【正文】 次級(jí)回路嚴(yán)禁開路，否則將損壞儀器，同時(shí)輸入端不能短路，否則會(huì)增加電流誤差。+12V供電。 電壓和電流互感器輸出的信號(hào)較小，而TMS320F2812的A/D轉(zhuǎn)換模塊可接收的電壓信號(hào)為03V。R1R18是可調(diào)電阻，通過調(diào)節(jié)兩個(gè)可調(diào)電阻的阻值能改變電路的放大倍數(shù)，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的電壓范圍；DD8是起輸入保護(hù)作用，使運(yùn)放與外設(shè)連接時(shí)，有電纜等注入高電壓脈沖噪聲，若這種噪聲超過運(yùn)放的據(jù)對(duì)最大額定值，則內(nèi)部寄生二極管導(dǎo)通，運(yùn)算放大器會(huì)被破壞，這時(shí)添加DD8這種二極管期望選用正向電壓降比寄生二極管低的肖特基二極管。加入過零檢測(cè)電路即方波電路，將電壓信號(hào)變成同頻率的方波信號(hào)，DSP通過捕捉上升沿來跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，以保證同步采樣。當(dāng)大于0時(shí)，輸出高電平；當(dāng)小于0時(shí)，輸出低電平。TMS320F281x系列處理器是美國德州儀器公司（Texas Instruments) 推出的高性能數(shù)字信號(hào)處理器，該系列處理器是基于TMS320C2xx內(nèi)核的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，集成了多種先進(jìn)的外設(shè)，為控制領(lǐng)域提供了良好的平臺(tái)。F2812數(shù)字信號(hào)處理器是在F24x的基礎(chǔ)上開發(fā)的32位高性能定點(diǎn)芯片，兼容24x指令系統(tǒng)，能夠直接運(yùn)行在24xDSP 上開發(fā)的程序。（2） 高性能的32位CPU，采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行16x16位和32x32 位的乘累加運(yùn)算；快速中斷響應(yīng)和處理能力，統(tǒng)一尋址模式，高效的代碼轉(zhuǎn)換功能（支持C/C++和匯編編程)；同時(shí)與TMS320F24x/F240x系列數(shù)字信號(hào)處理器代碼兼容。（4） 外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口，最大可擴(kuò)展lMxl6bit的存儲(chǔ)空間；可編程等待周期、讀寫時(shí)序；3個(gè)獨(dú)立的片選信號(hào)，擴(kuò)展方便。（6） 12bit的ADC流水線模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，2個(gè)采樣保持電路，2x8通道復(fù)用輸入接口，轉(zhuǎn)換周期最小60ns，單通道轉(zhuǎn)換周期為200ns。多達(dá)56個(gè)可配置通用I/O引腳。 TMS320F2812DSP芯片。它能夠提供DSP控制器與現(xiàn)實(shí)世界的鏈接通道，通過ADC單元可以測(cè)量如電壓、電流、溫度、速度等模擬量。模擬電路主要包括模擬多路復(fù)用開關(guān)（MUX）、采樣/保持（S/H）電路、AD轉(zhuǎn)換內(nèi)核、電壓參考以及其他輔助模擬電路；數(shù)字電路主要包括可編程轉(zhuǎn)換序列器、結(jié)果寄存器（RESULTn）、與外設(shè)總線的接口、與模擬電路的接口及與其他片上模塊的接口。同樣，2個(gè)獨(dú)立的8路通道也可級(jí)聯(lián)成1個(gè)16路通道，這種方式稱為級(jí)聯(lián)模式。（2）具有2個(gè)采樣/保持（S/H）器，S/H采樣時(shí)間窗口有獨(dú)立的預(yù)定標(biāo)控制。（4）輸入模擬電壓范圍為03V。（6）16路模擬輸入通道。（8）排序器工作方式：2個(gè)獨(dú)立的8路通道模式和16路通道級(jí)聯(lián)模式。（9）16個(gè)結(jié)過寄存器用于存放ADC轉(zhuǎn)換結(jié)過，RESULTn中存放的數(shù)字量可表示為： （） （10）具有4種啟動(dòng)ADC的方式：S/W軟件啟動(dòng)，EVA中多個(gè)事件源可啟動(dòng)，EVB中多個(gè)事件源可啟動(dòng)，外部引腳啟動(dòng)。（11）中斷控制靈活，可允許每個(gè)或者每隔一個(gè)序列轉(zhuǎn)換結(jié)束后產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。 內(nèi)置AD模塊方塊圖串行通訊接口(Serial Communications Interface ,SCI)，包含兩個(gè)串行通訊接口(SCI)模塊，SCI模塊提供了DSP 與其它標(biāo)準(zhǔn)nonreturntozero(NRZ)格式的異步外圍之間的數(shù)字通訊。為了保證數(shù)據(jù)的完整性，SCI有中斷偵測(cè)、同位檢測(cè)、過載和框架錯(cuò)誤去檢查接收進(jìn)來的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)選用的是TI公司的TPS70351型LDO線型穩(wěn)壓器，對(duì)DSP進(jìn)行供電，它能夠給DSP提供雙路且獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。，用TPS70351型LDO線性穩(wěn)壓器將+ 。由于RS485總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布線成本低，有較高的性能價(jià)格比，而且RS485可帶多個(gè)負(fù)載，只要對(duì)程序稍做修改即可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)PC機(jī)監(jiān)控多臺(tái)下位機(jī)。RS232采用負(fù)邏輯，而TMS320F2812的I/O電平是TTL電平，因此，用RS232進(jìn)行串行通信的時(shí)候，需要用電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 RS485通信圖鍵盤是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵的部件，通過鍵盤能夠向DSP輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等等，是人為干預(yù)微處理器的主要手段。但是中斷方式需要占用CPU的外部中斷資源，還可能會(huì)干擾其他中斷程序的運(yùn)行，因此本系統(tǒng)采用查詢方式，即對(duì)相應(yīng)I/O口的狀態(tài)進(jìn)行查詢。按下鍵時(shí)輸出為低電平，未按下鍵時(shí)輸出為高電平。本系統(tǒng)采用的是LR080AR/D系列顯示器。 本章完成了本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)。闡述了這四個(gè)模塊的原理，分析了各模塊的實(shí)現(xiàn)方法。按模塊可以化分為主程序、采樣中斷子程序、測(cè)頻子程序、FFT子程序、液晶按鍵子程序和RS485子程序。在系統(tǒng)完成初始化任務(wù)以后，使中斷向量表中的ADCINT中斷指向A/D中斷函數(shù)，完成A/D初始化并使能中斷第一組向量。本程序的采樣頻率為，連續(xù)采樣2個(gè)周期，一個(gè)周期采樣64個(gè)點(diǎn)，這樣可以保證FFT可以計(jì)算到32次諧波。 FFT及參數(shù)計(jì)算子程序FFT算法的具體算法詳見上面章節(jié)的相關(guān)內(nèi)容。 RS485通信子程序采用MAX公司的MAX485芯片作為RS485通信的收發(fā)器MAX485是MAX公司生產(chǎn)的一種RS485接口芯片，它使用單一電源,，可以完成TTL與RS485之間轉(zhuǎn)換。R0和D1端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)。同一時(shí)刻MAX485芯片中的“接收器”和“發(fā)送器”只能夠有1個(gè)處于工作狀態(tài)。分析了各軟件模塊的原理，完成了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示的程序設(shè)計(jì)。 靜止無功補(bǔ)償裝置(SVC) 靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）于20世紀(jì)70年代興起，現(xiàn)已發(fā)展成為技術(shù)成熟的FACTS裝置，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的負(fù)荷補(bǔ)償和輸電線路補(bǔ)償(無功補(bǔ)償)。 針對(duì)不同行業(yè)不同類型的負(fù)荷需要補(bǔ)償不同類型的無功及其它諸如抑制諧波等的技術(shù)需求，并且隨著無功補(bǔ)償技術(shù)的不斷發(fā)展，SVC己經(jīng)發(fā)展成具有多種類型的一個(gè)系列，主要包括：晶閘管投切電容器型(TSC)、晶閘管控制電抗器型(TCR)、固定電容器+晶閘管控制電抗器型(FC+TCR)、晶閘管投切電容器型+晶閘管控制電抗器型(TSC十TCR)和無源濾波器+晶閘管控制電抗器型(PF+TCR)等。表61各種類型SVC的性能對(duì)比性能指標(biāo)TSCTCRFC+TCRTSC+TCRPF+TCR適用負(fù)荷范圍感性容性感性/容性感性/容性感性/容性控制方式不連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)響應(yīng)速度快快快快快調(diào)節(jié)精度差好好好好特征次諧波治理無無無無良好分相調(diào)節(jié)有限可以可以可以可以 PF+TCR型SVC利用無源濾波器濾除特征次諧波，同時(shí)利用PF中的固定電容補(bǔ)償固定容量的容性無功。本方案具有動(dòng)態(tài)調(diào)整無功功率和濾除特征次諧波的雙重功效。 靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM) 隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，80年代以來，一種更為先進(jìn)的靜止型無功補(bǔ)償裝置出現(xiàn)了，這就是采用自換相變流電路的靜止同步補(bǔ)償器(STAICOM)。在諧波抑制方面,STATCOM裝置通過控制電力電子器件的開斷，調(diào)制出與電網(wǎng)諧波電流大小相等、極性相反的輸出電流，與電網(wǎng)諧波電流相抵消從而達(dá)到諧波治理的良好效果。STATCOM有電壓型和電流型兩種電路結(jié)構(gòu)，其中電壓型橋式電路的運(yùn)行效率更高，所以本方案選用電壓型橋式電路作為主電路結(jié)構(gòu)。 電壓型STATCOM的主電路圖 由于電力系統(tǒng)具有非線性及負(fù)荷參數(shù)多變等特點(diǎn)，高壓大功率STATCOM的工程化還有很多問題沒有得到很好的解決，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費(fèi)用投資大，維護(hù)工作量也較大，還需進(jìn)一步做大量的理論和工程應(yīng)用研究。（IHAPF）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖從結(jié)構(gòu)上可以看出，注入式混合型有源濾波器(IHAPF)由注入型APF與無源濾波器PF并聯(lián)混合得到，只由注入支路電容和無源濾波器PF進(jìn)行無功功率的靜態(tài)補(bǔ)償，由有源和無源部分共同抑制諧波。諧波抑制方面，IHAPF通過向電網(wǎng)注入一定的補(bǔ)償電流來抵消諧波源負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流，能自動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)阻抗和頻率的快速變化，具有高可控性和快速響應(yīng)特性。 注入支路參數(shù)對(duì)濾波效果的影響 注入支路對(duì)于注入式混合型有源濾波器起著至關(guān)重要的作用，關(guān)系著諧波注入能力和無功補(bǔ)償?shù)某潭取? 不考慮背景諧波電壓的影響，IHAPF接入點(diǎn)處次諧波電壓由流過系統(tǒng)側(cè)電網(wǎng)的n次諧波電流產(chǎn)生，且僅與系統(tǒng)側(cè)電網(wǎng)的n次諧波阻抗和流過系統(tǒng)電網(wǎng)n次諧波電流有關(guān),滿足以下關(guān)系式 （）系統(tǒng)電網(wǎng)短路阻抗主要呈現(xiàn)阻感性，在頻域內(nèi)，電阻在總的阻抗中所占的比重很小，可以忽略。即 （） 式中，為系統(tǒng)電網(wǎng)電感值,可以得到電網(wǎng)電壓 （） 基于以上分析，其中將APF等效為一個(gè)受控電壓源。 IHAPF網(wǎng)側(cè)單相電氣模型 ，注入式混合型有源濾波器通過改變APF交流側(cè)電壓來調(diào)整注入支路兩端的電壓差，從而達(dá)到控制注入電流的目的。 () 聯(lián)合式()、()化簡(jiǎn)可得注入電流與APF交流側(cè)電壓關(guān)系如下 () 當(dāng)有源濾波器交流側(cè)電壓滿足式()的要求時(shí)，可以完全濾去網(wǎng)側(cè)諧波電流。 新型雙諧振注入式混合型有源濾波器(DIHAPF)IHAPF為了獲得理想的諧波注入能力，降低APF所承受的容量，注入支路諧波阻抗需要盡量小，從而導(dǎo)致需要選用容值較大的電容。針對(duì)上述注入支路存在諧波注入能力與無功容易過補(bǔ)互相矛盾的問題，本文在充分研究了典型IHAPF注入支路參數(shù)對(duì)諧波注入能力影響的基礎(chǔ)上，提出了一種雙諧振注入支路的新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，此新型結(jié)構(gòu)同時(shí)具備并聯(lián)諧振注入支路和串聯(lián)諧振注入支路的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在保證諧波注入能力的同時(shí)，可有效防止注入支路無功過補(bǔ)情況的發(fā)生。使并聯(lián)支路基波阻抗值為極大；與串聯(lián)諧振于基波頻率，起到旁路基波電流的作用。即使電網(wǎng)頻率生較大偏差，這種新型結(jié)構(gòu)仍可保證并聯(lián)諧振支路承受大部分基波電壓，串聯(lián)諧振支路發(fā)揮旁路基波電流的作用，從而在更大范圍內(nèi)保證有源濾波器承受較小的基波容量。 DIHAPF諧波抑制原理與諧波放大分析 ，假設(shè)電源電壓為，電網(wǎng)阻抗為，將負(fù)載看成諧波電流源，而將電壓型逆變器看成電壓源同時(shí)假設(shè)隔離變壓器為理想變壓器，其電壓變比為n:1(網(wǎng)側(cè)電壓:閥側(cè)電壓)，將電壓型逆變器和輸出濾波器折算到隔離變壓器網(wǎng)側(cè)后，和分別代表輸出濾波器的阻抗和流經(jīng)的電流，代表基波串聯(lián)諧振支路的等效阻抗，代表并聯(lián)諧振支路的等效阻抗。 DIHAPF網(wǎng)側(cè)單相原理圖，有 （）化簡(jiǎn)方程組（）并消去變量，得 （） 式中： 由公式（）可得 （）由公式()可知，通過合理控制電壓型逆變器輸出電壓的大小即可有效降低電網(wǎng)諧波電流人的含量，達(dá)到治理諧波的目的。為取得理想濾波效果，取值不能過小。這樣，在一些諧波超標(biāo)嚴(yán)重，而只需補(bǔ)償少量容性無功或需補(bǔ)償感性無功的應(yīng)用場(chǎng)合，IHAPF為了保證諧波治理效果將極易導(dǎo)致系統(tǒng)無功過補(bǔ)，難以滿足系統(tǒng)需求。當(dāng)，并聯(lián)諧振頻率高于基波頻率時(shí)，隨諧振頻率的增高，注入支路補(bǔ)償?shù)母行詿o功逐漸變大；當(dāng)，并聯(lián)諧振頻率低于基波頻率時(shí)，隨諧振頻率的降低，注入支路補(bǔ)償?shù)娜菪詿o功逐漸變大。綜上所述，雙諧振型注入支路結(jié)合了串聯(lián)諧振支路和并聯(lián)諧振支路的優(yōu)點(diǎn)，從無功補(bǔ)償適用范圍及適用電壓等級(jí)兩方面拓寬了注入式混合型有源濾波器的適用范圍。首先通過坐標(biāo)變換矩陣將三相電流變換為今、通過低通濾波器后獲得、的基波分量，再經(jīng)過逆變換矩陣變換得到三相坐標(biāo)系下的基波分量、和進(jìn)而計(jì)，算出需要補(bǔ)償?shù)闹C波分量、和。首先，分別對(duì)負(fù)載電流人和DIHAPF輸出諧波電流進(jìn)行檢測(cè)，得到其諧波分量和，并獲得其誤差信號(hào)，然后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行遞推積分PI控制，獲得脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)，觸發(fā)功率模塊產(chǎn)生所需的注入電流，抵消系統(tǒng)中的諧波電流，達(dá)到濾波效果。傳統(tǒng)的PI能夠?qū)Ρ豢亓繛橹绷髁亢妥兓徛牧繉?shí)現(xiàn)無差控制，但當(dāng)被控量為正弦量時(shí)，如果直接采用傳統(tǒng)PI控制，會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差。遞推積分PI控制算法為 （） 式（）中 ：為時(shí)刻控制器的輸出，為時(shí)刻的誤差采樣值，為一個(gè)周期內(nèi)的采樣數(shù)，、分別為時(shí)刻的比例系數(shù)和積分系數(shù)，等于取整。系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、精度高，分析功能齊全，實(shí)時(shí)仿真功能強(qiáng)大，為電網(wǎng)管理的科學(xué)化和電能質(zhì)量的改善奠定了良好的基礎(chǔ)。 總結(jié) 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力電子設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，嚴(yán)重影響了電能質(zhì)量，而隨著電力市場(chǎng)的逐步完善，對(duì)電能質(zhì)量的要求卻越來越高，同時(shí)提供21世紀(jì)用戶滿意的電能質(zhì)量也是智能電網(wǎng)的最終目標(biāo)之一。本文完成了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)。闡述了這四個(gè)模塊的原理，分析了各模塊的實(shí)現(xiàn)方法。分析了各軟件模塊的原理，完成了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示的程序