基于DSP的滯環跟蹤型有源電力濾波器數字控制系統

摘要：介紹了一種基于新型數字信號處理器（DSP）TMS320F2407A數字控制的滯環跟蹤型并聯有源電力濾波器，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、系統保護等功能，實現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展，有源電力濾波器作為抑制電網諧波、補償供電系統無功功率的新型電力電子裝置得到了迅速發展，并已應用于實際工程中。并聯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是并聯型有源電力濾波器的系統原理框圖。

圖1并聯有源電力濾波器系統原理框圖

DSP數字控制系統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，達到消除系統諧波污染的目的。由于滯環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的滯環跟蹤型有源電力濾波器數字化控制系統。

2 滯環跟蹤型有源電力濾波器系統的總體設計

滯環跟蹤型有源電力濾波器的DSP數字化控制系統框圖如圖2所示。

圖2 系統框圖

以DSP為核心的數字控制系統完成如下功能：

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，使得直流側電壓穩定；

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 系統時序的設計

系統控制核心TMS320F2407A的顯著優點是高速AD采樣（最快達到500ns），使得系統的控制周期僅為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