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1、2005年 3月郑州大学学报(工学版)Mar.2005第26卷 第1期JournalofZhengzhouUniversity(EngineeringScience)Vol.26No.1 文章编号:1671-6833(2005)01-0088-04基于DSP的数字电能质量控制器硬件设计刘宪林,付永生(郑州大学电气工程学院,河南郑州,450002)摘 要:通过对目前有源滤波器和电能质量控制器设计方法的比较和分析,提出了一种以DSP芯片TMS320LF2407为微控器的电能质量控制器的设计方案.利用该芯片强大的运算功能以及片内集成的事件管理器外设可以很方便的实现实时的谐波抑制、无功补偿
2、、负荷平衡和降低电压闪变等功能.另外,利用该芯片的丰富片内外设以及电路中选择的智能驱动芯片,为控制器扩展了许多辅助功能,如过电压、过电流、串口通信等.该方案减小了电能质量控制器的设计复杂性和设计成本,对于电能质量控制器的产品化设计具有借鉴意义.关键词:脉宽调制;数字信号处理;电能质量;控制器中图分类号:TP274 文献标识码:A0 引言1 电能质量控制器总体结构随着科学技术的发展,一方面各种复杂的、精并联有源滤波器通过检测非线性负荷的电密的、对电能质量敏感的用电设备不断普及,人们流,将电流分解为基波分量和谐波分量,通过向负对电能质量的要求越来越高.另一方面,大量的冲荷注入与负载谐波
3、电流分量大小相等、方向相反击性、波动性负荷以及非线性负荷产生大量高次的补偿电流,消除非线性负载对电网的影响.电能谐波,而且也会产生电压闪变、波动、三相不平衡质量控制器比并联有源滤波器增加了部分功能,等,这些都使电网电压波形和电流波形畸变越来如通过补偿无功以消除电压闪变,通过补偿负序越重[1].因而电能质量问题日益成为研究的热点.电流以消除三相电压不对称等.图1是电能质量当前,改善电能的手段和设备主要包括无源控制器(PQC)与负荷并联的示意图.本装置控制方式采用三角波比较的电流跟踪型PWM技术,滤波器、有触点开关或晶闸管投切电容器、静止无[2]把指令电流和逆变电路实际输出的电流进行比功补
4、偿装置以及不间断供电电源等.自1976年较,求出偏差电流,再去和三角波进行比较,产生L.Gyugyi等人提出有源电力滤波器概念以来,随PWM波形.这种控制方式使功率开关器件的开关着新型电力半导体器件的发展、脉宽调制技术的频率等于载波频率,装置输出电流谐波含量低,方发展以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时[3,4]便了高频滤波器的设计.检测方法的提出,使有源滤波器得到迅速发展和完善.日本学者Akagi在1996年分析有源滤波器新趋势一文中,首次提出了电能质量调节器(PQC,PowerQualityConditioner)的概念.PQC的研究主要包括理论、拓扑、测量和控制等方面的内容.目
5、前,并联型电能质量控制器在国内还处在实验室的研究阶段,本文作者着眼于如何把并联电能质量控制器转向实用化、产品化方面做了一些图1PQC工作示意图试探性的工作,在装置的设计中考虑了控制器的Fig.1WorkingsketchblockforPQC多功能、实时性以及低成本性. 本装置包括数字电路、模拟电路和与电网连 收稿日期:2004-10-08;修订日期:2005-01-11作者简介:刘宪林(1955-),男,河南省洛阳市人,郑州大学教授,博士,主要从事电力系统分析与控制方面的研究.第1期 刘宪林等 基于DSP的数字电能质量控制器硬件设计 89接
6、的主电路等3个电路模块.硬件原理图如图2CAN协议串行通信接口.装置中令一片PLD所示.装置除了具有实时补偿谐波、无功、电压不(GAL16V8)工作于译码方式.同时,微控器平衡及抑制电压闪变等功能外,还具有主电路过(LF2407)的地址总线管脚、数据总线管脚、控制功流保护、输出驱动欠压保护和直流电压检测等功能管脚以及未用到的管脚通过扩展接口引出,许能.另外还具有同步串行接口SPI、异步串行接口多管脚可以通过片内寄存器被设置为通用I/OSCI以及能有效支持分布式控制和实时控制的口,为扩展装置功能提供了方便.图2PQC硬件原理图Fig.2Schematicdiagramofhardware
7、system2 硬件设计2.1 数字电路设计装置采用TMS320LF2407A作为微控器.LF2407是16位定点DSP芯片,是TMS320C2000系列中面向数字控制系统的新一代数字信号处理器.LF2407以其功能强大的指令系统、丰富的外设,尤其是两个事件管理器集成于片内系统中,使得该款芯片在控制领域得到日益广泛的应用.其具体特点及应用详见文献[5].以下是数字模块部分电路介绍.2.1.1 电源电路图3 数字模块电源电路数字电路的工作电压有两
