基于DSP的有源电力滤波器设计.pdf
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1、2 0 1 4年第 4期 工业仪表与 自动化装置 2 3 基 于 DS P的有 源 电力 滤 波器 设 计 王彩霞 , 周志文 ( 西北民族大学 电气工程 学院, 兰州 7 3 0 0 3 0 ) 摘要: 随着非线性负载的大量接入和电力系统自身的发展 , 电力系统中的谐波污染日益严重, 谐波影响着电力系统的可靠、 安全、 经济运行, 同时对电力用户也造成潜在的威胁。该文设计了以 T M S 3 2 0 F 2 8 1 2型 D S P为核心的有源 电力滤波器对 电力 系统 的谐波进行 了补偿。完成硬件 电路 的 搭建和软件程序编制, 对性能、 参数进行了测试, 测试结果表明设计的滤波器具有电路
2、结构简单、 补 偿效果好等优点。 关键词 : 有源电力滤波器; 谐波 ; D S P; 电压矢量控制 中图分类号 : T M4 6 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 0 6 8 2 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 0 2 3 0 3 The de s i g n o f a c t i v e p o we r fil t e r ba s e d o n DS P W ANG C a i x i a ,Z HO U Z h i we n ( C o l l e g e o fE l e c t r ic E n g i n e e r i n g, N o n h w e
3、 s t Mi n o r it i e s U n i v e r s i t y , L a n z h o u 7 3 0 0 3 0 ,C h i n a ) Abs t r a c t: Al o n g wi t h t h e a c c e s s o f no n l i n e a r l o a d a n d t he d e v e l o p me n t o f e l e c t r i c p o we r s y s t e m ,t h e h a r mo n i c p o l l u t i o n i n p o we r s y s t e m
4、i s d e t e r i o r a t i n g Ha rm o n i c n o t o n l y a f f e c t s t he r e l i a b i l i t y,s a f e t y a n d e c o n o mi c o p e r a t i o n o f p o we r s y s t e m b u t a l s o p o s e s p o t e n t i a l ri s k s t o p o w e r u s e r s An a c t i v e p o w e r fi l t e r wi t h TMS 3 2
5、 0F 281 2 DS P a s t h e c o r e i s d e s i g n e d f o r ha rm o n i c c o mp e n s a t i o n f o r p o we r s y s t e mAf t e r t h e h a r d wa r e c i r c u i t c o n fig u r i n g,s o f t wa r e pr o g r a mmi n g a n d c i r c u i t d e b ug g i n g,t he s y s t e m pe r f o r ma nc e s a nd
6、p a r a me t e r s a r e t e s t e d a n d s t u d i e d T h e t e s t i n g r e s u l t s s h o w t h a t t h e d e s i g n e d fi l t e r h a s t h e a d v a n t a g e s o f s i mp l e c i r c u i t s t r u c t u r e a nd g o o d c o mp e n s a t i o n e ffe c t Ke y wo r d s : a c t i v e p o w e
7、 r fi l t e r ( A P F ) ; h a rmo n i c ; D S P; v o l t a g e v e c t o r c o n t r o l 0 引言 电力系统 中谐波的产生有两个原 因, 一个是 由 接入系统的非线性负载产生的, 这类负载的伏安特 性不是线性的 , 即使加在其两端的电压是理想 的正 弦, 通过的电流也不是正弦 , 含有谐波 , 使得 电力系 统的电能质量受到了严重影响。另一个是电力系统 自身的发展所产生的, 如高压直流输电技术的应用 , 对 电力 系统带来 的污染也 日益严重 。随着电力系统 自身的发展和用电设备的不断更新 , 预计谐波对终
8、 端用户侧的影响将会越来越严重。因谐波干扰所引 发的公用电网供电质量 日趋恶化, 严重的威胁着整 收稿 日期 : 2 0 1 31 0 2 1 基金项目: 西北民族大学中央高校基本科研业务费专项资金资 助项 目( 3 1 9 2 0 1 3 0 0 1 3 ) 作者简介 : 王 彩霞 ( 1 9 7 4 ), 女 , 河南 荥 阳人 , 硕 士 , 副 教授 , 主要 研究方向为控制理论, 计算机控制系统分析设计等。 个电力系统的可靠运行 。 传统的抑制谐波的方法是无源滤波技术, 由电 阻、 电力 电容器 和电抗 器等器件构成 L c无 源滤 波 器, 与需要补偿的负载并联。无源滤波器具有结构
9、 简单、 使用方便的优点, 但也存在如 L c滤波器只能 抑制固定次 的谐波 , 且在一定频率谐波条件下会产 生谐振 , 反而使谐波放大 , L C滤波器滤波特性受系 统参数 的影响较大等缺点 。尽管如此 , L C滤波器仍 然是 目前补偿谐波主要方法。 近几年随着 电力 电子技术 的发展 , 出现了用 电 力电子变流器构 成有 源 电力 滤波器 ( A c t i v e P o w e r F i l t e r , 简称 A P F ) 对电力系统的谐波进行补偿。与 传统无源滤波器相比, 有源滤波器具有如下明显的 优越性能 : 1 ) 能够迅速地对变化的谐波进行动态跟踪补 偿 , 补偿效
10、果不受电网特性的影响, 不会和电网发生 谐振, 补偿后畸变率很低且功率因数接近 1 ; 2 4 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 4年第 4期 2 ) 可同时对谐波 、 无功功率及不对称的三相电 路负序电流进 行补偿 , 补偿 特性 不受 电 网阻抗 的 影 响 ; 3 ) 既可以对一个谐波源进行单独补偿 , 也可对 多个谐波源同时进行集中补偿 ; 4 ) 谐波补偿时所 需储能元件 ( 大电容 ) 的容量 无需很大就能满足要求 。 因此 A P F不但可以获得 比 L C滤波器更好 的滤 波效果 , 而且随着大功率 电力 电子器件发展 , 电路性 能的提升 , 理论 的完善 , 电力电子技术
11、应用的不断拓 展, 元器件集成技术的进步, 利用 A P F对电网谐波 进行补偿或对非线性谐波源进行补偿将是今后谐波 补偿技术的发展趋势。该文设计 了以 T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 型 D S P为控制核心的有源电力滤波器对 电力 系统 的谐波进行补偿。 1 有源电力滤波器工作原理 有源电力滤波器的结构如图 1 所示 。图中 e为 三相供电电源, 含有谐波源负载。电流检测电路用 于检测 出负载电路中的谐波电流的大小 , P WM电路 用 于控制逆变电路 中的开关器件 , 主电路是能够实 现双向功率传输 的逆变电路 , 产生 的谐波 电流对负 载电路中的谐波分量进行补偿 。 图
12、1 有源电力滤波器系统结构 输人到该电路中的电网电流 是负载电流 和 补偿 电流 , 。 的代数和, 即 I s=I L I C 如果通过控制电路使 能够完全跟踪给定电流 , c , 即 , c =, 。 , 那么 l s = l Ll c 由于 是检测 电路从电流 中检测 出的谐波 电流分量 , , 因此 l c :l n 因为 = 厶+ , n , 为基波电流分量, 所以 = I n = , n 。 通过 以上分析可知 , 有源电力滤波器通过产生 与原电路中相同的谐波电流分量反相迭加到原系统 中, 通过谐波的相互抵消进行补偿。因此有源滤波 技术的关键是谐波 电流的检测 和逆变控制 , 即通
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