DSP+ARM并聯(lián)有源電力濾波器控制器解析

1 引言
　　近年來，隨著電力電子設(shè)備及非線性、沖擊性設(shè)備的廣泛應(yīng)用。在電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的污染，因此消除電網(wǎng)中的諧波污染已成為電能質(zhì)量研究的一個重要課題。目前普遍采用的并聯(lián)型無源濾波器存在著濾波效果差，對電網(wǎng)參數(shù)敏感。元件體積龐大。嚴(yán)重時會導(dǎo)致串并聯(lián)諧振事故等缺陷。采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)、數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)和先進(jìn)控制理論的有源電力濾波器（APF）技術(shù)㈣對電網(wǎng)諧波進(jìn)行動態(tài)實時補(bǔ)償。是目前解決諧波污染問題最有效和最具潛力的途徑。
　　傳統(tǒng)的并聯(lián)型APF的控制方法大都基于瞬時無功理論、自適應(yīng)理論等計算測量方法，首先計算出負(fù)載電流中的諧波成分，然后根據(jù)計算出的諧波電流值。分別進(jìn)行補(bǔ)償電流和直流側(cè)電容電壓的控制。這種方式需進(jìn)行較復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，影響裝置的響應(yīng)速度。在負(fù)荷變化時容易發(fā)生電流畸變。
　　針對三相系統(tǒng)采用了一種基于直流側(cè)電容電壓控锘lJl51的APF控制算法，從瞬時有功和無功功率在系統(tǒng)中傳遞的角度出發(fā)，以調(diào)節(jié)電網(wǎng)輸入APF的有功功率為目標(biāo)，直接對輸入電流進(jìn)行控制，省去了檢測有功和無功電流分量的繁瑣過程，使檢測諧波的過程變得簡單。并設(shè)計了一種基于DSP和ARM的全數(shù)字并聯(lián)APF控制器。
　　2 控制策略
　　2.1 直流側(cè)電容電壓控制算法
　　通過控制算法使電源側(cè)向電容注入適當(dāng)?shù)哪芰?，以補(bǔ)償電力電子器件開斷造成的損耗，維持直流側(cè)電容電壓H由的穩(wěn)定。實際補(bǔ)償裝置中的損耗功率在一個周期內(nèi)的積分不為零，會引起u也周期值的變化，該周期值的變化反應(yīng)了逆變器兩側(cè)有功功率的傳遞。
　　算法控制在交流側(cè)由電源輸入有功電流以補(bǔ)償開關(guān)器件的損耗。交流側(cè)補(bǔ)償功率PA一個周期內(nèi)的積分為：
　　?（1）
　　在一個周期內(nèi)的能量變化即直流電容上儲存的電量可表示為：
　　?（2）
　　聯(lián)立式（1）和式（2），補(bǔ)償目標(biāo)是使兩式相等。以一個r為單位。可以計算出交流側(cè)等效補(bǔ)償電流的大小。圖1示出據(jù)此設(shè)計的直流側(cè)電壓的單周期控制框圖。進(jìn)行周期采樣，通過比例積分環(huán)節(jié)對采樣得到的電壓比較值進(jìn)行修正之后，可以得出損耗電流的幅值k。使損耗電流與系統(tǒng)電壓同相位，以保證其為等效有功電流：控制有功的傳遞情況，以保證穩(wěn)定在某一值附近。
　　由圖1可以看出，u出的調(diào)節(jié)形成負(fù)反饋，滿足了出始終在某一固定值附近的要求。