基于DSP的滯環(huán)跟蹤型有源電力濾波器數字控制系統(tǒng)

摘要：介紹了一種基于新型數字信號處理器（DSP）TMS320F2407A數字控制的滯環(huán)跟蹤型并聯(lián)有源電力濾波器，以DSP為核心的數字控制電路完成諧波提取、指令電流產生、直流側電壓控制、系統(tǒng)保護等功能，實現(xiàn)了一種全數字控制的有源電力濾波器。

關鍵詞：數字信號處理器；數字控制；有源電力濾波器

1 概述

隨著電力電子技術的發(fā)展，有源電力濾波器作為抑制電網諧波、補償供電系統(tǒng)無功功率的新型電力電子裝置得到了迅速發(fā)展，并已應用于實際工程中。并聯(lián)型有源電力濾波器是有源電力濾波器中最基本的形式，獲得了最為廣泛的應用，圖1是并聯(lián)型有源電力濾波器的系統(tǒng)原理框圖。

圖1并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)原理框圖

DSP數字控制系統(tǒng)檢測非線性負載的電流與網側電壓相位，按照一定的算法提取出諧波電流，通過APF向電網實時注入與系統(tǒng)諧波相位相反大小相等的補償諧波電流以抵消諧波，達到消除系統(tǒng)諧波污染的目的。由于滯環(huán)控制具有反應速度快，控制精度較高，不需要了解負載的特性等優(yōu)點，在有源電力濾波器中采用該控制方法是有利的。本文給出了一種基于DSP的滯環(huán)跟蹤型有源電力濾波器數字化控制系統(tǒng)。

2 滯環(huán)跟蹤型有源電力濾波器系統(tǒng)的總體設計

滯環(huán)跟蹤型有源電力濾波器的DSP數字化控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)框圖

以DSP為核心的數字控制系統(tǒng)完成如下功能：

1)檢測非線性負載的電流I_la、I_lb、I_lc與網側電壓相位，提取出諧波，反向后得到諧波補償指令電流；

2)檢測有源電力濾波器主電路的電流（實際補償電流）I_ca、I_cb、I_cc，送入滯環(huán)電流跟蹤控制電路，使其跟蹤諧波補償指令電流，從而抵消電網中的諧波成分；

3)檢測變流器直流側總電壓，通過PID調節(jié)，使得直流側電壓穩(wěn)定；

4)控制裝置的軟啟動和關機，并提供裝置的過流、過壓保護。

3 系統(tǒng)時序的設計

系統(tǒng)控制核心TMS320F2407A的顯著優(yōu)點是高速AD采樣（最快達到500ns），使得系統(tǒng)的控制周期僅為25μs，這意味著三相非線性負載電流采樣頻率達到了40kHz。負載電流采樣周期越短，補償諧波的實時性、準確性越高。兼顧A/D采樣的準確性，取DSP一次A/D轉換的時間為1μs，三相非線性負載電流和直流側電壓共需要4μs，采用dq法計算指令電流需要5μs，諧波指令電流的D/A轉換一共需要10μs，其他部分占用時間很少，圖3是程序中以上主要模塊的的時序安排。

圖3 程序主要模塊的流程圖