【正文】 圖 倍頻原理圖 在圖 的倍頻電路中包括兩個重要的模塊，鎖相電路 PLL 和分頻器，硬件設(shè)計的重點也就是對 PLL 器件和分頻器器件的選擇。本文中設(shè)計的是用鎖相環(huán)元器件使輸出信號為輸入信號的 128 倍的倍頻電路。MAXl25 可以和 DSP 并行工作，從而減輕了 DSP 的工作負(fù)擔(dān)。 本章的硬件設(shè)計采用了兩片精度更高的 14bit 的 4 通道同時采樣的 MAX125。 采樣電路是控制器的重要組成部分，其轉(zhuǎn)換精度決定了控制器性能的優(yōu)劣。 圖 DSP 控制器電源模塊 表 TPS7333Q 電氣參數(shù) 輸入電壓 /V 輸出電壓 /V 輸出電流 /mA 工作溫度 封裝形式 5 最大值 典型值 最小值 500 40~+125℃ DIP， SO 采樣電路模塊的設(shè)計 采樣電路的設(shè)計包括同步信號捕獲和外接 8 通道電流電壓采樣電路。而對于多電源系統(tǒng)，采用的一把策略是將 +5V 的電源經(jīng)過 DC/DC 變換得到其它數(shù)量級的電源電壓，如 、 、 等。濾波器電路回路連接到2407A 芯片的 PLLF 和 PLLF2 引 腳。全比較 PWM 輸出單元有六個輸出管腳，兩兩互補輸出，用于對應(yīng) 銅橋臂 IGBT 控制。 （ 5）豐富的片內(nèi)外設(shè) 圖 是 2407A 的系統(tǒng)配置 結(jié)構(gòu) 。 2407A 的一條指令周期為 25ns。在通用的微處理器中，乘法指令是由一系列加法和移位來實現(xiàn)的，故需要許多 個指令周期來完成。 （ 2）流水線操作 與哈佛結(jié)構(gòu)相匹配， DSP 芯片指令系統(tǒng)廣泛采用流水線操作以減少指令執(zhí)行時間，增強處理器的處理能力，把指令周期減小到最小值。 碩士學(xué)位論文 13 2407A 型數(shù)字處理器特點 圖 DSP 控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) （ 1）改進(jìn)哈佛結(jié)構(gòu) 哈佛結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的馮如圖 所示，整個控制器包括：處理器模塊、 A/D 采樣模塊、 數(shù)據(jù) 存儲器擴展模塊、液晶顯示模塊、 矩陣 鍵盤輸入模塊、硬 件鎖相環(huán) 模塊、 PWM 硬件死 區(qū) 延時 模塊和通信模塊。這為有源電力濾波器控制器數(shù)字化提供了先決條件， 無論 從硬件的完備性，數(shù)據(jù)處理的快速性，還是算法的兼容性上講，它既發(fā)揮了單片機的各 種優(yōu)勢，也克服了以前單片機系統(tǒng)的一些客觀的弱點。有源電力濾波器控制器是整個控制系統(tǒng)的核心部分，它完成的功能包括檢測計算，控制算法以及 PWM 脈寬調(diào)制等。 第五章，有源電力濾波器控制的工程應(yīng)用。 第三章，諧波實時電流檢測及 DSP 實現(xiàn)。對江西某銅箔廠的現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集顯示，其諧波分量主要集中在 5 次、 7 次、 11 次、 13 次，而且現(xiàn)場的功率因素僅為 ，所以，對銅箔廠的治理不僅包括諧波治理，還要補償3600KVAR 的無功功率?，F(xiàn)在固定的裝置或者便攜設(shè)備基本都是采用 LCD 模塊來設(shè)計，正在逐步取代模擬時代的發(fā)光二極管的顯示方式，這也是順應(yīng)科技發(fā)展的一個技術(shù)趨勢。 控制器的兼容性設(shè)計是工業(yè)技術(shù)設(shè)計方面經(jīng)常用到的準(zhǔn)則，好比今天使用的PC 機，無論是硬件設(shè)備還是軟件協(xié)議，驅(qū)動配置都是要求有兼容性的要求，不然就沒有辦法實現(xiàn)當(dāng)今 inter 的飛速發(fā)展。設(shè)計一個好的控制器會從如下幾個方面來考慮問題： ? 控制器的實時性 ? 控制器的可靠性 ? 控制器的兼容性 ? 控制器的可操作性 一個性能完備的控制系統(tǒng)要求動態(tài)跟蹤性能快和穩(wěn)態(tài)誤差小，從動態(tài)特性方面考慮，控制器的實時性也就是控制器的響應(yīng)速度必須要滿足系統(tǒng)的要求，具體而言，一個性能優(yōu)良的有源電力濾波器控制器的響應(yīng)速度一般在一個工頻周期也即 20ms 的時間之內(nèi)。有源濾波器一般由三大部分組成：檢測電路、控制電路和功率變換電路。 變流器APF諧波源 圖 單獨使用的串聯(lián)型 APF 串聯(lián)型 APF 單獨使用方式能有效濾除電網(wǎng)的諧波電壓，具有有源裝置容量小和運行效率高等優(yōu)點，但存在絕緣強度高、難以適應(yīng)線路故障條件以及不能進(jìn)行無功功率動態(tài)補償?shù)热秉c，且負(fù)載的基波電流全都流過連接 用的變壓器，其工程實用性受到限制。隨著電力電子技術(shù) 的發(fā)展，全控型功率開關(guān)器件（如可關(guān)斷晶閘管 GTO 和絕緣柵雙極性晶體管 IGBT）的電壓和電流額定值不斷提高，成本不斷降低，人們從雙或多逆變器的方向提出了各種 APF 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，來滿足工業(yè)應(yīng)用的要求。 諧波源PFAPF變流器 圖 APF 與 PF 串聯(lián)后并聯(lián)接入電網(wǎng)的 HAPF 這種方式利用無源部分承受了大部分的基波電壓，所以逆變器承受的基波電壓小，適合于高電壓系統(tǒng)的應(yīng)用。為降低成本、減小逆變器的容量和適應(yīng)高電壓的要求，人們利用 PF 的成本低的優(yōu)點，提出了各種 APF 與 PF 混 合使用方式。最早的有源電力濾波器是單獨使用的并聯(lián)型有源電力濾波器，經(jīng)過多年的發(fā)展，為了盡量發(fā)揮有源電力濾波器的特長，提高其性能并盡量降低其容量，結(jié)合無源電力濾波器的特點發(fā)展成了串聯(lián)混合型有源電力濾波器、并聯(lián)混合型有源電力濾波器等 等，為了適應(yīng)不同的補償對象，發(fā)展了各種各樣的有源濾波器形式。 在國外，有源電力濾波器已開始在工業(yè)和民用設(shè)備上得到廣泛使用，并且諧波補償?shù)拇螖?shù)逐步提高，有的可以高達(dá) 25 次諧波；單機裝置的容量逐步提高。 1976年， LGyugyi 和 ECStyaula 提出了用 PWM 逆變器構(gòu)成的有源電力濾波器 [ 26]。 有源電力濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀 有源電力濾波器的基本工作原理是由 HSasaki 和 HMachida 于 1971 年首先提出的 [ 25]。在諧波源附近和公用電網(wǎng)節(jié)點裝設(shè)并聯(lián)型或串聯(lián)型 APF，可以有效地起到補償或隔離諧波的作用，并聯(lián)型還可以進(jìn)行無功功率補 償，但裝置造價較高。比如采用矩陣式變頻器、四象限變流器等，可以使變流器產(chǎn)生的諧波非常少，且功率因數(shù)可控制為 1。缺點是必須保 證 三次倍數(shù)的諧波源與系統(tǒng)的同步，且諧波發(fā)生器的功率消耗常常高達(dá)整流器直流功率的 10％。 （ 3）采用多重化技術(shù)。 主動治理諧波的措施主要有以下幾種： （ 1）增加變流裝置的相數(shù)或脈沖數(shù)。 （ 3）提高設(shè)備抗諧波干擾能力。 受端 治理的措施主要有以下幾種： （ 1）選擇合理的供電方式。對 220KV 以上的電網(wǎng)及其供電用戶，以 110KV 電網(wǎng)的規(guī)定作為參考標(biāo)準(zhǔn)，或者以保證 220KV 下一級電網(wǎng)符合標(biāo)準(zhǔn)的要求為依據(jù)。1993 年美國電氣與工程協(xié)會（ IEEE）進(jìn)一步完善了 IEC55 標(biāo)準(zhǔn)，并在其基礎(chǔ)上補充了對高壓、大功率用電負(fù)荷產(chǎn)生諧波的限制標(biāo)準(zhǔn)，這就是 IEEE/ANSI Standard 519 諧波限制標(biāo)準(zhǔn)。因此可以說，我國對諧波問題的研究起步于 80 年代，在整個 90 年代有了長足的發(fā)展，與國外研究水平的差距正在不斷減小。隨后，許克明等也于 1991 年出版了《電力系統(tǒng)高次 諧波》 [18]，張一中等 1992 年出版了《電力諧波》[2]，夏道止等 1994 年出版了《高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波分析及濾波》 [ 3]，林海雪等 1998 年出版了《電力網(wǎng)中的諧波》 [ 4]，這些著作都對人們認(rèn)識和研究諧波作出了很大的貢獻(xiàn)。 Kimbark E. 《 Direct Current Transmission》 [ 17]中對此 進(jìn)行了總結(jié)，該書包括了電力系統(tǒng)諧波方面 60 篇以上的參考文獻(xiàn)。在 20 世紀(jì) 20年代和 30 年代的德國，研究者由靜止變流器引起的波形畸變提出了電力系統(tǒng)諧波的概念。諧波分量還會使電流過零時的dtdi/ 值過大，導(dǎo)致斷路器斷弧困難，影響斷流能力。比如電力載波通信、遠(yuǎn)動裝置信號以及與架空線平行的通訊線路，諧波 的影響都很大。測量儀表是在純正弦波情況下進(jìn)行校驗的，如果供電的波形發(fā)生畸變，儀表則容易產(chǎn)生 誤差。當(dāng)有諧波畸變時，依靠采樣數(shù)據(jù)或過零工作的數(shù)字繼電器容易產(chǎn)生誤差。另外， 3 的倍數(shù)次零序電流會在三角形接法的繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，這一額外的環(huán)流可能會使繞組電流超過額定值。諧波電流一方面在輸電線路上產(chǎn)生諧波壓降，另一方面增加了輸電線路上的電流有效值，從而引起附加輸電損耗。諧波電壓或電流會在電機的定子繞組、轉(zhuǎn)子回路以及定子和轉(zhuǎn)子鐵芯中引起附加損耗。大體上說 ， 諧波危害 主要表現(xiàn)在以下幾個方面 [18][914]： （ 1）電力電容器引起的諧波放大。 電力系統(tǒng) 諧波 危害 諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對公用電網(wǎng)時一種污染。另外，工業(yè)用的電弧爐、電石爐也是個比較大的諧波源，由于加熱原料時電爐的三相電極很 難同時接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負(fù)荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器注入電網(wǎng)。它的 大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關(guān)。其中用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波最多。 在 IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 5191981 中諧波定義為：“諧波為一周期波或量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”。在理想的電力系統(tǒng)中，電源以單一恒定頻率（ 50Hz 或 60Hz）的正弦變化規(guī)律向電網(wǎng)供電，系統(tǒng)中各點的電流、電壓都是以單一恒定的供電頻率隨時間按正弦規(guī)律變化的量。 the control program includes the sampling and signal analysis, the modulation and triggering of signal and the modification of control variable. At last, the thought and realization of system program are formulated in this thesis. With the appliance of HAPF in Jiang Xi Copper Foil Company, the system topology structure, main circuit design, parameters putation and output filter design are discussed. Furthermore, the feasibility of this equipment has been validated by applying effectiveness. Keywords: active power filter, digital signal processing, harmonic detection, slidingwindow Fourier. 有源電力濾波器控制器的研制及其應(yīng)用 IV 目 錄 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 ......................................................... II 摘 要 ....................................................................................................................................... II Abstract ...................................................................................................................................III 第 1 章 緒 論 ........................................................................................................................ 1 電力系統(tǒng)諧波 .............................................................................................................. 1 電力系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的原因 ................................................................................. 1 電力系統(tǒng)諧波危害 .............................................................................................. 2 電力系統(tǒng)諧波研究現(xiàn)狀 ..................................................................................... 4 電力系統(tǒng)諧波治理方法 ............................................................................................. 5 有源電力濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀 ..................................................................................... 6 有源電力濾波器控制器的技術(shù)特點 ........................................................................ 9 本文的研究背景及主要內(nèi)容 .............