自動化畢業(yè)論文基于瞬時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、 自動化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </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（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)的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識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。文中先是闡述了基于瞬時無功功率理論的、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)時處理已成為一個新熱點(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 基于瞬時無功功率理論的諧波電流檢測及仿真</p><p>　　3.1 瞬時無功功率理論概述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</p><p><b>　　5.1 引言24</b></p><p>　　5.2 總體設(shè)計思想24</p><p>　　5.3 硬件設(shè)計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)和自動裝置發(fā)生錯誤的動作，讓電能計量產(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。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層次：</p>&

27、lt;p>　　（1）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，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。瞬時無功功率理論將傳統(tǒng)三相電路功率理論中的正弦信號有效值、初相角、有功功率和無功功率突破時間平均值概念而引申為瞬時量，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>　　（2-1）</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，非正弦電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，也會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，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>　?。?-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>　?。?

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>　?。?-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，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)和自動裝置發(fā)生錯誤的動作，并且讓電氣測量儀表計量不準(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 基于瞬時無功功率理論的諧波電流檢測及仿真</p><

47、p>　　3.1 瞬時無功功率理論概述</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。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，作以下幾點(diǎn)說

49、明：</p><p>　　需同時檢測出電流的諧波和無功分量時，只需斷開圖3.2.1中計算的通道。就檢測無功電流時，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，正余弦信號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電流、、。LPF濾波時，、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，、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、延時和增益環(huán)節(jié)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的低通濾波器，延時減少到1/6個電源周期。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，檢測方法的延時減少到1/6個電源周期。如果需要同時補(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，為單相電流的瞬時值，T為電源周期。單相構(gòu)造三相，有2T/3的構(gòu)造延時，加上檢測方法T/6的延時，改進(jìn)型方法用于單相電路時總的延時為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， 、方式和改進(jìn)型、方法由于使用PLL電路，不會出現(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，使用、方式及改進(jìn)型、方法時，即便實(shí)際值與

65、期望值之間有相位差，最終檢測結(jié)果也不會有影響。</p><p>　　3.4.3 三相電流中有零序電流時，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，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、方法的檢測延時小。剛剛得出：對于對稱三相電流，改進(jìn)型、方法的檢測延時為1/6個電源周期。</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，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，加上檢測方法T/6的延時，檢測總的延時達(dá)到5T/6。

71、</p><p><b>　　3.5 小結(jié)</b></p><p>　　基于瞬時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)地定義了瞬時無功功率、瞬時有功功率等瞬時量，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后，需要采用適用的電流跟蹤控制策略來產(chǎn)生驅(qū)動逆變器的開關(guān)信號，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)動逆變器的開關(guān)信號。近年來，也不斷有新的方法出現(xiàn)，如：自適應(yīng)滯環(huán)控制以及滑動模控制、無源性控制、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，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受滯環(huán)帶寬影響。帶寬恒定時，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，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，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，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，負(fù)載不突變，給定值波動到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，直流側(cè)電壓仍然比較快速達(dá)到新的穩(wěn)定值，同時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，對整個系統(tǒng)進(jìn)行仿真。其中電流檢測采用改進(jìn)型、方法?？紤]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，負(fù)載突變?yōu)椤?.1s時，給定值由800V波動到700V。此時，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、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，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</p><p><b>　　5.1

89、引言</b></p><p>　　隨著DSP(數(shù)字信號處理器)性能的不斷改進(jìn)，用DSP進(jìn)行實(shí)時處理已成為一個新熱點(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算，還要完成三角載波控制算法，輸出驅(qū)動逆變器的開關(guān)控制信號。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)部時鐘頻率下，單周期指令執(zhí)行時間為80ns，可以在短時間內(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個比較/脈寬調(diào)制(PWM)通道(其中九個相互獨(dú)立)，可用于產(chǎn)生三相六路完善的PWM信號，并且可以內(nèi)部編程設(shè)定死區(qū)時間。</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>　　利用瞬時無功功率理論的方法計算指令電流過程中，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)動主電路器件的開關(guān)信號。</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，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)計分別進(jìn)行介紹。</p><p><b>　　5.3 硬件設(shè)計</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。其中諧波電流檢測還可以包括直流側(cè)電壓控制；當(dāng)利用瞬時無功功率理論方法檢測諧波電流時，還需要產(chǎn)生電壓過零同步信號；(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。具有應(yīng)用范圍廣、精度高、動態(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轉(zhuǎn)為電壓信號。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20K的變阻器，用來獲得一個正向的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正常工作時所要求的外圍器件，均取值0.1。</p><p>　　電壓過零同步信號產(chǎn)生電路</p><p>　　利用基于瞬時無功功率理論的方法計算指令電流過程中，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即為正余弦表的復(fù)位信號。由于計算諧波和無功電流之和時需要實(shí)時獲得與電網(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，因此需要一個過零比較器來實(shí)現(xiàn)每一個周期電壓的零點(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。由于集成電壓比較器LM111輸出為0～5V之間的電平信號，適用于DSP處理，所以輸出的方波信號直接送入DSP。DSP捕獲單元檢測到方波信號的上升沿，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)動和保護(hù)電路,適合用于高頻場合。</p><p>　　本文設(shè)計的驅(qū)動電路如圖5.3.4所示。PM1是控制板送出信號,UP送入IPM驅(qū)動腳,采用外接電容對15V電壓和UP進(jìn)行濾波。IPM故障報警電路如下所示,UFO為IPM輸出故障信號,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)動電路。</p&g

103、t;<p>　　圖5.3.4 一相驅(qū)動電路</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。三個中斷服務(wù)子程序分別是捕獲中斷程序、定時器周期中斷程序和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?；谒矔r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位符號位，3位整數(shù)位，12位小數(shù)位。定時器設(shè)置主要設(shè)置計數(shù)模式(連續(xù)增減計數(shù))、周期、計數(shù)初值、啟動A/D轉(zhuǎn)換的方式(下溢出事件啟動A/D轉(zhuǎn)換)等。6路PWM波形通過三個全比較單元產(chǎn)生，其初始化需要設(shè)置比較控制寄存器COMCON、動作控制寄存器ACTR、死區(qū)控制寄存器DBTCON以及三個比較寄存器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、時無功功率理論、方式的三個中斷服務(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)位并啟動定時器。定時器周期設(shè)為200。在定時中斷服務(wù)子程序里求取的值。A/D轉(zhuǎn)換中斷由定時器下溢出事件啟動，整個轉(zhuǎn)換過程由TMS320F240芯片自帶的兩

113、個獨(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、行編程時的關(guān)鍵問題。</p><p>　　用、檢測方法時，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，利用后向差分，得到下