kunkun电力滤波器硬件电路设计.docVIP

1.有源电力滤波器装置的工作原理 1.1工作原理 有源电力滤波器从与负载联接形式的角度可分为并联型有源电力滤波器和串联型有源电力滤波器两大类。 有源电力滤波器采用并联型联接形式是最基本也是目前国际上应用最广泛的形式，装置可对负载的谐波及无功进行动态补偿。并联连接的方式由于不需要改变系统本来的接线，只需将调节装置并入即可，容易被用户接受。此外，即使当有源电力滤波器发生故障时也可自动切除，因而不会对负载供电产生影响。从目前国际上实际投入运行的设备来看，调节装置与负载连接方式绝大多数均采用并联型。因此，本次研制的装置在结构上也采用并联型有源电力滤波器。 图3-1 并联型有源电力滤波器系统构成 图3-1所示为最基本的有源电力滤波器系统构成的原理图。图中eS表示交流电源，负载为谐波源，它产生谐波并消耗无功。有源电力滤波器系统由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。其中指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量，因此有时也称之为谐波和无功电流检测电路。补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流，它由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三个部分构成。主电路目前均采用PWM变流器。变流器和与其相连的电感、直流侧贮能元件共同组成有源电力滤波器的主电路。 有源电力滤波器的基本工作原理是：检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵消，最终得到期望的电源电流。 例如，当需要补偿负载所产生的谐波电流时，有源电力滤波器检测出补偿对象负载电流iL的谐波分量iLh，将其反极性后作为补偿电流的指令信号iC*，由补偿电流发生电路产生的补偿电流iC即与负载电流中的谐波分量iLh大小相等、方向相反，因而二者互相抵消，使得电源电流iS中只含基波，不含谐波。这样就达到了抑制电源电流谐波的目的。上述原理可用如下的一组公式描述： (1) (2) (3) (4) 式中iLf为负载电流的基波分量。 如果要求有源电力滤波器在补偿谐波的同时，补偿负载的无功，则只要在补偿电流的指令信号中增加与负载电流的基波无功分量反极性的成分即可。这样，补偿电流与负载电流中的谐波及无功成分相抵消，电源电流等于负载电流的基波有功分量。 就主电路中变流器部分而言有四相变流器和三相变流器两种不同的方式，对应的控制电路也有其各自的特点。根据实际补偿要求，我们采用三相变流器的拓扑结构。图3-2所示为采用三相变流器的主电路结构及其与负载之间的连线关系图。 图3-2采用三相变流器的主电路结构及其与负载之间的连线 1.2系统控制方案 1.2.1 谐波的检测和补偿方法 谐波的检测方法可以有负载电流检测、电源电流检测、电源电压检测等检测方法，从实际应用的装置来看，采用负载电流的检测方法与用电源电流的检测方法之比为10:1，从这5年的情况变化可以看出，今后，负载电流的检测方法为主要使用方法，本装置中也采用负载电流检测方法。 控制电路实时检测负载电流，通过采用谐波电流和无功检测算法，得到负载电流中各次谐波的幅值及相位。用户根据所应用系统的情况，可以进行全部谐波补偿或特定次数谐波补偿。DSP将全部谐波或特定次数谐波分量进行反变换，得到补偿电流指令，据此产生补偿谐波电流。 1.2.2 控制系统微处理器的选择 采用数字控制的有源电力滤波器在对负载进行补偿时，需要对负载电流中的谐波及无功分量进行实时检测、分析和计算，特别在需要对负载中特定谐波进行补偿时需对负载电流进行傅立叶分析，在产生指令电流时需要进行傅立叶反变换。由于计算的实时性与补偿效果及系统动态性能密切相关，因此本装置拟采用具有很强计算能力的TMS320C32 DSP实现负载电流的实时检测和计算。同时采用片内资源丰富，成本低，I/O使用方便的TMS320C24X用于大量的逻辑操作和PWM变流器控制。 2.2.有源电力滤波器控制电路设计 有源电力滤波器的控制系统要完成谐波电流指令的运算、电流跟踪控制的任务，同时还要兼顾故障保护、通讯等功能。本章将根据控制策略，对控制系统的硬件电路进行设计。 2.2.1硬件电路设计 2.2.1.1数字信号处理器(DSP) 数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP一般具有如下的主要特点： 在一个