一種全數(shù)字串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的硬件設(shè)計(jì)

1、目 錄摘要1前言31 電能質(zhì)量的歷史現(xiàn)狀41.1 電能質(zhì)量控制技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀41.2串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的研究背景42 串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本原理52.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)52.2 基本原理52.3 理論基礎(chǔ)63 控制電路設(shè)計(jì)84 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)94.1 主電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)94.1.1 主電路結(jié)構(gòu)94.1.2 主電路元件的選取和參數(shù)的設(shè)計(jì)94.1.3 主電路的實(shí)現(xiàn)114.2 控制電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)124.2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)124.2.2 數(shù)字控制電路板的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)124.2.3 信號采集電路板的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)165 結(jié)論18一種全數(shù)字串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的硬件設(shè)計(jì)作者：張?zhí)餂_ 指導(dǎo)老

2、師：李雪蓮 管曉虎摘要：串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器是一種可以有效提高用戶端供電質(zhì)量的電力電子裝置。該文設(shè)計(jì)并應(yīng)用數(shù)字信號處理器(digital signal processor-dsp)實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的全數(shù)字實(shí)時(shí)控制，提出了一種適合在定點(diǎn)dsp上實(shí)現(xiàn)的空間矢量pwm快速生成算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所研制的數(shù)字控制系統(tǒng)硬件、軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，諧波檢測算法和空間矢量pwm算法快速有效，而其控制的串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器具有良好的電能質(zhì)量控制性能。關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器；空間矢量research and development of a digital controlled series

3、 power quality controllerauthor: zhang tian-chong instructs the teacher:li xue-lian guan xiao-huabstract: series power quality controller(spqc)is an advanced power electronics device to improve the power quality of supply utilitya ful-ly-digital control system based on digital signal processor(dsp)

4、has been developed to implement the realtime control of series power quality controllerand a highspeed generating algorithm of space vector pulse width modulation(svpwm)was proposed，which is easy implemented with fixed-point dsp it can be verified by fully experimental results that the developed dig

5、ital control system works well，and all involved algorithms are effective to compensate the power quality problems of supply side voltagekeywords：power quality；series power quality controller；space vector前言隨著電力的市場化和以信息產(chǎn)業(yè)為代表的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，電力負(fù)載中的電能質(zhì)量敏感負(fù)荷越來越多，電能質(zhì)量問題越來越受到重視。串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器是一種可以有效提高用戶端電能質(zhì)量的電力電子裝

6、置，它串聯(lián)在電網(wǎng)和用電設(shè)備之間，可以補(bǔ)償電網(wǎng)存在的諸如電壓諧波、電壓跌落等電能質(zhì)量問題1 。 控制系統(tǒng)是串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的核心，直接決定了電能質(zhì)量控制的效果。由于要補(bǔ)償電網(wǎng)電壓諧波和電壓短時(shí)跌落等電能質(zhì)量問題，對于控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求非常高，如果控制系統(tǒng)采用模擬器件實(shí)現(xiàn)，則存在一些難以克服的缺點(diǎn)，如體積龐大、不易調(diào)試、受環(huán)境影響大并且不易更新和維護(hù)等 1。近年來電子技術(shù)和數(shù)字信號處理器(digital signal processordsp)發(fā)展迅速，已可以滿足電能質(zhì)量控制中的實(shí)時(shí)運(yùn)算的要求。本文將dsp應(yīng)用于串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的控制中，設(shè)計(jì)并研制了一套全數(shù)字控制系統(tǒng)，用dsp實(shí)現(xiàn)了諧波

7、實(shí)時(shí)檢測，并提出了一種在定點(diǎn)dsp中實(shí)現(xiàn)空間矢量pwm的算法，從而有效地實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的實(shí)時(shí)控制。1電能質(zhì)量的歷史現(xiàn)狀1.1電能質(zhì)量控制技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀美國電力科學(xué)研究院的n g. hingorani博士在1988年首先提出了“custom power”的電能質(zhì)量控制技術(shù)新概念1，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制理論和現(xiàn)代電力電子技術(shù)用于配電系統(tǒng)，與配電系統(tǒng)的自動化技術(shù)相結(jié)合，為各種不同要求的用戶提供相應(yīng)的供電質(zhì)量，使電網(wǎng)成為實(shí)時(shí)可控的柔性化配電系統(tǒng)，這是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和電力市場發(fā)展的結(jié)果，是下一代配電系統(tǒng)的發(fā)展方向2。目前，基于電能質(zhì)量控制技術(shù)應(yīng)用的各種電力電子設(shè)備研究方興未艾，但是大多

8、都未能普及應(yīng)用和大批量生產(chǎn)。1.2串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的研究背景在20世紀(jì)80年代以前，由于電壓型諧波源的數(shù)量少，容量小，并且使用分散，它們產(chǎn)生的諧波沒有引起人們重視，因此，針對此類電能質(zhì)量問題的研究很少。 串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的研究，可以追溯到1988年。最早是彭方正等人提出來的混合型串聯(lián)有源電力濾波器(shapf)3。早期研究主要一些以h. akagi等人為代表的日本學(xué)者為主。 20世紀(jì)90年代中期以后，應(yīng)用串聯(lián)型的電能質(zhì)量控制器補(bǔ)償系統(tǒng)三相不平衡、消除電壓閃變、瞬時(shí)跌落等的研究發(fā)展較快。1994年，alexandre campos 等人將串聯(lián)型有源電力濾波器用于平衡三相不平衡電源獲得成功

9、4。1994年，a. nabase等人成功地將串聯(lián)型有源電力濾波器用于抑制80噸電弧爐所產(chǎn)生的電壓閃變5。 20世紀(jì)90年代末，西安交通大學(xué)姚為正等人對單獨(dú)使用的串聯(lián)型有源濾波器作了深入研究，提出了檢測負(fù)載電壓的控制方法，并對控制方法和補(bǔ)償特性進(jìn)行了詳盡的研究2。 2003年，h. akagi等人發(fā)表了關(guān)于串聯(lián)型有源濾波器的建模和穩(wěn)定性分析的論文6。目前，國外對串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的研究，已從實(shí)驗(yàn)研究過渡到實(shí)用化研究階段，德國的西門子公司推出了串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的樣機(jī)，并已開始投入現(xiàn)場試運(yùn)行。在國內(nèi)，近年來，清華大學(xué)、東南大學(xué)、西安交通大學(xué)等高校也開展了對串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的研究?？傮w上，

10、國內(nèi)的研究尚處于理論研究和實(shí)驗(yàn)室研究階段。2串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本原理2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器系統(tǒng)總體的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由三相變流器主電路和數(shù)字控制電路兩部分構(gòu)成。主電路采用三相橋式逆變電路產(chǎn)生三相可控的補(bǔ)償電壓，經(jīng)輸出濾波電路，通過變壓器耦合進(jìn)電網(wǎng)，產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償效果。為簡化設(shè)計(jì)，功率器件選用智能功率模塊(intelligent power moduleipm)。數(shù)字控制電路以dsp為核心，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集(包括電網(wǎng)電壓、負(fù)載電壓、電網(wǎng)電流等)、數(shù)據(jù)處理(電壓諧波分析和計(jì)算等)和空間矢量pwm生成等功能。圖1串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.2基本原理串聯(lián)型電能

11、質(zhì)量控制器可以等效地看作一個可控電壓源，串聯(lián)在電網(wǎng)和用戶負(fù)載之間。當(dāng)電網(wǎng)電壓和理想供電電壓*為存在偏差時(shí)，串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器提供補(bǔ)償電壓c對該偏差進(jìn)行補(bǔ)償，保證負(fù)載得到高質(zhì)量的供電電壓。2.3理論基礎(chǔ)為了準(zhǔn)確地補(bǔ)償諧波，需要實(shí)時(shí)計(jì)算檢測信號中的諧波成份。本文采用的諧波信號檢測算法是基于瞬時(shí)無功功率理論的p-q算法7;8。三相電路的瞬時(shí)無功功率理論是該諧波實(shí)時(shí)算法的理論基礎(chǔ)。 三相電路瞬時(shí)無功功率理論首先于1983年由赤木泰文9;10;11提出，此后該理論經(jīng)不斷研究逐漸完善。赤木泰文最初提出的理論亦稱p-q理論，是以瞬時(shí)實(shí)功率p和瞬時(shí)虛功率q的定義為基礎(chǔ)的。在瞬時(shí)有功電流ip和瞬時(shí)無功電流iq

12、為基礎(chǔ)的理論體系中，設(shè)三相電路各相電壓和電流的瞬時(shí)值分別為、和、，為分析問題方便，把它們變換到兩相正交的坐標(biāo)系上研究。由下面的變換可以得到兩相瞬時(shí)電壓、和兩相瞬時(shí)電流、(2-1)(2-2) 其中： 在圖2所示的平面上，矢量ea、eb和ia、ib分別可以合成為（旋轉(zhuǎn)）電壓矢量e和電流矢量i:(2-3)(2-4) 式中，e、i為矢量e、i的模。分別為矢量e、i的幅角。 三相電路瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無功電流分別為矢量i在矢量e及其法線上的投影。即(2-5)(2-6) 式中，。圖2坐標(biāo)系中的電壓電流矢量 三相電路瞬時(shí)無功功率p（瞬時(shí)有功功率q）為電壓矢量e的模和三相電路瞬時(shí)無功電流（三相電路瞬時(shí)有功電流

13、）的乘積。即(2-7)(2-8) 把式(3-5)、(3-6)及代入式(3-7)、(3-8)并寫成矩陣形式得出(2-9) 式中： 把式(3-1)、(3-2)代入上式可得出p、q對于三相電壓、電流的表達(dá)式(2-10)(2-11) 從式(3-10)可以看出，三相電路瞬時(shí)有功功率就是三相電路的瞬時(shí)功率。 對于三相電壓和電流均為正弦波時(shí)的情況時(shí)，瞬時(shí)有功功率、瞬時(shí)無功功率的表達(dá)式可以描述如下：設(shè)三相電壓、電流分別為(2-12a)(2-12b)(2-12c)(2-13a)(2-13b)(2-13c) 利用式(3-1)、(3-2)對以上二式進(jìn)行變換，可得(2-14)(2-15) 式中，。 把式(3-14)和

14、(3-15)代入式(3-9)可得(2-16a)(2-16b)令，分別為相電壓和相電流的有效值，得(2-17a)(2-17b) 從上面的式子可以看出，在三相電壓和電流均為正弦波時(shí)，p、q均為常數(shù)，且其值和按傳統(tǒng)理論算出的有功功率p和無功功率q完全相同。 傳統(tǒng)理論中的有功功率、無功功率等都是在平均值基礎(chǔ)或相量的意義上定義的，它們只適用于電壓電流均為正弦波時(shí)的情況。而瞬時(shí)無功功率理論中的概念都是在瞬時(shí)值的基礎(chǔ)上定義的，它不僅適用于正弦波，也適用于非正弦和任何過渡過程的情況。從以上各定義可以看出，瞬時(shí)無功功率理論中的概念在形式上和傳統(tǒng)理論非常相似，可以看成傳統(tǒng)理論的推廣和延伸。3控制電路設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是

15、串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的核心?？刂齐娐凡捎靡詃sp為核心的全數(shù)字化方案，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，它包括三塊控制電路板：信號采集板(簡稱ad板)、數(shù)字控制板(簡稱dsp板)和驅(qū)動板。圖3串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的控制系統(tǒng)示意圖ad板主要實(shí)現(xiàn)輸入信號的預(yù)濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。需采集的信號為電網(wǎng)電壓u 、負(fù)載電壓u 和電網(wǎng)電流i ，分別經(jīng)相應(yīng)的隔離和信號調(diào)理電路調(diào)理后進(jìn)入各自的ad轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果送入dsp板。dsp板以dsp芯片為核心，由擴(kuò)展存儲器、鎖相環(huán)(phase lock looppll)和復(fù)雜可編程邏輯器件(complex programmable logic devicecpld)構(gòu)成

16、。dsp芯片采用ti公司推出的tms320lf2407a，它采用三級流水線工作方式，具有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)和高速的數(shù)據(jù)處理功能，并且含有豐富的外接io端口、片內(nèi)集成外圍設(shè)備和專用的脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulationpwm)生成單元和捕獲單元，因此控制性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的16位微控制器，可以滿足電能質(zhì)量控制中實(shí)時(shí)運(yùn)算的要求。重要數(shù)據(jù)的存儲由系統(tǒng)外擴(kuò)一片存儲器cy7c1021芯片來完成。鎖相環(huán)電路可以獲取a相電源電壓的相位，用于諧波檢測算法?？刂葡到y(tǒng)的譯碼電路采用cpld實(shí)現(xiàn)，用于協(xié)調(diào)各模塊之間的邏輯關(guān)系?？刂泼}沖通過空間矢量算法產(chǎn)生。最后由驅(qū)動板將dsp板生成的pwm信號轉(zhuǎn)換為

17、能有效驅(qū)動ipm的脈沖信號。4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)4.1主電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)4.1.1主電路結(jié)構(gòu)串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器所采用的主電路應(yīng)能產(chǎn)生三相可控電壓，對外相當(dāng)于三相可控電壓源。經(jīng)常采用的主電路結(jié)構(gòu)有兩類：一個三相逆變橋或三個單相逆變橋。本文主電路采用一個三相逆變橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。圖4-1串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的主電路結(jié)構(gòu)主電路包括電力電子器件、直流側(cè)電容、輸出濾波電路、變壓器等幾部分。4.1.2主電路元件的選取和參數(shù)的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)之前，首先根據(jù)電網(wǎng)和負(fù)載的工況，確定串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的額定工作條件如下：電源電壓：380v負(fù)載功率： 6.6 kva（根據(jù)負(fù)載的參數(shù)確定）主電路電流：

18、2 kva針對三相對稱系統(tǒng)的應(yīng)用，本文主電路的參數(shù)設(shè)計(jì)，主要以單相電路進(jìn)行分析的。單相系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4-2。圖4-2串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的單相系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1）功率器件的選取為簡化設(shè)計(jì)，功率器件選用智能功率模塊(intelligent power module，簡稱ipm)模塊。ipm是采用微電子技術(shù)和先進(jìn)的制造工藝，把智能功率集成電路與微電子器件及外圍功率器件組裝成一體，能實(shí)現(xiàn)智能功率控制的商品化部件。模塊大多采用密封式結(jié)構(gòu)，以保證良好的電氣絕緣和抗震性能。用戶只須了解模塊的外特性即可使用。因此，采用ipm可以簡化設(shè)計(jì)工作，縮短系統(tǒng)的研制周期。模塊內(nèi)部主要包括欠壓保護(hù)電路、驅(qū)動igbt的電路、過流

19、保護(hù)電路、短路保護(hù)電路、溫度傳感器及過熱保護(hù)電路、門電路和igbt12。本文實(shí)驗(yàn)裝置采用三相的ipm模塊7mbp75ra-1200。其耐壓為1200v， 電流為75a。2）變壓器的設(shè)計(jì)從電路拓?fù)渖峡?，變壓器設(shè)計(jì)主要是選擇變壓器的變比以及額定工作時(shí)的電壓、電流、容量等參數(shù)。由于變壓器串聯(lián)在電源和負(fù)載之間，因此其主電路一側(cè)電流的額定值和負(fù)載額定值一樣。當(dāng)橋式整流負(fù)載工作在額定情況時(shí)，其直流側(cè)電壓uld為540v。所以變壓器主電路一側(cè)的額定電壓峰值為負(fù)載相電壓峰值： 2-1)當(dāng)選擇直流側(cè)電容電壓udc為700v時(shí)，串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器主電路中變流器能夠輸出的最大電壓的峰值為(2-2)考慮到損耗及裕量

20、，選擇變壓器的變比為n=1。因此，可知變壓器主電路一側(cè)的有效值為： (2-3)綜上，本文最后確定的變壓器的額定電壓為90v，額定電流為5a。變壓器應(yīng)能滿足1khz以下正常工作的要求。3）輸出濾波電路設(shè)計(jì)功率電路的輸出是頻率很高的方波，需要將其開關(guān)頻率的分量濾除后才能接到變壓器上。濾波電路設(shè)計(jì)的原則是能恰好濾除開關(guān)頻率的分量，保留輸出所需要的諧波分量。濾波環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：(3-1) 其諧振頻率為：(3-2) 本文開關(guān)頻率為固定的20khz，要求串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器能補(bǔ)償20次以內(nèi)的諧波，即能無失真地輸出1khz以下的補(bǔ)償電壓。根據(jù)濾波環(huán)節(jié)的波特圖，綜合考慮開關(guān)頻率的濾波效果、輸出頻率和最小的諧

21、振幅度，確定濾波參數(shù)為l=0.2mh、c=20f、r=2 。此時(shí)，系統(tǒng)的諧振頻率為3.5khz，傳遞函數(shù)為：(3-3)4.1.3主電路的實(shí)現(xiàn)主電路的設(shè)計(jì)，除了要對元件的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，還需要進(jìn)行散熱的設(shè)計(jì)、電磁兼容的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及用戶操作接口的設(shè)計(jì)。圖4-3給出了最終實(shí)現(xiàn)的全數(shù)字串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器實(shí)物照片。圖4-3串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器實(shí)物照片4.2控制電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)是串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的核心。本文采用以dsp為核心控制器的全數(shù)字控制方案。4.2.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)檢測主電路的電壓或電流信號，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算，產(chǎn)生占空比變化的脈動信號，驅(qū)動變流器中的開關(guān)器件動作，實(shí)現(xiàn)對主電路

22、的控制。出于降低制作風(fēng)險(xiǎn)、方便調(diào)試以及通用性等方面的考慮，本文控制電路分布在兩塊電路板上：數(shù)字控制電路板（簡稱dsp板）、信號采集電路板（簡稱a/d板）。圖4-4給出一個直觀的示意圖。圖4-4串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.2.2數(shù)字控制電路板的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)dsp是整個數(shù)字控制系統(tǒng)的核心，本文選用ti公司的dsp芯片，型號為tms320lf2407a。ti公司開發(fā)的dsp芯片占世界dsp芯片市場的50以上，在中國應(yīng)用也最為廣泛。tms320lf2407a采用多級流水線工作方式，具有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)和高速的數(shù)據(jù)處理功能。采用tms320lf2407a組成的dsp系統(tǒng)如圖4-5所示。圖4-5ds

23、p控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖4-6表示了數(shù)據(jù)在控制系統(tǒng)中的流向，描述了整個控制系統(tǒng)的輪廓和連接關(guān)系。圖4-6控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向示意圖數(shù)字控制板主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、補(bǔ)償指令電流的運(yùn)算以及與其他設(shè)備通訊的功能。它以dsp芯片為核心，由擴(kuò)展存儲器、cpld模塊和pwm信號輸出模塊構(gòu)成。1) 擴(kuò)展存儲器系統(tǒng)需要外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲器。在調(diào)試的時(shí)候，用作程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器；在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候，用作數(shù)據(jù)存儲器。系統(tǒng)使用了一片cy7c1021，連接如圖4-7。圖4-7外擴(kuò)存儲器(cy7c1021)電路2) cpld邏輯控制模塊控制系統(tǒng)的譯碼電路采用可編程邏輯器件（complex programmable logic devi

24、ce，簡稱cpld）實(shí)現(xiàn)，用于協(xié)調(diào)各模塊之間的邏輯關(guān)系。cpld是一種可編程邏輯器件，主要是“與-或”兩極結(jié)構(gòu)，采用可編程“熔絲”將“與”門陣列、“或”門陣列及寄存器互連起來。具有集成度高、結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn)，還有標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件和半定制邏輯器件的優(yōu)點(diǎn)。cpld的邏輯結(jié)構(gòu)和功能，最終由用戶編程決定。主要實(shí)現(xiàn)以下功能：1) 進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換時(shí)的地址譯碼和數(shù)據(jù)鎖存；2) 增強(qiáng)總線驅(qū)動能力3) 協(xié)調(diào)各個中斷綜合考慮容量、時(shí)延和成本等因素，選擇了altera公司的epm7128stc100-15。其信號連接如圖4-8所示。圖4-8cpld (epm7128stc100-15)電路3)pwm信號輸出模塊針對驅(qū)動板

25、的特點(diǎn)，pwm信號輸出模塊需要將dsp直接輸出的pwm信號反相，并進(jìn)行鎖存。同時(shí)在系統(tǒng)初始上電時(shí)，pwm輸出信號應(yīng)當(dāng)封鎖，以免出現(xiàn)異常。選用的芯片為74act00，其連接如圖4-9。圖4-9pwm信號輸出電路4.2.3信號采集電路板的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)信號采集電路板主要完成信號采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能，它以a/d轉(zhuǎn)換芯片為核心，由輸入信號檢測和調(diào)理模塊、a/d轉(zhuǎn)換模塊和鎖相環(huán)構(gòu)成。1) 輸入信號檢測和調(diào)理模塊三相負(fù)載電流經(jīng)霍爾電流傳感器后，在取樣電阻上形成與其成比例的電壓信號，然后經(jīng)同相比例放大電路（輸入阻抗高，可減少對前級電路的影響）后，進(jìn)入抗混疊濾波電路，其原理圖如圖4-10。設(shè)計(jì)的抗混疊濾波器的截止

26、頻率為2.5khz。圖4-10前向信號調(diào)理電路2) a/d轉(zhuǎn)換模塊串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的指令是諧波，因此，需要a/d芯片具有比較高的精度，而且應(yīng)能同步采樣。a/d轉(zhuǎn)換由外擴(kuò)的三片a/d轉(zhuǎn)換芯片a/d7864來實(shí)現(xiàn)的。a/d7864片內(nèi)含有12位a/d轉(zhuǎn)換器快速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換速率為250ksps。它具有4路輸入通道，可同時(shí)采樣并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。典型的采樣轉(zhuǎn)換時(shí)間為4s，用單一正5v供電，模擬量輸入范圍為10v。自身具有高速并行輸出接口，以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式輸出?？刂葡到y(tǒng)通過編寫dsp和cpld的程序來控制三片a/d轉(zhuǎn)換芯片的啟動與轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取。采樣時(shí)間的基準(zhǔn)由電壓同步電路和cpld共同進(jìn)行控制來

27、完成。負(fù)載的三相諧波電流信號、三相諧波電壓信號以及直流母線電壓信號分別經(jīng)相應(yīng)的隔離和信號調(diào)理電路調(diào)理后進(jìn)入各自的a/d轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，如圖4-11。圖4-11a/d轉(zhuǎn)換電路3) 同步信號獲取模塊在電流諧波指令計(jì)算時(shí)，需要知道正弦波電壓的相位，另外，為了確定采樣的起始時(shí)刻，也需要確定電壓的相位信號。為此，將a相電壓，經(jīng)隔離降壓后引入到控制電路中，經(jīng)濾波整形后，將與a相電壓同頻同相的5v方波信號引入到cpld，cpld根據(jù)a相同步確定a/d采樣時(shí)刻，同步信號獲取的電路如圖4-12所示。圖4-12同步信號獲取電路設(shè)計(jì)完控制電路的原理圖后，還需要設(shè)計(jì)印刷線路板，并進(jìn)行硬件調(diào)試。最終實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)型

28、電能質(zhì)量控制器的全數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)物如圖4-13所示。圖3-18dsp數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)物照片5結(jié)論本文首先闡述了串聯(lián)型電能質(zhì)量控制技術(shù)的研究背景和研究現(xiàn)狀，分析了電能質(zhì)量控制技術(shù)，然后介紹了串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理，并設(shè)計(jì)制作了一臺以全控型器件ipm為開關(guān)器件的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，分別介紹了主電路和基于dsp的全數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并提出了一種適合在定點(diǎn)dsp上實(shí)現(xiàn)的空間矢量pwm快速算法。最后，本文詳細(xì)討論了當(dāng)電網(wǎng)存在電壓諧波和負(fù)載為電壓源型諧波源時(shí)，串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的控制方法。串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器是一種可以有效提高用戶端供電質(zhì)量的電力電子裝置，其對控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求非常高

29、。本文實(shí)現(xiàn)了一套基于dsp的全數(shù)字化串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器，可以實(shí)時(shí)補(bǔ)償電網(wǎng)中存在的諸如電壓諧波、電壓跌落等電能質(zhì)量問題。該數(shù)字控制系統(tǒng)具有硬件設(shè)計(jì)簡單、調(diào)試方便、控制靈活、抗干擾性強(qiáng)等模擬控制系統(tǒng)不能比擬的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，本文還提出了一種適合在定點(diǎn)dsp上實(shí)現(xiàn)的空間矢量pwm快速算法。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)硬件、軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，具有一定的推廣價(jià)值。參考文獻(xiàn)：1 h. akaginew trends in active filters for power conditioningieeet ransindustry applications，1996，vo132(6)：131213222 peng, f.

30、 z., a new approach to harmonic compensation in power systems-a combined system of shunt passive and series active filters, industry applications, ieee transactions on, 1990, vol. 26, no. 6, pp. 983-990.3 campos a, j. g. z. p. d., lindsay j f. analysis and design of a series voltage unbalance copensator based on a three-phase vsi operating with unbalanced switching functions, ieee trans.on power electronics, 1994,vol. 9(3) pp. 269-274.4 nabae a et al, suppression of flicker i