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基于DSP的并联型电力有源滤波器的研究

来源：飒榕旅游知识分享网

　第1期　2008年2月

工矿自动化　

IndustryandMineAutomation　

No.1　

Feb.2008　

文章编号:1671-251X(2008)01-0021-04

基于DSP的并联型电力有源滤波器的研究

杨琳霞1,　付周兴2,　刁宇清1

(1.陕西理工学院电气系,陕西汉中　723003;2.西安科技大学电控学院,陕西西安　710054)

　　摘要:文章提出了采用电力有源滤波器补偿电力系统谐波的方案,并以并联有源电力滤波器为研究对象,对其拓扑结构、补偿分量的检测算法、控制策略等问题作了较系统的研究,在该基础上介绍了一种基于DSP的并联型有源滤波器的设计。通过仿真实验对有源滤波器数学模型、检测算法及控制策略的有效性和

实用性进行了验证。

关键词:谐波;并联有源电力滤波器;电压空间矢量;双滞环电流控制;DSP　　中图分类号:TM48　　　文献标识码:A

ResearchofParalleledActivePowerFilterBasedonDSPYANGLin2xia1,　FUZhou2xing2,　DIAOYu2qing1

(1.Dept.ofElectricofShanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723003,China.2.CollegeofElectricityandControlofXi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,China)

　　Abstract:Thepaperputforwardaschemeofharmoniccompensationforpowersystemwithactivepowerfilter(APF).Takingparalleledactivepowerfilterasinvestigatedsubject,itmadesystematicstudyfortopology,detectionalgorithmofcompensationreference,controlstrategiesoftheAPF.Onthebasisofthestudy,itintroducedthedesignofparalleledAPFbasedonDSP.Itverifiedthevalidityandpractica2bilityofthemathematicmodel,detectionalgorithmandcontrolstrategiesoftheAPFbysimulation

收稿日期:2007-06-22

作者简介:杨琳霞(1977-),女,硕士研究生,研究方向为电力系统及其自动化。

班领导及相关领导;P5=局总调,则可以得出报警数据的预处理模型,如表3所示,可以依据该模型对其它数据分析建模。

表3　报警数据的预处理模型表

编码

N=0

N=1P1P2P2P2

N=2P1P2P3P3

N=3P1P2P3P4

N=4P1P2P3P5

特大型企业来说,更是如此。从长期的实践经验中

可以得出:煤矿监控检测数据存在着一定的内部规律和具体的应用规则。在该基础上,本文分析说明了优化传输的必要性和可行性,并根据淮北矿业集团的应用实际,建立了煤矿安全监管信息预处理模型,对煤矿信息集成提供了有益的参考。

参考文献:

[1]　卞长弘,卞培松,王晓滨,等.矿井监测监控系统综述

[J].煤炭企业管理,2005(7):62～63.

[2]　HUAGang,TheIntegrtionofMonitoredControlSys2

temBasedonCSCW.ProceedingofSecondInterna2tionalConferenceonComputer2aidedIndustrialDesignandConceptualDesign[C].Bangkok:InternationalAcademicPublishers,1999:287～289.

时长

一级报警二级报警三级报警四级报警

P1P1P1P1

4　结语

煤矿信息集成系统是一个对实时性和稳定性要

求很高的系统,特别是对于淮北矿业集团这种国有

・22・experiment.

工矿自动化2008年2月　　　　　

Keywords:harmonic,paralleledactivepowerfilter,voltagespacevector,doublehysteresiscurrentcontrol,DSP0　引言

与驱动电路负责驱动主电路IGBT开关;主电路用来产生补偿电流。与APF并联的高通滤波器

(HighPassFilter,HPF)能滤除APF所产生的补偿电流中开关频率附近的谐波。

　　APF的工作原理:谐波无功电流检测电路将负载电流iL中的谐波电流iLh和无功电流iLq分离出来,然后把它们反相并产生出补偿电流ic的调制波信号ic3,亦即指令信号ic3=iLh+iLq。补偿电流控制电路根据ic3的值输出触发脉冲,通过驱动隔离电路驱动主电路的功率开关,使其产生补偿电流ic。

ic要跟踪ic,故ic≈-ic,所以:is=iL+ic=iL-ic

3电力电子设备的大量使用使得谐波问题日益严

重,谐波成为影响电能质量的主要因素,通常的方法是通过装设谐波补偿装置来补偿谐波。谐波补偿的传统方法是采用LC调谐无源滤波器。无源滤波器虽然结构比较简单,成本低,容易实现,但是其本身固有的缺陷限制了其发展,如:LC滤波器是针对特定谐波进行补偿的,对电网阻抗和频率的变化十分敏感,滤波效果不易保证;LC滤波器可能会跟电网阻抗发生并联谐振,将谐波电流放大,从而导致系统不能正常工作,甚至会烧坏滤波器。

与无源滤波器相比,有源滤波器(APF)具有高度可控和快速响应的特性,其特点是不仅能够补偿各次谐波,还可以抑制闪变、补偿无功;不受系统阻抗特性的影响,可消除与系统阻抗发生并联谐振的危险;具有自适应能力,可自动跟踪补偿变化着的谐波。本文主要研究并联型电力有源滤波器。1　工作原理

APF原理电路如图1所示。

=iL-(iLh+iLq)=iLp

即电源电流is中只含有基波有功分量iLP,从而达到补偿谐波与无功的目的。根据原理,对于三相APF,还能对电流的不对称度和负序电流等进行补

偿。另外,作为主电路的PWM变流器,在产生补偿电流时主要作为逆变器工作,在电网向APF直流侧储能元件充电时则作为整流器工作。2　硬件电路设计

整个装置由2个部分组成,即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。补偿电流发生电路由补偿电流跟踪控制电路、驱动隔离电路和主电路3个部分构成。指令电流运算电路的核心是DSP,运用扩展dq算法检测负载电流中的谐波和无功分量,并根据无功补偿和谐波抑制装置的补偿目的得出补偿电流的指令信号。补偿电流发生电路则产生跟踪指令电流的补偿电流以达到补偿谐波和无功的目的。控制系统的硬件主要包括DSP控制芯片、D/A与A/D电路、采样周期信号发生电路、非线性负载电

图1　APF原理电路图

流的检测与调理电路、三角波比较电路、驱动电路和直流侧电压控制与均压控制电路。如图2所示,系统通过电流传感器检测非线性负载的电流iLa、iLb和

iLc,经电流信号调理后送入DSPTMS320LF2407A

　　从图1中可以看出APF由2个部分组成:谐波与无功电流检测电路及补偿电流发生电路(由补偿电流跟踪控制电路、驱动隔离电路和主电路3个部分构成)。前者的作用是检测出负载电流中的谐波与无功电流等分量;后者的作用是根据检测出来的谐波与无功电流等产生相应的补偿电流。其中,补偿电流控制电路是补偿电流发生电路的核心环节,负责根据补偿电流指令信号、由控制算法计算得到主电路每相桥臂各功率开关器件的触发脉冲;隔离

的A/D端口。驱动电路接收来自DSP的PWM信号并经隔离和放大后驱动主电路的开关管,以控制主电路电流跟随指令电流的变化。2个电压传感器分别检测变流器直流侧的总电压和上部电容电压,经电压信号调理电路后送入DSP,通过合理的控制以调节直流侧电压的稳定以及上、下电容电压的均

2008年第1期杨琳霞等:基于DSP的并联型电力有源滤波器的研究

流器,保护实验系统的安全。

　　　　・23・

衡。启动、关断和保护模块按一定的时序控制装置的启动和关断,并提供装置的过流、过压、过热、缺相等故障保护功能。

启/停信号中断用于控制实验系统的工作与停止。4　试验结果

为了验证上述谐波检测和控制方案的有效性以及由此构成的基于DSP的并联型有源电力滤波器是否能很好地补偿谐波和无功电流,本文进行了实验。采用阻性负载作为三相不控桥式整流器的负

载,试验中在负载侧接了1个8Ω的电阻。

下面以A相为例给出实验波形。图4、5、6分别给出了补偿前的电源电流波形以及指令电流波形和补偿后的电源电流波形。从图中可以看出,在未

图2　APF硬件电路图

加入APF时的A相电源电流波形发生了严重畸变,为平顶波,在加入本实验装置之后电源电流的波形有了明显的改善,十分接近于正弦波。这说明APF试验装置是有效的,并验证了本文提出的算法

3　软件设计

APF软件由系统初始化程序、中断处理程序等部分组成,如图3所示。其中,中断处理程序是有源滤波器软件系统的主要组成部分,它包括以下环节:电流采样单元中断、捕获单元中断、故障信号中断、启/停信号中断。

和主电路设计的正确性。

图4　未加入APF的A相电源电流波形

图3　APF软件组成框图

图5　A相指令电流波形

　　电流采样单元的任务是响应DSP芯片的ADC环节中断,分析从电网采样得到的电流数值,检测出电流的谐波含量,然后根据指令电流信号,发出控制变流器通断的开关信号。

　　捕获单元的任务是响应电压过零检测电路发出的中断信号,得出电网电量的基波频率,调整定时器的定时值以跟踪电网频率的变化,同时这一环节也有使滤波器工作和保持电网电压同步的作用。

数字锁相环单元的任务是检测到过零检测单元后,对其进行相位跟踪,同时实现采样频率的设定,进行外部触发A/D中断。它的作用和捕获单元的作用基本一致。

故障信号中断的作用是接收逆变器由于过/欠压、过热、过流产生的故障输入信号,并立即关断变

本文以并联有源电力滤波器为研究对象,对其拓扑结构、补偿分量的检测算法、控制策略等问题作了较系统的研究。在该基础上,介绍了一种基于DSP的并联型电力有源滤波器的设计。仿真实验5　结语

图6　补偿后A相电源电流波形

表明所设计的有源滤波器具有良好的谐波补偿特性、自适应补偿能力。

　第1期　2008年2月

工矿自动化　

IndustryandMineAutomation　

No.1　

Feb.2008　

文章编号:1671-251X(2008)01-0024-03

行程控制的研究及其Matlab仿真

钱揖斌,　伍小杰,　戴　鹏

(中国矿业大学信电学院,江苏徐州　221008)

　　摘要:文章介绍了主井提升系统中三段式S型速度给定的数学模型,基于Matlab/Simulink构建了其仿

真模型,给出了仿真结果。通过分析仿真结果表明,该种模型的S型速度给定方式停车准确,并且提升效率高,具有很好的应用价值。

关键词:提升机;行程控制;速度给定;Matlab;仿真　　中图分类号:TD534;TP273　　　文献标识码:A

ResearchofPositionControlandItsMatlabSimulationQIANYi2bin,　WUXiao2jie,　DAIPeng(CollegeofInformationandElectricalEngineeringofCUMT.,Xuzhou221008,China)

　　Abstract:ThepaperintroducedmathematicalmodelofStypeofthree2segmentspeedsettinginmainshafthoistsystem,anddesigneditssimulationmodelbasedonMatlab/Simulinkandgaveoutthesimula2tionresult.TheanalysisandsimulationresultshowedthattheStypeofspeedsettingofthemodelcanstophoistercorrectly,liftefficiently,andhasgoodappliedvalue.

Keywords:hoister,positioncontrol,speedsetting,Matlab,simulation0　引言

提升机在矿山承担着矿物的提升、人员的上下、材料和设备的运送等任务,对矿山生产起着非常关键的作用,有着重要的国民经济意义。提升机的电控装置技术性能如何,将直接影响矿山生产的效率及安全。在我国的部分矿井中,随着生产的发展、生产能力的增大,提升系统已经变成矿井生产的一个瓶颈,提升能力不足几乎成了许多矿井生产的共性问题。造成这种情况的原因之一就是提升系统效率

收稿日期:2007-08-11

作者简介:钱揖斌,男,中国矿业大学信电学院2004级硕士研究生,研究方向为交流传动。

普遍低下。因此,如何优化提升机控制系统,努力提

高提升机效率,延长设备使用寿命,使提升机既安全又高效地运行,是提升机电控系统的一个重要课题,这也是进行提升机数字行程控制器研究的主要目的。本文对矿井提升机的S型速度曲线进行了研究,并通过Matlab/Simulink对其进行了仿真。该方法已经成功应用在一套矿井提升系统的设计中。1　S型速度给定模型的提出

矿井提升机电气传动系统实质上是一个位置控制系统,提升机在井筒中的加速、减速、爬行和停车都与其在井筒中的位置有关,即提升机的给定速度需要按照容器在井筒中的位置进行给定。行程给定方式以前是采用凸轮板给定方法,目前大部分采用

无功功率检测[J].电力电子技术,1992(2):14～17.

[4]　王兆安,杨　君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿

[M].北京:机械工业出版社,1998.

[5]　吴竟昌.电力系统谐波[M].北京:水利电力出版社,

1988.

[6]　杨　君,王兆安.并联型电力有源滤波器控制方式的研

参考文献:

[1]　朱桂萍,王树民.电能质量控制技术综述[J].电力系统

自动化,2002,26(19):28～31.

[2]　张雄伟,陈　亮,徐光辉,等.DSP集成开发与应用实例

[M].北京:电子工业出版社,2002.

[3]　李　民,王兆安.基于瞬时无功功率理论的高次谐波和

究[J].西安交通大学学报,1995(3).

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