有源電力濾波器中的諧波檢測電路設(shè)計(jì)

摘要：針對現(xiàn)在有源電力濾波器中諧波檢測的缺陷，設(shè)計(jì)出一種基于DSP、AD756和MAX260等硬件相結(jié)合的諧波檢測電路。分析了 ip-iq諧波電流檢測算法，并且在硬件上實(shí)現(xiàn)。介紹了硬件結(jié)構(gòu)原理，給出硬件設(shè)計(jì)框圖和諧波檢測各部分的程序流程，并研制出諧波檢測電路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了諧波檢測的快速性和準(zhǔn)確性，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，有較好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：諧波檢測；TMS320F2812；AD7656；PLL；MAX260；C8051F330

對于有源電力濾波器(APF)而言，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地檢測出諧波電流是非常關(guān)鍵的，它的快速性、準(zhǔn)確性、靈活性以及可靠性直接決定APF的補(bǔ)償性能。
設(shè)計(jì)的諧波檢測電路檢測出的多路模擬信號會有一定的延遲性，這會大大影響APF計(jì)算諧波的精確性和準(zhǔn)確性。本文中諧波檢測裝置所用的AD7656具有6路同步采樣特性，克服了測量結(jié)果之間延遲的缺點(diǎn)，使得測量精度高。以上優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了目前APF中諧波電流檢測技術(shù)的缺陷，而且抗混疊濾波器、隔離放大器、過零檢測電路、鎖相倍頻電路的設(shè)計(jì)增強(qiáng)了檢測的精確性。

1 裝置整體運(yùn)行原理及相關(guān)算法
1．1 裝置運(yùn)行原理
圖1為并聯(lián)型有源電力濾波器的原理結(jié)構(gòu)框圖。圖中，交流電網(wǎng)對非線性負(fù)載電，非線性負(fù)載為諧波源，產(chǎn)生諧波并且消耗無功功率。有源電力濾波器由4部分組成：諧波電流檢測電路、電流跟蹤控制電路、主開關(guān)器件驅(qū)動電路和主電路。諧波電流檢測電路采用基于瞬時(shí)無功功率理論的ip-iq算法，根據(jù)有源電力濾波器的補(bǔ)償目的檢測出負(fù)載電流中的諧波分量，同時(shí)還要檢測直流側(cè)母線電容電壓。然后將這些信號輸入電流跟蹤控制電路，通過控制算法生成一系列PWM信號，以此作為補(bǔ)償電流的指令信號。這些信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后輸入主開關(guān)器件驅(qū)動電路，驅(qū)動主電路中的主開關(guān)器件。此時(shí)，APF產(chǎn)生并向電網(wǎng)注入補(bǔ)償電流，該電流與非線性負(fù)載電流相位相反，幅值為負(fù)載電流中的諧波分量，從而達(dá)到濾波目的。

圖1 APF主電路系統(tǒng)構(gòu)成圖

有源電力濾波器檢測模塊的工作框圖如圖2所示。6路電流信號包括三相電流ia、ib、ic以及由APF發(fā)出的補(bǔ)償電流，這6路電流信號經(jīng)霍爾電流傳感器變換后，在高精度取樣電阻上形成與原信號成比例的電壓信號，霍爾電流傳感器采用LEM公司生產(chǎn)的LA55-P，采用這種霍爾傳感器加高精度取樣電阻的方式，可以獲得更好的抗干擾能力，模擬信號變換的精度更高。


直流母線電壓信號經(jīng)霍爾電壓傳感器變換后，由于對直流母線電壓的精度要求不高，就不再進(jìn)行信號調(diào)理而直接進(jìn)入A／D芯片的模擬信號輸入通道。
A／D采樣啟動信號也可以由DSP內(nèi)部的定時(shí)器發(fā)出，但是由于電網(wǎng)頻率會有所波動，而定時(shí)器的計(jì)時(shí)周期并不會隨電網(wǎng)的頻率變化而變化，使用內(nèi)部定時(shí)器作為A／D啟動信號時(shí)，會影響到瞬時(shí)無功算法的精度，使用了鎖相倍頻電路發(fā)出的12．8 kHz方波作為A／D芯片采樣控制信號。
在諧波計(jì)算當(dāng)中，需要用到采樣點(diǎn)的電角度所對應(yīng)的正、余弦值，由于將電網(wǎng)頻率256倍頻，也就是在一個(gè)電網(wǎng)電壓信號周期內(nèi)要采256個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)對應(yīng)角度的正、余弦值已經(jīng)計(jì)算出來，并存儲到了非易失性鐵電存儲器當(dāng)中。每次DSP啟動后，會預(yù)先把正、余弦表從鐵電存儲器中讀取到內(nèi)存中，節(jié)省查表時(shí)間。
在DSP的CAP4捕獲到過零檢測電路信號的上升沿時(shí)，就會啟動CAP5來捕獲12．8 kHz方波的上升沿，同時(shí)將查詢正弦表和余弦表的指針清零，回到表格首地址，開始下一個(gè)周期的查詢。