基于DSP的諧波控制器的系統研制

　　0 引言

　　隨著電力系統的不斷發展和用電負荷的不斷增長,電力系統中的電能質量問題越來越突出,一方面,大量敏感性負荷對電能質量的要求越來越高,而另一方面,越來越多的非線性負荷不斷接入電網,使電力系統總體的電能質量狀況不斷惡化。

　　諧波是電能質量中很重要的一個方面,諧波的存在對電力系統產生的危害有以下幾個方面：

　　1)可能使電力系統繼電保護裝置和自動裝置產生誤動或拒動;

　　2)使各種電氣設備產生附加損耗和發熱,使電機產生機械振動及噪聲;

　　3)諧波電流在電網中流動增加損耗,影響電網及各種電氣設備的經濟運行;

　　4)諧波電流通過電磁感應、電容耦合以及電氣傳導等作用,對周圍的通信系統產生干擾;

　　5)諧波使電網中廣泛使用的各種測量儀表產生誤差;

　　6)增加了電網中發生諧波諧振的可能,從而造成很高的過電流或過電壓而引發事故的危險性。

　　隨著諧波污染的日益嚴重和對電能質量要求的提高,對諧波抑制的要求也越來越高,如何根據現場的諧波污染狀況進行濾波器的投切也變得更加重要。針對這種情況,研制了一種諧波控制器,它可以對現場的諧波和無功等進行監測,根據現場諧波狀況對濾波器進行自動投切,達到抑制諧波、改善電能質量的目的。下面介紹基于DSP芯片TMS32LF2407的諧波控制器的硬、軟件設計。

　　1 諧波控制器的硬件設計

　　諧波控制器的基本原理是實時對電流、電壓進行采樣,將采到的數據經過D5P進行數據分析后,得到現場諧波的狀況,從而決策是否對濾波器進行投切。

　　美國TI公司生產的TMS32LF2407型DSP芯片是一款高性能16位定點DSP,該系列DSP控制器將實時信號處理能力和控制器外設功能集于一 身,特別適合于工業控制應用。其芯片供電電壓為3.3V,降低了控制器的功耗。高達40M 1PS的執行速度(工作最高頻率為40MEz),片內有32K字的Flash程序存貯器,544字的DARAM和2K字的SARAM,可以外擴存貯器總共有：194K字空間,片內集成了看門狗(WDT);提供多達16路模擬輸入的10位A/D,最小轉換時間為375ns;高達40個可單獨編程或復用的通用輸入/輸出引腳。具有低成本、低功耗、高速運算能力和高性能處理能力的優點。因此,該DSP芯片可以滿足作為此系統主控芯片的要求。

　　所研制的諧波控制器的硬件結構圖如圖1所示。

　　通過圖1可知,此硬件電路主要包括采樣電路、中央處理單元、復位電路、鍵盤和液晶顯示功能、執行機構等幾個部分。下面就硬件電路設汁中要特別注意的地方進行闡述：

　　1.1 采樣電路

　　由于TMS32LF2407芯片的AD采樣最大只能送入3.3V的電壓信號,因此,在將電流、電壓信號送到AD口之前要經過電流互感器和電壓互感器進行調理,為了使引入的信號免受外界的干擾,互感器類型的選擇和調理電路的抗千擾要特別地注意。此外,采樣電路還應該要注意的一點是：由于 TMS32LF2407的AD口很脆弱,也就是說AD口不能送入峰值超過3.3V的電壓信號,否則AD口將被燒壞,因此,最好添加一個限幅電路。具體的調理電路如圖2所示。

　　1.2 過零檢測電路

　　為了使主芯片能夠實現同步采樣,進而提高數據處理的真實性,因此,在電路中應該加入過零檢測電路。過零檢測電路也就是方波發生電路,它對諧波分析同步采樣起著很重要的作用。它將電壓信號變為同頻率的方波信號,DSP通過捕獲方波的上升沿來跟蹤電網頻率,為保證同步采樣提供了條件。具體的檢測電路如圖3所示。

　　1.3 執行單元

　　在執行單元中,繼電器的供電電源是12V,而DSP的供電電源和IO口輸出的高電平為3.3V,為防止高于3.3V的電壓引入DSP,導致DSP的損壞, 繼電器控制信號的輸出采用了光耦器件817進行隔離,繼電器開關側使用了阻容吸收電路來減小在開關開合時的沖擊。具體電路如圖4所示。