基于TMS320C32的直流側有源電力濾波器

隨著(zhù)電力電子技術(shù)在電力系統中的應用越來(lái)越廣泛，電力系統的諧波污染問(wèn)題也日益嚴重。有源電力濾波器是最近二十年興起的電力系統諧波和無(wú)功的消除手段。目前，實(shí)際應用中的有源電力濾波器系統都是由國外公司研制的。國家計委為了實(shí)現交直流濾波裝置的自主設計和生產(chǎn)，組織清華大學(xué)和錦州電容器廠(chǎng)合作，研制三峽高壓直流輸電的濾波裝置?，F階段研制的是直流側有源電力濾波器的樣機，意在為高壓直流輸電(High Voltage Direct Current， HVDC)的直流側有源電力濾波器系統積累工程經(jīng)驗和理論指導。直流側有源電力濾波器的關(guān)鍵技術(shù)在于系統的拓撲選擇和諧波參考信號的精確分離以及控制[1]。

在直流側有源電力濾波器的控制中，選用TI公司的DSP(TMS320C32)作為直流側有源電力濾波器的控制器的核心，和以前的模擬控制及濾波的方式相比，算法靈活，結構易調整。

1 有源電力濾波器原理

通常采用無(wú)源濾波器(Passive Filter，PF)對諧波進(jìn)行抑制，但無(wú)源濾波器存在一些難以克服的缺點(diǎn)[2～3]:容易與電力系統發(fā)生諧振;補償效果依賴(lài)于系統阻抗特性;受溫度漂移、電網(wǎng)上諧波污染、濾波電容老化及非線(xiàn)性負荷變化的影響嚴重。

有源電力濾波器克服了傳統的無(wú)源濾波器的缺點(diǎn)。由于大功率器件IGBT(Insolated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)的發(fā)展，有源電力濾波器和傳統的無(wú)源濾波器構成的混合型濾波器已成為電力系統諧波補償的主要手段[4]。

有源電力濾波器和弱電領(lǐng)域的有源濾波器存在區別和聯(lián)系。有源電力濾波器的作用是消除電力系統諧波，這和弱電領(lǐng)域用DSP或者運算放大器實(shí)現的濾波器的濾波功用類(lèi)似，都是抑制一定頻率范圍的信號;但是它們消除諧波的途徑完全不同，弱電應用中的有源濾波器一般通過(guò)對需要的頻率分量形成通路，對其它頻率分量產(chǎn)生很大的阻礙，起到選出需要的頻率分量的作用。而有源電力濾波器是通過(guò)產(chǎn)生與電網(wǎng)中諧波成份大小相等、方向相反的諧波電流，注入電網(wǎng)，從而將電網(wǎng)中的諧波抵消掉。簡(jiǎn)而言之，有源電力濾波器以補償的手段，達到了濾波的效果。這種結構與算法上的差異是由強電系統自身特點(diǎn)決定的。

有源電力濾波器工作原理是:用電流互感器采集直流線(xiàn)路上的電流，經(jīng)A/D采樣，將所得的電流信號進(jìn)行諧波分離算法的處理，得到諧波參考信號，作為PWM的調制信號，與三角波相比，從而得到開(kāi)關(guān)信號，用此開(kāi)關(guān)信號去控制IGBT單相橋，根據PWM技術(shù)的原理，將上下橋臂的開(kāi)關(guān)信號反接，就可得到與線(xiàn)上諧波信號大小相等、方向相反的諧波電流，將線(xiàn)上的諧波電流抵消掉。這是前饋控制部分。再將有源濾波器接入點(diǎn)后的線(xiàn)上電流的諧波分量反饋回來(lái)，作為調節器的輸入，調整前饋控制的誤差。

需要注意的是，我們前面所說(shuō)的控制器，實(shí)質(zhì)上具有分離諧波參考信號和對有源電力濾波器進(jìn)行控制兩方面的功能。

樣機系統直流線(xiàn)上電壓約為800V，容量約為5kW，用LEM公司生產(chǎn)的多極電流傳感器LTS 6-NP采集直流線(xiàn)路上的電流。直流側有源電力濾波器樣機系統的總體結構如圖1所示。

2 基于DSP的有源電力濾波器控制系統結構

TMS320C32是浮點(diǎn)DSP TMS320C3x的系列產(chǎn)品，工作頻率為40MHz;哈佛總線(xiàn)，并且擁有獨特的指令結構、硬件乘加運算;外部存儲空間有256K×32Bit的FLASH、2K×8Bit的NVRAM和256K×32Bit的SRAM。

選用TMS320C32的原因主要是定點(diǎn)DSP小數點(diǎn)定標變化困難，數據容易溢出，需要做繁瑣的前期數值仿真來(lái)估計數據溢出的范圍，而TMS320C32是浮點(diǎn)DSP，有效數據空間大，數值算法實(shí)現就簡(jiǎn)單多了。

基于DSP的控制板的硬件結構如圖2所示。

3 程序流程

主程序流程如圖3所示。