數字信號處理器（DSP）在串聯型電力有源濾波器中的應用

1引言

應用電力電子技術抑制諧波，以改善電能質量的新技術——電力有源濾波器（ActivePowerFilter）已成為近年來電力系統研究領域中新的熱點。國際上以抑制諧波電流為目的的并聯型電力有源濾波器應用居多，而隨著電壓敏感性負載不斷增多，以電壓畸變治理為主的串聯型有源濾波器，正顯示著越來越大的利用價值。同時，它又是進一步研究綜合電能質量補償器的前提條件，因此，對串聯型有源濾波器進行研究有著重大的意義。

在串聯型有源濾波器的研制過程中，我們采用了美國德州儀器公司（TI）的TMS320F240數字信號處理器（DigitalSignalProcessor），極大地方便了軟硬件的開發，加快了研制的進程。

TMS320F240具有下述特點【2】【3】：

（1）50ns的指令周期，在一個指令周期內可完成

一次乘法和一次加法；

（2）大容量的片內存儲器：包含544字×16位的

片內數據/程序雙口（DualAccess）RAM，16k字×16位的片內FlashEEPRO，共計224k字×16位存儲器地址范圍（64k數據，64k程序和I/O以及32k全局存儲器空間）；

（3）事件管理模塊：12路比較/脈沖寬度調制

（PWM）通道，3個16位通用定時器，3個死區控制的16位全比較單元，4個捕獲單元；

（4）雙10位A/D轉換模塊；

（5）基于鎖相環（PLL）的時鐘模塊；

（6）看門狗定時器模塊（具有實時中斷功能）；

（7）6個外部中斷（電源驅動保護、復位、NMI及3種可屏蔽中斷）。

充分使用TMS320F240DSP芯片構成的實用系統，具有擴充的外圍電路少、控制電路簡單、控制手段靈活、易調試和易維護等很多特點。

2以DSP為核心的硬件結構

串聯型電力有源濾波器主電路由串聯電路和并聯電路組成，結構如圖1所示。

圖1串聯型電力有源濾波器主電路

圖2以DSP為核心的控制結構框圖

串聯電路功能是：檢測電網畸變電壓，分離出需要補償的電壓并產生控制信號，生成補償電壓注入電網，實現電壓補償的功能。并聯電路功能是：檢測有源濾波器輸入電流，生成電流控制信號，從而維持電容電壓恒定和保證設備功率因數。同時，作為一個實用裝置，還必須實現相應的投入、切除手段和故障情況下的保護手段。

控制電路以DSP為核心，其結構框圖如圖2所示。

電網電壓、電流經過傳感器后變成＋5V～－5V的弱電信號,經過調理電路后變成0～5V的信號,其中從電壓互感器來的A相電壓信號經帶通濾波后送入鎖相分頻模塊,產生采樣保持分頻窄脈沖信號來控制保持電路,使之每個工頻周期保持指定點。而分頻窄脈沖經過處理電路的處理后作為DSP內部A/D的起動信號使用。

主電路的控制采用兩片TMS320F240。一片作為主DSP，除負責并聯整流控制（產生并聯側整流及輸入電流控制PWM信號驅動并聯側主電路）外，還承擔整套裝置的協調工作，包括投入切除算法控制，故障保護控制及故障檢測功能。它的輸出信號一部分用于控制驅動模塊以得到恒定的直流電容電壓，另一部分控制主電路繼電器。而另一片作為從DSP，用于串聯側的電壓補償PWM控制信號的產生，TMS320F240將電壓電流采樣信號經過DSP檢測算法運算后生成補償信號，補償信號通過TMS320F240內部PWM控制模塊產生PWM控制信號送給驅動模塊，經由驅動模塊驅動主電路生成補償電壓注入電網。

3DSP軟件的設計

DSP完成了APF系統中的絕大多數功能，為了完成這些功能，除用到TMS320F240的核心部分外，還充分應用了F240片內的許多外圍模塊，如A/D模塊，事件處理模塊和外部中斷功能。整個算法由并聯側與串聯側算法構成。