全數(shù)字串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的硬件設(shè)計(jì)-文庫吧資料
2024-08-12 00:15本頁面
【正文】 只須了解模塊的外特性即可使用。IPM是采用微電子技術(shù)和先進(jìn)的制造工藝，把智能功率集成電路與微電子器件及外圍功率器件組裝成一體，能實(shí)現(xiàn)智能功率控制的商品化部件。單相系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖42。圖41串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的主電路結(jié)構(gòu)主電路包括電力電子器件、直流側(cè)電容、輸出濾波電路、變壓器等幾部分。本文主電路采用一個(gè)三相逆變橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器所采用的主電路應(yīng)能產(chǎn)生三相可控電壓，對外相當(dāng)于三相可控電壓源?？刂泼}沖通過空間矢量算法產(chǎn)生。鎖相環(huán)電路可以獲取a相電源電壓的相位，用于諧波檢測算法。DSP芯片采用TI公司推出的TMS320LF2407A，它采用三級流水線工作方式，具有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)和高速的數(shù)據(jù)處理功能，并且含有豐富的外接I／O端口、片內(nèi)集成外圍設(shè)備和專用的脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation—PWM)生成單元和捕獲單元，因此控制性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的16位微控制器，可以滿足電能質(zhì)量控制中實(shí)時(shí)運(yùn)算的要求。需采集的信號為電網(wǎng)電壓u 、負(fù)載電壓u 和電網(wǎng)電流i ，分別經(jīng)相應(yīng)的隔離和信號調(diào)理電路調(diào)理后進(jìn)入各自的A／D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果送入DSP板?？刂齐娐凡捎靡訢SP為核心的全數(shù)字化方案，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，它包括三塊控制電路板：信號采集板(簡稱A／D板)、數(shù)字控制板(簡稱DSP板)和驅(qū)動板。從以上各定義可以看出，瞬時(shí)無功功率理論中的概念在形式上和傳統(tǒng)理論非常相似，可以看成傳統(tǒng)理論的推廣和延伸。 傳統(tǒng)理論中的有功功率、無功功率等都是在平均值基礎(chǔ)或相量的意義上定義的，它們只適用于電壓電流均為正弦波時(shí)的情況。 對于三相電壓和電流均為正弦波時(shí)的情況時(shí)，瞬時(shí)有功功率、瞬時(shí)無功功率的表達(dá)式可以描述如下：設(shè)三相電壓、電流分別為 (212a) (212b) (212c) (213a) (213b) (213c) 利用式(31)、(32)對以上二式進(jìn)行變換，可得 (214) (215) 式中。圖2 坐標(biāo)系中的電壓電流矢量 三相電路瞬時(shí)無功功率p（瞬時(shí)有功功率q）為電壓矢量e的模和三相電路瞬時(shí)無功電流（三相電路瞬時(shí)有功電流）的乘積。 三相電路瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無功電流分別為矢量i在矢量e及其法線上的投影。由下面的變換可以得到兩相瞬時(shí)電壓、和兩相瞬時(shí)電流、 (21) (22) 其中： 在圖2所示的平面上，矢量ea、eb和ia、ib分別可以合成為（旋轉(zhuǎn)）電壓矢量e和電流矢量i: (23) (24) 式中，e、i為矢量e、i的模。赤木泰文最初提出的理論亦稱pq理論，是以瞬時(shí)實(shí)功率p和瞬時(shí)虛功率q的定義為基礎(chǔ)的。10。三相電路的瞬時(shí)無功功率理論是該諧波實(shí)時(shí)算法的理論基礎(chǔ)。本文采用的諧波信號檢測算法是基于瞬時(shí)無功功率理論的pq算法[7。當(dāng)電網(wǎng)電壓和理想供電電壓*為存在偏差時(shí)，串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器提供補(bǔ)償電壓c對該偏差進(jìn)行補(bǔ)償，保證負(fù)載得到高質(zhì)量的供電電壓。數(shù)字控制電路以DSP為核心，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集(包括電網(wǎng)電壓、負(fù)載電壓、電網(wǎng)電流等)、數(shù)據(jù)處理(電壓諧波分析和計(jì)算等)和空間矢量PWM生成等功能。主電路采用三相橋式逆變電路產(chǎn)生三相可控的補(bǔ)償電壓，經(jīng)輸出濾波電路，通過變壓器耦合進(jìn)電網(wǎng)，產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償效果。總體上，國內(nèi)的研究尚處于理論研究和實(shí)驗(yàn)室研究階段。目前，國外對串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的研究，已從實(shí)驗(yàn)研究過渡到實(shí)用化研究階段，德國的西門子公司推出了串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的樣機(jī)，并已開始投入現(xiàn)場試運(yùn)行。 20世紀(jì)90年代末，西安交通大學(xué)姚為正等人對單獨(dú)使用的串聯(lián)型有源濾波器作了深入研究，提出了檢測負(fù)載電壓的控制方法，并對控制方法和補(bǔ)償特性進(jìn)行了詳盡的研究[2]。1994年，Alexandre Campos 等人將串聯(lián)型有源電力濾波器用于平衡三相不平衡電源獲得成功[4]。早期研究主要一些以H. Akagi等人為代表的日本學(xué)者為主。 串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的研究，可以追溯到1988年。目前，基于電能質(zhì)量控制技術(shù)應(yīng)用的各種電力電子設(shè)備研究方興未艾，但是大多都未能普及應(yīng)用和大批量生產(chǎn)。本文將DSP應(yīng)用于串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的控制中，設(shè)計(jì)并研制了一套全數(shù)字控制系統(tǒng)，用DSP實(shí)現(xiàn)了諧波實(shí)時(shí)檢測，并提出了一種在定點(diǎn)DSP中實(shí)現(xiàn)空間矢量PWM的算法，從而有效地實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的實(shí)時(shí)控制。由于要補(bǔ)償電網(wǎng)電壓諧波和電壓短時(shí)跌落等電能質(zhì)量問題，對于控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求非常高，如果控制系統(tǒng)采用模擬器件實(shí)現(xiàn)，則存在一些難以克服的缺點(diǎn)，如體積龐大、不易調(diào)試、受環(huán)境影響大并且不易更新和維護(hù)等 1。串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器是一種可以有效提高用戶端電能質(zhì)量的電力電子裝置，它串聯(lián)在電網(wǎng)和用電設(shè)備之間，可以補(bǔ)償電網(wǎng)存在的諸如電壓諧波、電壓跌落等電能質(zhì)量問題[1] 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所研制的數(shù)字控制系統(tǒng)硬件、軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，諧波檢測算法和空間矢量PWM算法快速有效，而其控制的串聯(lián)型電能質(zhì)量
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