【正文】 （1） 三相三線制結(jié)構(gòu)（2） 容量：50kVA（3） 電壓：380V（4） 補(bǔ)償后電流諧波畸變率小于5%2．系統(tǒng)方案確定根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)組成如圖1所示： 圖1 系統(tǒng)組成框圖該系統(tǒng)主要有以下組成：（1） 主電路：包括直流儲(chǔ)能電容、變流器、輸出電感和濾波電容組成。（2） 電流、電壓檢測(cè)調(diào)理電路：包括霍爾檢測(cè)電路、偏置電路、過零檢測(cè)電路和濾波電路組成。（3） 外擴(kuò)A/D轉(zhuǎn)換電路（本次暫時(shí)利用DSP內(nèi)部AD）。（4） DSP控制電路（本次暫時(shí)選用合眾達(dá)DSP2812開發(fā)板）。（5） 隔離驅(qū)動(dòng)電路：包括高速光電隔離和驅(qū)動(dòng)。（6） 預(yù)充電電路：采用二極管整流或PWM整流預(yù)充電。（7） 人機(jī)界面：選用觸摸屏進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。（8） 啟動(dòng)投切及故障報(bào)警電路：（9） 電源電路：根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求需要提供正負(fù)15V隔離5V電源。3． 系統(tǒng)各電路的設(shè)計(jì) 主電路主要由直流儲(chǔ)能電容、變流器、輸出電感和濾波電容組成。以補(bǔ)償對(duì)象為三相不可控負(fù)載為例，50kVA有源濾波器可補(bǔ)償該類型負(fù)荷為380V/200kVA。由此可計(jì)算出：負(fù)載電流IL=303A需補(bǔ)償諧波電流有效值IhL=75A需補(bǔ)償諧波電流峰值IhLmax=200A（計(jì)算至25次諧波）直流側(cè)電壓為：UDC=900V（1） IGBT選擇為：2MBI300U4H120 400600A/1200V（2） 直流儲(chǔ)能電容的選取：理論上由于無功只能在交流側(cè)三相之間進(jìn)行交換，不會(huì)與直流側(cè)進(jìn)行交換，引起電容電壓波動(dòng)主要是開關(guān)器件的損耗和六次諧波，所以電容可以取值很小，但從仿真結(jié)果看電容取值小時(shí)將影響補(bǔ)償后的電流波形。所以根據(jù)仿真結(jié)果電容暫時(shí)取值為：4700uF/1200V（3） 輸出電感的選?。狠敵鲭姼兄档倪x取尚沒有一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算方法，根據(jù)根據(jù)王兆安書中的方法和清華論文提供的計(jì)算方法分別為：，最后經(jīng)過仿真本例?。?通過電流為75A/200A（4） 輸出濾波電容的選取：輸出濾波電容主要是濾除開關(guān)頻率附近高次諧波，同時(shí)要保證補(bǔ)償?shù)母叽沃C波能通過，所以截止頻率的選擇比較關(guān)鍵，本例綜合考慮選擇截止頻率為1550Hz（31次諧波）。計(jì)算得10uF。所以選擇:10uF/450V 電流、電壓檢測(cè)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)（1）電流檢測(cè)調(diào)理 該檢測(cè)調(diào)理電路由霍爾檢測(cè)、偏置電路和濾波三部分組成。 根據(jù)負(fù)載電流IL=303A，選擇LEM 的LT308S7電流傳感器測(cè)量負(fù)載電流。該電流傳感器原邊額定電流有效值300A，原邊電流測(cè)量范圍0+500A,轉(zhuǎn)換率為1:2000。由于進(jìn)入DSP的信號(hào)范圍為03V，LT308S7的副邊額定有效電流為150mA，所以選擇RM=20歐姆的測(cè)量電阻。 偏置電路和濾波具體參數(shù)如圖2所示： 圖2 電流檢測(cè)調(diào)理電路（2）電網(wǎng)電壓檢測(cè) 電網(wǎng)電壓有效值220V,可以選擇LEM的LV25P電壓傳感器測(cè)量電壓，轉(zhuǎn)換率為2500:1000該電壓傳感器原邊額定有效值電流為10mA，因此原邊選擇R1=22k的限流電阻；副邊額定有效值電流為25mA，選擇RM=120歐姆的測(cè)量電阻。LV25P電壓傳感器的輸出信號(hào)輸入由LM339構(gòu)成的過零檢測(cè)電路。電壓檢測(cè)電路如圖3所示：圖3 電壓調(diào)理檢測(cè)電路 （3）直流側(cè)電壓檢測(cè) 直流側(cè)電壓UDC=900V，可以選擇LEM的LV100電壓傳感器測(cè)量電壓，轉(zhuǎn)換率為10000:2000。 該電壓傳感器原邊額定有效值電流為10mA，因此原邊選擇R1=100k的限流電阻；副邊額定有效值電流為50mA，選擇RM=60歐姆的測(cè)量電阻。 LV100電壓傳感器的輸出信號(hào)輸入由TL084CN構(gòu)成的跟隨器。直流側(cè)電壓檢測(cè)電路如圖4所示：圖4 直流電壓檢測(cè)電路（4）光電隔離電路 為了增強(qiáng)信號(hào)的穩(wěn)定性，減少信號(hào)間的干擾，在DSP和IGBT驅(qū)動(dòng)電路之間需要有光電隔離電路，本例中采用由6N137構(gòu)成的光電隔離電路，如圖5所示：圖5 光電隔離電路 外擴(kuò)A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 本次暫時(shí)考慮使用DSP內(nèi)部A/D DSP控制電路的設(shè)計(jì) 本次暫時(shí)選用合眾達(dá)DSP2812開發(fā)板 預(yù)充電電路設(shè)計(jì) 預(yù)充電電路主要是考慮在有源濾波器開始補(bǔ)償前有一個(gè)合適的直流電容電壓，實(shí)驗(yàn)室中一般采用整流充電的方法，使有源濾波器在正式工作之前有一個(gè)合適的直流電壓，但是他多出了一套整流裝置怎加了成本，本例在實(shí)驗(yàn)階段采用此方法。正式產(chǎn)品采用PWM整流為為電容預(yù)充電。在實(shí)驗(yàn)階段需要配置三相調(diào)壓器與整流橋。選用觸摸屏進(jìn)行人機(jī)對(duì)話 啟動(dòng)投切及故障報(bào)警電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的投切由三個(gè)接觸器控制，即DSP等電源的投切、驅(qū)動(dòng)電路的投切和并網(wǎng)電路的投切。上電順序?yàn)镈SP等電源的投切后驅(qū)動(dòng)電路的投切最后并網(wǎng)電路的投切。分自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作模式。保護(hù)、故障切除及報(bào)警主要由DSP脈沖封鎖、驅(qū)動(dòng)保護(hù)和切斷并網(wǎng)接觸器和斷開總電源等組成。 電源設(shè)計(jì)。電源初步設(shè)計(jì)方案如圖6所示： 圖6 電源設(shè)計(jì)圖4． 系統(tǒng)軟件流程 本系統(tǒng)采用DSP2812為主控器件，軟件代碼采用C語言編程，所有小數(shù)運(yùn)算均轉(zhuǎn)化為Q15格式處理以提高運(yùn)算速度。程序由主程序和兩個(gè)中斷服務(wù)程序組成，主程序主要完成與上位機(jī)的通信（查詢方法）；捕獲中斷完成并網(wǎng)同步信號(hào)的采集；定時(shí)下溢中斷完成信號(hào)的采集、運(yùn)算和PWM波的輸出，AD有定時(shí)下溢驅(qū)動(dòng)。程序流程如圖79所示：圖7 主程序流程 圖8 捕獲中斷流程圖9 定時(shí)器下溢中斷流程5． 其它 開關(guān)器件損耗及散熱設(shè)計(jì)，IGBT型號(hào)為2MBI300U4H120 400600A/1200V，Inom =300A。Vcesat=。 Eon=12W, Eoff=10W, Erec=6W（1） 動(dòng)態(tài)損耗1）IGBT開關(guān)損耗：PIGBT=fsw(Eon+Eoff)Is/Inom=262W 6個(gè)為1690其中，fsw = IGBT 開關(guān)頻率，Eon=開通能量（參數(shù)表提供），Eoff=關(guān)斷能量（參數(shù)表提供），Is=實(shí)際工作電流 Inom=標(biāo)稱電流。2）續(xù)流二極管開關(guān)損耗：Pdiode= fswErecIF/Inom=77W 6個(gè)461其中，fw=IGBT 開關(guān)頻率，Erec=續(xù)流能量（參數(shù)表提供），IF =實(shí)際工作電流 Inom=標(biāo)稱電流。（2） 導(dǎo)通損耗1）IGBT 導(dǎo)通損耗：PIGBT=VcesatIsD=157 6個(gè)945W其中，Vcesat=飽和壓降（參數(shù)表提供），Is=集電極電流 D=平均占空比。2）續(xù)流二極管導(dǎo)通損耗：Pdiode=VFIF(1D)=150W 6個(gè)900W其中，VF=導(dǎo)通壓降（參數(shù)表提供），IF=實(shí)際工作電流，D=平均占空比。 總損耗為3996W