三相混合有源电力滤波器系统设计.pdf
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1、2 0 1 4年第 2期 工业仪表与自动化装置 5 1 三 相 混合 有 源 电力滤 波器 系统 设 计 史常胜 , 何军红 , 尹旭佳 ( 西北工业大学 航 海学院, 西安 7 1 0 0 7 2 ) 摘要: 为改善 电能质量 , 消除谐波 , 介绍了由无源滤波器和有源滤波器组合构成的三相混合电 力滤波器及其工作原理和控制方案。该 系统运用快速傅立叶检测算法, 采用双 D S P芯片为控制核 心实现 系统控制 , 提 高补偿精度和运算能力。对 比滤波前后的波形, 客观地评估 分析 实际应用效 果 , 验证 了有 源电力滤波器的可行性和有效性。 关键词 : 有源电力滤波器; P I D; 谐波
2、抑制 中图分类号 : T M7 3 3 文献标志码 : B 文章编号 : 1 0 0 0 0 6 8 2 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 5 1 0 2 Sy s t e m d e s i g n o f t h r e e- - ph a s e h y br i d a c t i v e po we r fil t e r S H I C h a n g s h e n g , H E J u n h o n g , Y I N X u j i a ( N o r t h w e s t e r n P o l y t e c h n i c a l U n i v e r s
3、 i t y , X i a n 7 1 0 0 7 2, C h i n a ) Abs t r a c t: I n o r d e r t o i mp r o v e p o we r q ua l i t y a n d e l i mi n a t e h a r mo n i c,a t hr e e p h a s e h y b rid po we r fil t e r c o mp o s e d o f a p a s s i v e fil t e r a n d a n a c t i v e p o we r fil t e r ,a n d t he c o r
4、 r e s p o n d ba s i c prin c i pl e s a n d c o n t r o l s c h e me a r e i n t r o d u c e d Th e s y s t e m us e s FF rI 1 t h e o r y a n d d o ub l e DS P c o n t r o l s y s t e m a s c o n t r o l c o r e whi c h i n c r e a s e t h e c o mp e ns a t i o n a n d t he o p e r a t i o n a l
5、c a p a bi l i t y Co mp a r e d b e f o r e a n d a f t e r t h e fi l t e rin g e f f e c t o f wa v e f o rm ,t o a s s e s s t he e f f e c t o f i t s a n a l y s i s o f t h e pr a c t i c a l a p p l i c a t i o n De mo n s t r a t e t h e f e a s i - b i l i t y a nd e f f e c t i v e ne s s
6、 o f AP F Ke y w o r d s : a c t i v e p o w e r fi l t e r ( A P F ) ; P I D; h a r m o n i c s u p p r e s s i o n 0 引言 目前电力系统中非线性负荷尤其是电力 电子装 置产生的动态谐波和动态无功严重影 响着供、 用 电 设备 的安全 经 济运 行。有 源 电力 滤波 器 ( A c t i v e P o w e r F i h e r , A P F ) 通过 向电网注入补偿 电流来抵消 负载所产生的谐波电流和无功 电流 , 既可补偿非线 性负载产生的各次谐 波和动态无功
7、, 又能 自动适应 电网阻抗和频率的快速变化 , 具有可靠性 高和反应 快的特点 。该文以陕西省某科技公 司的科研项 目“ 有源电力滤波器” 为背景 , 以并联 电压型有源 电 力滤波器为研究对象 , 系统地分析 了并联 型有源 电 力滤波器的系统结 构、 工作原 理、 谐波 电流检测方 法 、 补偿 电流控制策略等问题。 1 系统原理与结构 系统原理如图 1 所示。该系统为交流并联 A P F 收稿 日期 : 2 0 1 3 0 61 8 作者简介 : 史常胜 ( 1 9 8 7) , 男 , 山东烟 台人 , 西北 工业 大学航 海 学 院硕士研究生。研究方向为嵌人式 系统 。 与并联 P
8、 F ( P a s s i v e F i l t e r , 无 源滤波器 ) 混合型。有 源 电力滤波器与 L c滤波器均 与谐波源并联接人电 网, 两者共同承担补偿谐波 的任务 , L C滤波器 主要 补偿较高次的谐波 , 是一个高通滤波器 。这种混合 型滤波器一方面能消除补偿电流中因主电路 中器件 通断引起的谐波 , 另一方面可滤除补偿对象 中较高 次的谐波 。 一一一一一一 L 一一 一一一 一 一 一一 一 一一 一一 一一 一 一- _ 一一 一一一 一一 P F AP F 图 1 系统原 理图 有源电力滤波器系统由两大部分组成 , 即指令 电 流运算单元( 由从 D S P
9、T Ms 3 2 0 C 6 7 1 3控制 ) 和补偿 电 流发生单元( 由电流跟踪控制电路、 驱动电路、 主电路 3部分构成 , 由主 D S P T MS 3 2 0 F 2 8 3 3 5控制) 。 5 2- 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 4年第2期 2 指令电流运算单元 指令电流检测是有源 电力滤波器的一个重要环 节 , 主要方法是采用模拟带通( 或带阻) 滤波器 , 基于 傅立叶变换( F F r ) 的谐波检测, 基于瞬时无功功率的 谐波检测等_ 5 j 。系统采用每周期采样 1 2 8点 的 F 兀 算法, 以 T M S 3 2 0 C 6 7 1 3高性能处理器为控制
10、核心, 从 软硬件两方面提高系统的检测精度和运行速度。 利用 F F I 1 算法进行 数据处理时必须对 信号进 行同步采样 , 采用锁相环 ( P L L ) 技术利用硬件实现 同步采样 , 将前一时刻锁定 的电网频率作 为采样时 刻的电网频率, 倍频后作为采样频率, 以降低发生频 谱泄漏时 F F T r 算法的误差 。 三相电流电压 I 匾 ( MC B S P 0 ) l P L L H从 DS P T MS 3 2 0 C 6 7 1 3 ( MC B S P 0 ) l 指令电流信号 董 D S P T M$ 3 2 0 F 2 8 3 3 5 ( P WM)I 图 2 指令 电流
11、 工作方式如图 2所示 : 传感器获得的电网 3路电 流和电压信号经由 A D采样芯片 A D 7 6 5 6采样后 , 通 过从 D S P芯片内部多通道缓冲串 口( MC B S P O ) 发送 给 T MS 3 2 0 C 6 7 1 3 , 对所采集 到的数据进行快 速傅立 叶变换( F F T r ) , 计算出瞬时谐波及无功电流分量值 ; 将要补偿 的指令 电流数 据 信息 传 给 主 D S P芯 片 T MS 3 2 0 F 2 8 3 3 5进行处理 , 以驱动 I G B T模块。 3补偿 电流发生单元 补偿 电流发生 电路 由电压型 P WM变流器及其 相应的驱动电路
12、、 电流跟踪控制电路构成 。 电流跟踪控制电路是补偿 电流发生电路的首要 环节 。把希望输 出的电流或电压作 为指令信号 , 把 实际输 出的电流或 电压波形作 为反馈信号 , 通过两 者的瞬时值比较来决定功率开关器件的通断。 补偿 电流发生单元采用 P I D控制 , 如图 3所示 , 指令 电流 i b 通过线性 非线性算法 ( T D I) 产生 i 的 跟踪值 和微分值 , 补偿 电流 i c 通过 T D 1 I 产生 的跟踪值 z 和微分值 Z , V V 2 Z Z 产生误差 信号 e 。 、 e 、 e , e 0 为 e 的积分, 各误差信号经过线性 或非线性组合, 生成控制
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