基于RCP的混合型電力濾波器設計

摘要：為了解決電力系統諧波治理中，數字化控制器設計周期長、投資成本高等問題，在研究傳統電力濾波器的基礎上設計出了一種快速控制模型。在傳統濾波器結構基礎上增加一個有源電力濾波器，同時運用計算機輔助軟件Simulink 和TI公司DSP開發環境CCS，對混合型有源電力濾波器進行在線調試，精確地降低了諧波成分。仿真結果表明，通過濾波器后，電網電壓畸變因數降至1.88%（低于IEEE-519-1992標準）。該裝置已在武鋼電弧爐35 kV電網運行，運行結果表明該裝置可靠性高、濾波效果顯著，具有良好的工程應用價值。

　　目前，電力濾波器多采用數字化控制器實現，需要工程師有較高的軟件編程能力。這樣，濾波器設計周期的絕大部分時間將用于程序的編寫以及優化上。考慮到數學模型的建立、算法的設計、離線調試，整個開發時間將非常長，成本將相應增加。

　　快速控制模型（RapidControl Prototyping，RCP）的設計降低了設計周期，利用Simulink的圖形化編程方法，不再需要進行復雜的程序編寫：對于硬件工程師而言，改變模型參數就可以實現現場調試；對于理論研究人員而言，只需要考慮算法的快速性和實用性。

　　小波變換是一種分析非穩態電壓和電流波形的快速而有效的方法。同FFT一樣，小波變換將信號分解成頻率分量。但是，離散小波變換（DWT）具有可變的頻率分辨率，可以有效地解決負載突變所引起的電網電壓閃變，而且能夠實時跟蹤問諧波。這是用來分析瞬態信號的一個有用特性。另外，小波分析不需要在整個頻域范圍內同時進行，將計算量集中在某一頻率范圍，減小了計算量，加快了分析速度。

　　本文基于Simulink軟件對混合型有源電力濾波器（Hvbrid Active Power Filter，HAPF）進行建模，利用Wavelet工具箱進行諧波分析并仿真，由MATLAB／Simulink／Embedded Target for TI C2000生成DSP代碼，最終在TMS320F2812進行硬件實現。
　　1 快速控制模型（RCP）

　　RCP由兩部分組成：計算機輔助設計軟件Simulink和帶有實時操作系統的專有硬件TMS320F2812，如圖1所示。這種圖形化編程方法取代了傳統程序的編寫，只要求工程師將注意力集中在功能和性能的優化上。本文提出的完整系統在仿真環境下進行。

圖1 RCP的組成部分

　　Embedded Target for TI C2000連接軟件和硬件，Simulink工具箱提供本文所需的各種模型，為通用DSP上設計、仿真和實現嵌入式控制系統提供了集成平臺。圖2為設計流程。

圖2 設計流程圖

　　利用Embedded Target，能夠通過CCS（Cede Composer Studio）產生高效的DSP代碼，通過主機與DSP的接口將二者連接起來，就可以對DSP進行在線控制與優化。對于需要進行循環計算的復雜算法，RCP的快速執行功能將體現出極大的優越性。鑒于小波變換分析電力系統諧波的前景，以及建模的便利，本濾波器的有源部分控制算法利用小波變換來分析電網諧波。