p><p>　　圖4.4.12 基于滯環(huán)比較控制的實(shí)際補(bǔ)償電流波形</p><p>　　圖4.4.13 補(bǔ)償后電源電流波形</p><p><b>　　4.5 小結(jié)</b></p><p>　　本章對電壓型并聯(lián)有源電力濾波器

88、系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)償電流跟蹤控制和逆變器直流側(cè)電壓控制并對三角載波和滯環(huán)比較兩種電流跟蹤控制方法作相應(yīng)比較。仿真結(jié)果表明：三角載波控制使器件的開關(guān)頻率固定，滯環(huán)比較控制的精度高，快速性好。直流側(cè)電壓控制使直流側(cè)電壓很快達(dá)到并維持在給定值。對于波動(dòng)，電壓能快速達(dá)到新的穩(wěn)定值。</p><p>　　5 基于DSP的有源濾波器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.1

89、引言</b></p><p>　　隨著DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)性能的不斷改進(jìn)，用DSP進(jìn)行實(shí)時(shí)處理已成為一個(gè)新熱點(diǎn)，而采用DSP來控制有源電力濾波器逐漸成為一種趨勢。</p><p>　　本文中使用TI公司的DSP芯片TMS320F2812實(shí)現(xiàn)有源電力濾波器的數(shù)字化控制。其中DSP不僅要進(jìn)行諧波指令電流的計(jì)算，還要完成三角載波控制算法，輸出驅(qū)動(dòng)逆變器的開關(guān)控制信號(hào)。概括起來，采

90、用TMS320F2812來控制有源電力濾波器，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　運(yùn)算速度快。在最大150MHz的內(nèi)部時(shí)鐘頻率下，單周期指令執(zhí)行時(shí)間為80ns，可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的檢測和控制算法。</p><p>　　精度高。具有32位中央算術(shù)邏輯單元和專用硬件乘法器，處理能力（達(dá)到150MIPS）。</p><p>　　擁有功能強(qiáng)大豐富的片內(nèi)外設(shè)。包括優(yōu)化的

91、事件管理器模塊(EV)、12位A/D轉(zhuǎn)換器、串行外設(shè)接口模塊（SPI）、串行通信接口模塊（CSCI）及CAN控制器模塊（eCAN）等。其中用于PWM控制的事件管理器模塊有12個(gè)比較/脈寬調(diào)制(PWM)通道(其中九個(gè)相互獨(dú)立)，可用于產(chǎn)生三相六路完善的PWM信號(hào)，并且可以內(nèi)部編程設(shè)定死區(qū)時(shí)間。</p><p>　　編程容易、靈活。豐富的指令系統(tǒng)很容易進(jìn)行程序編寫、修改和升級。</p><p>

92、;　　5.2 總體設(shè)計(jì)思想</p><p>　　圖5.2.1為有源電力濾波器控制系統(tǒng)的框圖。圖中全控整流橋電路系統(tǒng)充當(dāng)非線性負(fù)載。這里，系統(tǒng)的數(shù)字化控制主要包含以下幾個(gè)方面。</p><p>　　采集非線性負(fù)載電流，送入DSP進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。通過檢測算法分離出其中的諧波分量(或是諧波和無功分量之和)。</p><p>　　圖5.2.1 有源濾波器控制系統(tǒng)框圖<

93、;/p><p>　　利用瞬時(shí)無功功率理論的方法計(jì)算指令電流過程中，所需的、等正余弦數(shù)據(jù)通過查表實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　采用合適的諧波電流檢測方法，通過軟件計(jì)算出指令電流值。</p><p>　　采用三角載波跟蹤控制方法得到驅(qū)動(dòng)主電路器件的開關(guān)信號(hào)。</p><p>　　可以看出，TMS320F2812可以A/D轉(zhuǎn)換，指令電流運(yùn)算，電流跟蹤控制

94、，最后輸出開關(guān)信號(hào)，很大程度上簡化了硬件電路。下面對系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)分別進(jìn)行介紹。</p><p><b>　　5.3 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)的硬件電路框圖如圖5.3.1所示，主要由主電路和控制電路構(gòu)成。電網(wǎng)電壓頻率50Hz，幅值經(jīng)過整流變壓器降為38V。</p><p><b>　　5.3.1主電路</

95、b></p><p>　　采用電壓型主電路。主電路中采用IGBT作為開關(guān)元件，主電路直流側(cè)電壓150V，直流側(cè)電容值選2000，交流側(cè)電感為(關(guān)于直流側(cè)電壓、電容以及交流側(cè)電感的選取參看2.3.3)。</p><p>　　圖5.3.1 系統(tǒng)硬件框圖</p><p><b>　　5.3.2控制電路</b></p><p

96、>　　有源電力濾波器系統(tǒng)的控制電路由下列幾部分組成：(1)電流采樣及轉(zhuǎn)換；(2)A/D轉(zhuǎn)換；(3)諧波電流檢測；(4)電流跟蹤控制；(5)功率驅(qū)動(dòng)。其中諧波電流檢測還可以包括直流側(cè)電壓控制；當(dāng)利用瞬時(shí)無功功率理論方法檢測諧波電流時(shí)，還需要產(chǎn)生電壓過零同步信號(hào)；(2)、(3)、(4)和直流側(cè)電壓控制可以在軟件中編程實(shí)現(xiàn)。以下介紹用模擬電路實(shí)現(xiàn)的部分。</p><p><b>　　電流采樣及轉(zhuǎn)換電路&

97、lt;/b></p><p>　　電流采樣及轉(zhuǎn)換電路如圖5.3.2所示。</p><p>　　圖5.3.2 電流采樣與轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　本系統(tǒng)電流采樣電路采用霍爾電流傳感器(LEM模塊)—LA25-NP，它可以傳感從直流到數(shù)百千赫茲頻率的信號(hào)。具有應(yīng)用范圍廣、精度高、動(dòng)態(tài)性能好、工作頻率和測量范圍寬、過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，采用霍爾電流傳感器較好對諧波

98、電流的實(shí)時(shí)檢測，使電網(wǎng)與濾波系統(tǒng)的絕緣。</p><p>　　圖5.3.2中，Rm為Hall器件所允許的測量電阻，取值160。R1取值6.8。圖中的運(yùn)放將Hall器件輸出的弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)。為防止運(yùn)放的零漂，采用ICL7650斬波自穩(wěn)零運(yùn)放。R3是一個(gè)20K的變阻器，用來獲得一個(gè)正向的2.5V的直流偏置電壓，以滿足電壓單極性的要求。C1為一個(gè)積分小電容，選300。R2和R4的阻值分別選3.3和6.8。二極管

99、D1和D2將輸出電壓限制在一定范圍內(nèi)。電容C2是一個(gè)濾波小電容，選0.1，和電阻R5構(gòu)成低通濾波器。電阻R5為限流電阻，取值270。上圖的輸出直接接至EVM板的A/D轉(zhuǎn)換引腳。C3和C4是7650正常工作時(shí)所要求的外圍器件，均取值0.1。</p><p>　　電壓過零同步信號(hào)產(chǎn)生電路</p><p>　　利用基于瞬時(shí)無功功率理論的方法計(jì)算指令電流過程中，所需的、等正余弦數(shù)據(jù)通過查表實(shí)現(xiàn)。a

100、相電壓過零同步信號(hào)即為正余弦表的復(fù)位信號(hào)。由于計(jì)算諧波和無功電流之和時(shí)需要實(shí)時(shí)獲得與電網(wǎng)電壓同步的正余弦值，而電網(wǎng)的頻率并不是嚴(yán)格的50Hz，因此需要一個(gè)過零比較器來實(shí)現(xiàn)每一個(gè)周期電壓的零點(diǎn)定位，以便正余弦表的復(fù)位。a相電壓過零同步信號(hào)產(chǎn)生電路如圖5.3.3所示。</p><p>　　圖5.3.3 a相電壓過零同步信號(hào)產(chǎn)生電路</p><p>　　運(yùn)放的輸入為經(jīng)變壓器降壓的a相電壓，經(jīng)過

101、由集成電壓比較器LM111組成的過零比較電路后輸出方波信號(hào)。由于集成電壓比較器LM111輸出為0～5V之間的電平信號(hào)，適用于DSP處理，所以輸出的方波信號(hào)直接送入DSP。DSP捕獲單元檢測到方波信號(hào)的上升沿，產(chǎn)生捕獲中斷，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序從而對正余弦表進(jìn)行復(fù)位。</p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　功率部分采用了模塊PM30CSJ060,

102、該款I(lǐng)PM采用絕緣基板工藝,內(nèi)置優(yōu)化后的柵極驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路,適合用于高頻場合。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路如圖5.3.4所示。PM1是控制板送出信號(hào),UP送入IPM驅(qū)動(dòng)腳,采用外接電容對15V電壓和UP進(jìn)行濾波。IPM故障報(bào)警電路如下所示,UFO為IPM輸出故障信號(hào),IPM故障輸出腳內(nèi)部已經(jīng)有了限流,所以光耦原邊無需限流電阻,FOUT腳直接送入DSP控制板。圖5.3.4是一相驅(qū)動(dòng)電路。</p&g

103、t;<p>　　圖5.3.4 一相驅(qū)動(dòng)電路</p><p><b>　　5.4 軟件實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　系統(tǒng)程序采取順序控制方法。相應(yīng)的軟件部分包括主程序和三個(gè)中斷服務(wù)子程序。主程序主要包含初始化子程序、諧波檢測子程序、PWM波產(chǎn)生子程序和顯示子程序。三個(gè)中斷服務(wù)子程序分別是捕獲中斷程序、定時(shí)器周期中斷程序和A/D轉(zhuǎn)換中斷程序，以下將分別

104、介紹。</p><p><b>　　5.4.1主程序</b></p><p>　　主程序主要完成系統(tǒng)初始化(如寄存器的設(shè)置、常量賦值和變量初始化等)以及調(diào)用相應(yīng)的子程序，流程如圖5.4.1所示。</p><p>　　圖5.4.1 主程序流程圖</p><p>　　其中初始化子程序隨不同的諧波檢測方法有所不同，但是原理相

105、似。圖5.4.2給出基于瞬時(shí)無功功率理論、方式的初始化子程序流程圖。其中屏蔽所有可屏蔽中斷、清除所有的中斷請求、配置B0塊到數(shù)據(jù)空間、時(shí)鐘選擇、設(shè)置看門狗寄存器并“喂狗”、設(shè)置等待狀態(tài)發(fā)生器控制寄存器是程序的一般步驟。</p><p>　　在初始化子程序中將標(biāo)志位BZ清0，在相關(guān)中斷服務(wù)程序中將BZ置1，這樣可以縮短中斷服務(wù)程序，提高程序運(yùn)行效率。常數(shù)賦值和變量初始化中的數(shù)值格式應(yīng)根據(jù)檢測方法而定。基于瞬時(shí)無功功

106、率理論的、方式中，數(shù)據(jù)采用4.12格式(Q12方式)，即1位符號(hào)位，3位整數(shù)位，12位小數(shù)位。定時(shí)器設(shè)置主要設(shè)置計(jì)數(shù)模式(連續(xù)增減計(jì)數(shù))、周期、計(jì)數(shù)初值、啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換的方式(下溢出事件啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換)等。6路PWM波形通過三個(gè)全比較單元產(chǎn)生，其初始化需要設(shè)置比較控制寄存器COMCON、動(dòng)作控制寄存器ACTR、死區(qū)控制寄存器DBTCON以及三個(gè)比較寄存器CMPRx(x=1,2,3)值。A/D轉(zhuǎn)換設(shè)置需要使能A/D轉(zhuǎn)換、允許A/D轉(zhuǎn)換中斷

107、、選擇A/D轉(zhuǎn)換通道、允許由事件管理器同步啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換以及設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換分頻系數(shù)等。注意為了確保轉(zhuǎn)換精度，需滿足條件：SYSCLK的周期分頻系數(shù)6。初始化子程序的最后允許捕獲中斷、定時(shí)器中斷和A/D轉(zhuǎn)換中斷，等待第一次捕獲中斷的到來。</p><p>　　圖5.4.2 初始化子程序流程圖</p><p>　　5.4.2 中斷服務(wù)子程序</p><p>　　基于瞬

108、時(shí)無功功率理論、方式的三個(gè)中斷服務(wù)子程序流程圖分別如圖5.4.3、5.4.4和5.4.5所示。</p><p>　　圖5.4.3 捕獲中斷服務(wù)流程圖 圖5.4.4 定時(shí)中斷服務(wù)流程圖</p><p>　　圖5.4.5 A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)子程序流程圖</p><p>　　以上是采用、運(yùn)算方式的中斷服務(wù)子程序，其它檢測方法只要作相應(yīng)的修改即可。其中保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場

109、主要是對兩個(gè)狀態(tài)寄存器(ST1和ST0)以及需要保護(hù)寄存器的操作。如需要保護(hù)累加器，保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場程序如下(AR7為初始化子程序里定義專門用于保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場的輔助寄存器)：</p><p><b>　　保護(hù)現(xiàn)場</b></p><p><b>　　LARPAR7</b></p><p>　　MAR*+,AR7</

110、p><p><b>　　SST#1,*+</b></p><p><b>　　SST#0,*+</b></p><p><b>　　SACH*+</b></p><p><b>　　SACL*+</b></p><p><

111、b>　　恢復(fù)現(xiàn)場</b></p><p><b>　　LARPAR7</b></p><p><b>　　MAR*-</b></p><p><b>　　LACC*-</b></p><p><b>　　ADD*-,16</b>&

112、lt;/p><p><b>　　LST#0,*-</b></p><p><b>　　LST#1,*-</b></p><p>　　在捕獲中斷服務(wù)子程序里將正余弦表指針復(fù)位并啟動(dòng)定時(shí)器。定時(shí)器周期設(shè)為200。在定時(shí)中斷服務(wù)子程序里求取的值。A/D轉(zhuǎn)換中斷由定時(shí)器下溢出事件啟動(dòng)，整個(gè)轉(zhuǎn)換過程由TMS320F240芯片自帶的兩

113、個(gè)獨(dú)立10位A/D轉(zhuǎn)換器完成，只需在A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)子程序中將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出。先讀取A/D轉(zhuǎn)換控制寄存器ADCTRL2的ADCFIFO1與ADCFIFO2，要注意轉(zhuǎn)換結(jié)果放在結(jié)果寄存器的高10位上，需要通過正確移位最終得到轉(zhuǎn)換后兩相電流的值。</p><p>　　5.4.3 諧波電流的檢測</p><p>　　第三章中，討論了基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波電流檢測方法。以下簡要討論、運(yùn)算方式進(jìn)

114、行編程時(shí)的關(guān)鍵問題。</p><p>　　用、檢測方法時(shí)，低通濾波器的選擇和實(shí)現(xiàn)是關(guān)鍵。本文中濾波器選擇Butterworth二階低通濾波器，其傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　　(5.4.1)</b></p><p>　　三相電流經(jīng)過3/2變換和p/q變換后得到，再經(jīng)過低通濾波器，得到對應(yīng)的直流分量。采樣周期較小時(shí)，利用后向差分，得到下