一種基于ladrc控制的三電平并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于LADRC控制的三電平并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)，其特征在于它是由采樣調(diào)理電路單元、DSP控制單元、IGBT隔離驅(qū)動電路單元、保護(hù)電路單元和主電路單元所構(gòu)成；其方法包括采樣調(diào)理、DSP控制處理、PWM輸出、驅(qū)動、輸送；其優(yōu)越性：裝置設(shè)計(jì)簡單；采用先進(jìn)的線性自抗擾控制技術(shù)；保持良好的控制精度；大大提高了系統(tǒng)的可靠性；具有廣闊的市場應(yīng)用前景和工程應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】—種基于LADRC控制的三電平并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)
(—)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)有源濾波領(lǐng)域，涉及一種基于線性自抗擾控制器(LinearActive Disturbance Reject1n Controller)控制的三電平并聯(lián)型有源電力濾波器(Shunt Active Power Filter)。
(二)

【背景技術(shù)】
[0002]電能，作為一種二次能源，在國民生活中一直都扮演著重要的角色。隨著以大功率二極管，IGBT，GTO等電力電子器件為基礎(chǔ)的電力電子技術(shù)的長足發(fā)展，電力行業(yè)也得到了巨大的進(jìn)一步的發(fā)展。但是，由于這些電力電子裝置在工業(yè)生產(chǎn)中與日常生活中的大量使用，其造成的電能質(zhì)量問題也越來越突出，其中影響最大的便是諧波問題。與此同時(shí)，越來越多的行業(yè)對電能質(zhì)量的要求越來越高，這樣就導(dǎo)致諧波的問題已經(jīng)到了不得不解決的地步。有源電力濾波器作為一種動態(tài)補(bǔ)償諧波的新型裝置，它能對大小和頻率都變化的諧波進(jìn)行補(bǔ)償，其應(yīng)用可以克服無源電力濾波器等傳統(tǒng)的抑制諧波方法的缺點(diǎn)。
[0003]對于普通的兩電平并聯(lián)型有源電力濾波器(Shunt Active Power Filter),盡管其已經(jīng)在中低功率領(lǐng)域進(jìn)行了一定的應(yīng)用，但是其還不能滿足中高壓大功率的場合。作為改進(jìn)，可以將并聯(lián)型有源電力濾波器和無源電力濾波器結(jié)合成并聯(lián)混合型有源電力濾波器，這種方案在加入注入回路的同時(shí)能使有源部分承受比較低的電壓，同時(shí)大量的補(bǔ)償電流都是由無源部分承擔(dān)。但是，注入回路對補(bǔ)償電流的影響和無源電力濾波器的性能受電網(wǎng)的影響都會影響并聯(lián)混合型有源電力濾波器的性能。與此同時(shí)，傳統(tǒng)兩電平逆變器輸出電流階梯少，并不能很好的對載波進(jìn)行擬合。此外較高的開關(guān)頻率也使得兩電平變換器在工作中會產(chǎn)生大量的高頻開關(guān)諧波。為解決上述問題，多電平變換器應(yīng)運(yùn)而生。
[0004]控制策略是并聯(lián)型有源電力濾波器的一個(gè)最重要的關(guān)鍵技術(shù)。目前，大多數(shù)并聯(lián)型有源電力濾波器裝置都使用比例積分控制器對補(bǔ)償電流進(jìn)行跟蹤。比例積分控制器結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)容易，理論上可以實(shí)現(xiàn)對電流的無差跟蹤。但是，比例微分積分控制技術(shù)產(chǎn)生之時(shí)，當(dāng)時(shí)的科技水平不足以支持其采用先進(jìn)的數(shù)字信號處理技術(shù)來提高其控制性能，因此比例積分微分控制帶著缺陷進(jìn)入工程實(shí)際運(yùn)用。經(jīng)典比例積分微分控制器的缺陷很大程度上是由于其信號處理太過簡單，沒有充分發(fā)揮其控制的優(yōu)點(diǎn)。韓京清在文獻(xiàn)《自抗擾控制技術(shù)》中深刻分析了比例積分控制的4個(gè)方面的缺點(diǎn)，同時(shí)給出了解決方案，提出了自抗擾控制器(Active Disturbance Reject1n Control)。因此,本發(fā)明提出了應(yīng)用線性自抗擾控制技術(shù)對補(bǔ)償電流進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤。
(三)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)了一種基于LADRC控制的三電平并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)，它采用理論和實(shí)際結(jié)合更好的三電平逆變器為主電路結(jié)構(gòu)，并且利用高性能的信號處理器和靈活的線性自抗擾控制技術(shù)以獲得高精度的控制效果，大大提高了 SAPF的實(shí)時(shí)跟蹤性能和可靠性，最大程度上減少了系統(tǒng)的諧波含量，保證了電能質(zhì)量。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種基于LADRC控制的三電平并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng),其特征在于它是由采樣調(diào)理電路單元、DSP(Digital Signal Processor-數(shù)字信號處理器)控制單元、IGBT隔離驅(qū)動電路單元、保護(hù)電路單元和主電路單元所構(gòu)成；其中，所述采樣調(diào)理電路的輸入端采集電網(wǎng)電壓電流信號，其輸出端與DSP控制單元的輸入端連接；所述主電路的輸入端采集直流側(cè)母線電壓以及IGBT隔離驅(qū)動電路單元的驅(qū)動信號，其輸出端分別與DSP控制單元和保護(hù)電路單元的輸入端連接；所述DSP控制單元的輸入端還與保護(hù)電路單元的輸出端連接，其輸出端連接IGBT隔離驅(qū)動電路單元的輸入端。
[0007]所述采樣調(diào)理電路由電壓采樣調(diào)理電路和電流采樣調(diào)理電路構(gòu)成；其中電壓采樣調(diào)理電路通過電壓互感器采集電網(wǎng)電壓信號；所述電流采樣調(diào)理電路通過霍爾電流互感器實(shí)時(shí)地獲取非線性負(fù)載電流和SAPF發(fā)出的實(shí)際補(bǔ)償電流信號。
[0008]所述DSP控制單元由DSP控制芯片構(gòu)成，內(nèi)置A/D采樣模塊、諧波檢測模塊及LADRC控制模塊、PWM輸出模塊、定時(shí)器、寄存器、捕獲模塊構(gòu)成；其中A/D采樣模塊的輸入端接收由采樣調(diào)理電路發(fā)出的電壓電流信號，其輸出端與諧波檢測模塊及LADRC控制模塊的輸入端連接；所述PWM輸出模塊的輸入端連接諧波檢測模塊及LADRC控制模塊的輸出端；其輸出端輸出驅(qū)動信號給IGBT隔離驅(qū)動電路單元。
[0009]所述DSP芯片擬采用TI公司生產(chǎn)的TMS320F28335芯片，TMS320F28335是TI公司生產(chǎn)的一款高性能、多功能、高性價(jià)比的32位浮點(diǎn)型DSP芯片；該芯片與定點(diǎn)C28*系列軟件兼容。
[0010]所述IGBT隔離驅(qū)動電路單元由兩個(gè)輸入電阻、M579芯片、兩組三極管組成的推挽電路以及穩(wěn)壓二極管構(gòu)成；其中，所述M579芯片的驅(qū)動信號通過兩個(gè)輸入電阻采集，其輸出端連接給兩組三極管組成的推挽電路的輸入端；所述M579芯片的輸出信號C作為IGBT隔離驅(qū)動電路單元中IGBT晶體管的集電極驅(qū)動信號；推挽電路的輸出信號G為IGBT隔離驅(qū)動電路單元中IGBT晶體管的柵極驅(qū)動信號；穩(wěn)壓二極管的輸出信號E作為IGBT隔離驅(qū)動電路單元中IGBT晶體管的發(fā)射極驅(qū)動信號。
[0011]所述保護(hù)電路單元由兩個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的整流模塊和報(bào)警模塊構(gòu)成；其中所述兩個(gè)運(yùn)放模塊相串聯(lián)，其輸出端輸出電流采樣信號，發(fā)送到報(bào)警模塊的輸入端；所述報(bào)警模塊的輸出端與DSP控制單元的輸入端連接；主要是防止輸出電流可能過大。
[0012]所述主電路單元是由12個(gè)IGBT晶體管構(gòu)成的三電平逆變橋電路構(gòu)成。
[0013]一種基于LADRC控制的三電平并聯(lián)型有源電力濾波器的工作方法，其特征在于它包括以下的步驟:
[0014]⑴采樣調(diào)理電路單元分別與電網(wǎng)和SAPF相連，實(shí)時(shí)的檢測和調(diào)理網(wǎng)側(cè)電壓，負(fù)載電流，直流母線的電壓、SAPF發(fā)出的實(shí)際補(bǔ)償電流信號；
[0015](2) DSP控制單元內(nèi)部的A/D采樣模塊接收采樣調(diào)理電路單元發(fā)出的模擬信號，然后轉(zhuǎn)化成DSP控制芯片可識別的數(shù)字信號；
[0016]⑶信號經(jīng)DSP控制單元內(nèi)的諧波檢測模塊計(jì)算得出諧波電流的參考信號，并在控制模塊通過LADRC控制模塊對電流進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤，然后由PWM輸出模塊產(chǎn)生12路PWM信號并輸出；
[0017](4) IGBT驅(qū)動電路單元接收到PWM信號產(chǎn)生驅(qū)動信號驅(qū)動主電路單元的12個(gè)IGBT晶體管進(jìn)行工作；
[0018](5注電路單元發(fā)出補(bǔ)償電流通過隔離濾波電容和電感之后輸送到電網(wǎng)中。
[0019]所述步驟⑶中的諧波電流檢測和補(bǔ)償電流的跟蹤由以下步驟構(gòu)成:
[0020]①在Α/D采樣模塊對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換之前需要確定采樣周期，在一個(gè)采樣周期內(nèi)完成諧波電流的計(jì)算和PWM信號的生成，因此一個(gè)采樣周期就是一個(gè)控制周期；由于在諧波計(jì)算時(shí)用到了電網(wǎng)電壓相位的信息，需要對電網(wǎng)電壓鎖相；電流采樣調(diào)理電路通過霍爾電流互感器得到電網(wǎng)a相的電壓信號，通過信號調(diào)理，將得到的方波信號送入DSP控制單元內(nèi)置的捕獲模塊，捕獲模塊連續(xù)獲得兩個(gè)上升延就可獲得電網(wǎng)電壓周期，再除以采樣點(diǎn)即可得到采樣周期，將這個(gè)值發(fā)送到DSP控制單元的內(nèi)置定時(shí)器的周期寄存器，當(dāng)發(fā)生周期匹配事件時(shí)就會啟動Α/D采樣模塊工作；
[0021]②DSP控制單元定時(shí)器，繼而進(jìn)入信號的Α/D轉(zhuǎn)換；
[0022]③轉(zhuǎn)換后的三相電流，采用兩個(gè)深度為3的FIFO (單輸入單輸出——First InputFirst Output)隊(duì)列分別存放相鄰的三個(gè)周期的輸入及輸出信號，F(xiàn)IFO隊(duì)列是一種先入先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，新的采樣結(jié)果會從隊(duì)尾入隊(duì)，隊(duì)頭的數(shù)據(jù)退隊(duì)；先后進(jìn)行d、q變換，數(shù)字LPF(低通濾波器-Low Pass Filter),反變換,三相負(fù)載電流減去諧波電流；
[0023]④將步驟③的結(jié)果通過DSP控制單元的LADRC控制模塊，LADRC控制模塊根據(jù)步驟③產(chǎn)生的指令電流信號去實(shí)時(shí)的跟蹤這個(gè)變化的指令信號去產(chǎn)生IGBT電路所需要的輸入信號從而得到PWM信號去驅(qū)動主電路的開關(guān)器件。
[0024]本發(fā)明的工作原理:
[0025]SAPF從電網(wǎng)中檢測出三相負(fù)載電流，經(jīng)過采樣調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換之后送入DSP中的電流檢測模塊。在電流檢測模塊中，將所檢測的負(fù)載電流進(jìn)行PARK變化，得到d，q坐標(biāo)下的電流，然后經(jīng)過低通濾波器，得到有功電流的直流分量，后經(jīng)過反變換得到三相負(fù)載電流的基波分量。基波分量與原負(fù)載電流進(jìn)行求差就可以計(jì)算出三相電流的諧波分量。再講諧波分量進(jìn)行反向可得到三相補(bǔ)償電流的參考信號。電流的參考信號與實(shí)際補(bǔ)償?shù)碾娏髑蟛钭鳛榫€性自抗擾控制器的輸入，輸出為PWM調(diào)制模塊的參考調(diào)制電壓輸入，去生成系統(tǒng)所需要的12路PWM信號。PWM信號作為IGBT驅(qū)動電路的輸入讓其生成開關(guān)管的驅(qū)動信號。
[0026]采樣調(diào)理系統(tǒng)(見圖3)包括電流采樣調(diào)理和電壓采樣調(diào)理。電流檢測電路利用霍爾電流互感器對負(fù)載電流和補(bǔ)償電流進(jìn)行直接采樣，采樣出來的結(jié)果屬于電壓信號，范圍為-4.8V-+4.8V，而DSP的輸入信號為0-3V，所以需要調(diào)理電路調(diào)理。調(diào)理電路將采樣信號通過一個(gè)運(yùn)放后由雙極性變?yōu)閱螛O性信號，后一個(gè)運(yùn)放相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器，經(jīng)電壓偏移和縮放后轉(zhuǎn)化為目標(biāo)信號。電壓采樣調(diào)理電路，電壓經(jīng)過霍爾電壓互感器直接采樣后，經(jīng)查分放大電路的縮小，RC濾波器濾波和限壓箝位為0-3V后輸入到DSP中。
[0027]DSP控制系統(tǒng)(見圖2)實(shí)現(xiàn)Α/D轉(zhuǎn)換、指令電流的計(jì)算、LADRC的控制和PWM信號的輸出。DSP控制系統(tǒng)內(nèi)部的AD模塊接收采樣的模擬信號(三相負(fù)載電流、SAPF實(shí)際發(fā)出的電流、主電路直流側(cè)電容電壓和網(wǎng)側(cè)三相電壓)，然后轉(zhuǎn)化成處理器可識別的數(shù)字信號，經(jīng)檢測模塊計(jì)算得出諧波電流的成分，并在內(nèi)部通過控制模塊對電流進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤，然后由PWM模塊產(chǎn)生12路PWM信號。在設(shè)計(jì)中，擬采用TMS320C28X系列芯片作為控制系統(tǒng)的主要器件。它是TI公司生產(chǎn)的32位浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器系列。與以往的定點(diǎn)DSP相t匕，該器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外設(shè)集成度高，數(shù)據(jù)以及程序存儲量大，A/D轉(zhuǎn)換更精確快速等。其特殊的一點(diǎn)是28335將之前的DPS芯片中的EV分解成了相互獨(dú)立的EPWM、ECPA、EQ三個(gè)模塊互補(bǔ)干擾，因此可以方便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的信號輸出。尤其是EPWM相對于事件管理器(EV)中的PWM輸出功能，有了很大的提高。其中，最特殊性就在于控制策略選用目前比較先進(jìn)的線性自抗擾控制技術(shù)，在控制算法上比傳統(tǒng)的PID算法更優(yōu)越，更具有工程應(yīng)用的價(jià)值。
[0028]IGBT隔離驅(qū)動電路(見圖4)需要12路驅(qū)動信號，這是因?yàn)槿娖侥孀儤蛑杏?2個(gè)IGBT。驅(qū)動電路以M579系列芯片為主，芯片內(nèi)置的光耦為輸入輸出提供所需要的電氣隔離；去飽和檢測可實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。除芯片之外，驅(qū)動電路還包括減少振蕩的輸入端電阻、穩(wěn)壓二極管和三極管。輸入驅(qū)動信號經(jīng)兩個(gè)輸入端電阻進(jìn)入M579芯片，芯片的輸出引腳與一個(gè)由兩個(gè)三極管組成的推挽電路相連接，在三極管的連接點(diǎn)輸出IGBT所需要的柵極與發(fā)射極之間的電壓。在這里，在發(fā)射極與柵極之間接入兩個(gè)穩(wěn)壓二極管，用于保護(hù)IGBT發(fā)射結(jié)的電壓。芯片故障輸出引腳通過光耦相連，減少了干擾。
[0029]保護(hù)電路(見圖5)主要是防止輸出電流可能過大。主要由整流電路和報(bào)警電路組成。整流電路由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，其作用是得到電流采樣信號，然后將信號送給報(bào)警電路。報(bào)警電路將實(shí)時(shí)采樣的信號的絕對值與參考值比較。當(dāng)該值大于參考值時(shí)，光耦副邊發(fā)出低電平，發(fā)出報(bào)警信號，引起DSP的外部中斷事件，DSP就會封鎖PWM信號。
[0030]線性自抗擾控制器是非線性自抗擾控制器的線性化處理。它主要由由線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器(Linear Extended State Observer)、線性化的非線性狀態(tài)誤差反饋(non-linear state Error Feedback)(即變成了 F1D控制器)。完整的η階ADRC中有跟蹤微分器(Tracking Differentiator)這一環(huán)節(jié),但考慮到時(shí)滯對象本身就反應(yīng)遲鈍,故考慮去掉TD。以一個(gè)一階線性自抗擾控制器為例說明，LESO的作用是得到變流器輸出電流及其一階微分的估計(jì)值，其中Z1追蹤輸出y，Z2跟蹤被擴(kuò)張的狀態(tài)f。LESO對SAPF的輸出y進(jìn)行補(bǔ)償之后，與LADRC的輸入進(jìn)行求差運(yùn)算，再經(jīng)過線性誤差反饋控制率。非線性狀態(tài)誤差反饋控制率是TD和ESO產(chǎn)生的狀態(tài)變量估計(jì)之間的誤差的非線性組合，其組合的結(jié)果與ESO產(chǎn)生的系統(tǒng)總擾動的估計(jì)量作為被控對象APF的輸入信號u(t).這是一種獨(dú)立于對象模型的非線性控制器結(jié)構(gòu)，大量數(shù)值仿真表明，這個(gè)控制器可以通過選擇合適的參數(shù)來得到很好的適應(yīng)能力和很強(qiáng)的魯棒性?？紤]到將非線性NLSEF線性化之后，線性化的NLSEF將非線性的組合變成了一種線性的組合，這樣線性化的NLSEF就變成了 H)控制器形式。但是對于一階系統(tǒng)，由于LESO沒有對狀態(tài)的微分進(jìn)行觀測，故LSEF (Linear State Error Feedback)采用P控制。其中V為諧波電流指令輸入值。Z1是對APF輸出電流的觀測值，Z2是對系統(tǒng)總擾動的估計(jì)值。用V減去Z1，差值再乘以P控制律的系數(shù)Kp得到Utl，再用Utl減去對系統(tǒng)總擾動的估計(jì)值Z2的差值再乘以IZlvbci稱為擾動補(bǔ)償因子。對于已經(jīng)建立模型的系統(tǒng)bQ是已知的。選擇適當(dāng)?shù)膋和Kp即可得到PWM驅(qū)動電路的輸入電壓。
[0031]軟件設(shè)計(jì)擬選用CCS3.3 (Code Composer Stud1)作為DSP控制芯片的軟件開發(fā)平臺。這是由于CCS3.3提供了源代碼編輯環(huán)境、執(zhí)行代碼生成工具以及代碼調(diào)試工具，另外還具有程序?qū)崟r(shí)分析與調(diào)整功能，使得程序設(shè)計(jì)更為方便快捷。CCS3.3支持多種編程語言，鑒于C語言的可移植性以及兼容性等優(yōu)點(diǎn)，因此本文采用C語言來編寫DSP程序。
[0032]本發(fā)明的優(yōu)越性和技術(shù)效果在于:①硬件設(shè)計(jì)與軟件相結(jié)合，硬件裝置設(shè)計(jì)簡單，軟件編程通俗易懂；②采用先進(jìn)的線性自抗擾控制技術(shù)，彌補(bǔ)了 PID控制器對信號處理不足的缺點(diǎn)，在強(qiáng)非線性和不確定強(qiáng)擾動下仍然能夠保持良好的控制精度；③為了適用中高壓系統(tǒng)，選擇了理論和實(shí)際結(jié)合更好的三電平逆變器的主電路結(jié)構(gòu)。④利用數(shù)字化技術(shù)(DSP)的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理能力，大大提高了系統(tǒng)的可靠性具有廣闊的市場應(yīng)用前景和工程應(yīng)用價(jià)值。
(四)

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明所涉一種基于LADRC控制的并聯(lián)有源電力濾波器總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖2為本發(fā)明所涉一種基于LADRC控制的并聯(lián)有源電力濾波器中采樣調(diào)理系統(tǒng)示意圖。
[0035]圖3為本發(fā)明所涉一種基于LADRC控制的并聯(lián)有源電力濾波器中DSP控制系統(tǒng)示意圖。
[0036]圖4為本發(fā)明所涉一種基于LADRC控制的并聯(lián)有源電力濾波器中IGBT驅(qū)動電路示意圖。
[0037]圖5為本發(fā)明所涉一種基于LADRC控制的并聯(lián)有源電力濾波器中保護(hù)電路示意圖。
[0038]圖6為本發(fā)明所涉一種基于LADRC控制的并聯(lián)有源電力濾波器中諧波檢測和控制算法流程圖。
(五)【具體實(shí)施方式】:
[0039]實(shí)施例:一種基于LADRC控制的三電平并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)(見圖1)，其特征在于它是由采樣調(diào)理電路單元、DSP(Digital Signal Processor-數(shù)字信號處理器)
控制單元、IGBT隔離驅(qū)動電路單元、保護(hù)電路單元和主電路單元所構(gòu)成；其中，所述采樣調(diào)理電路的輸入端采集電網(wǎng)電壓電流信號，其輸出端與DSP控制單元的輸入端連接；所述主電路的輸入端采集直流側(cè)母線電壓以及IGBT隔離驅(qū)動電路單元的驅(qū)動信號，其輸出端分別與DSP控制單元和保護(hù)電路單元的輸入端連接；所述DSP控制單元的輸入端還與保護(hù)電路單元的輸出端連接，其輸出端連接IGBT隔離驅(qū)動電路單元的輸入端。
[0040]所述采樣調(diào)理電路由電壓采樣調(diào)理電路和電流采樣調(diào)理電路構(gòu)成；其中電壓采樣調(diào)理電路通過電壓互感器采集電網(wǎng)電壓信號；所述電流采樣調(diào)理電路通過霍爾電流互感器實(shí)時(shí)地獲取非線性負(fù)載電流和SAPF發(fā)出的實(shí)際補(bǔ)償電流信號。
[0041]所述DSP控制單元(見圖2)由DSP控制芯片構(gòu)成，內(nèi)置Α/D采樣模塊、諧波檢測模塊及LADRC控制模塊、PWM輸出模塊、定時(shí)器、寄存器、捕獲模塊構(gòu)成；其中Α/D采樣模塊的輸入端接收由采樣調(diào)理電路發(fā)出的電壓電流信號，其輸出端與諧波檢測模塊及LADRC控制模塊的輸入端連接；所述PWM輸出模塊的輸入端連接諧波檢測模塊及LADRC控制模塊的輸出端；其輸出端輸出驅(qū)動信號給IGBT隔離驅(qū)動電路單元。
[0042]所說的DSP芯片擬采用TI公司生產(chǎn)的TMS320F28335芯片，TMS320F28335是TI公司生產(chǎn)的一款高性能、多功能、高性價(jià)比的32位浮點(diǎn)型DSP芯片；該芯片與定點(diǎn)C28*系列軟件兼容。
[0043]所述IGBT隔離驅(qū)動電路單元(見圖4)由兩個(gè)輸入電阻、M579芯片、兩組三極管組成的推挽電路以及穩(wěn)壓二極管構(gòu)成；其中，所述M579芯片的驅(qū)動信號通過兩個(gè)輸入電阻采集，其輸出端連接給兩組三極管組成的推挽電路的輸入端；所述M579芯片的輸出信號C作為IGBT隔離驅(qū)動電路單元中IGBT晶體管的集電極驅(qū)動信號；推挽電路的輸出信號G為IGBT隔離驅(qū)動電路單元中IGBT晶體管的柵極驅(qū)動信號；穩(wěn)壓二極管的輸出信號E作為IGBT隔離驅(qū)動電路單元中IGBT晶體管的發(fā)射極驅(qū)動信號。
[0044]所述保護(hù)電路單元(見圖5)由兩個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的整流模塊和報(bào)警模塊構(gòu)成；其中所述兩個(gè)運(yùn)放模塊相串聯(lián)，其輸出端輸出電流采樣信號，發(fā)送到報(bào)警模塊的輸入端；所述報(bào)警模塊的輸出端與DSP控制單元的輸入端連接；主要是防止輸出電流可能過大。
[0045]所述主電路單元是由12個(gè)IGBT晶體管構(gòu)成的三電平逆變橋電路構(gòu)成。
[0046]—種基于LADRC控制的三電平并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于它是由以下的步驟所構(gòu)成的:
[0047]⑴采樣調(diào)理電路單元分別與電網(wǎng)和SAPF相連，實(shí)時(shí)的檢測和調(diào)理網(wǎng)側(cè)電壓，負(fù)載電流，直流母線的電壓、SAPF發(fā)出的實(shí)際補(bǔ)償電流信號；
[0048](2) DSP控制單元內(nèi)部的A/D采樣模塊接收采樣調(diào)理電路單元發(fā)出的模擬信號，然后轉(zhuǎn)化成DSP控制芯片可識別的數(shù)字信號；
[0049]⑶信號經(jīng)DSP控制單元內(nèi)的諧波檢測模塊計(jì)算得出諧波電流的參考信號，并在控制模塊通過LADRC控制模塊對電流進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤，然后由PWM輸出模塊產(chǎn)生12路PWM信號并輸出；
[0050](4) IGBT驅(qū)動電路單元接收到PWM信號產(chǎn)生驅(qū)動信號驅(qū)動主電路單元的12個(gè)IGBT晶體管進(jìn)行工作；
[0051 ] (5)主電路單元發(fā)出補(bǔ)償電流通過隔離濾波電容和電感之后輸送到電網(wǎng)中。
[0052]所述步驟(3)中的諧波電流檢測和補(bǔ)償電流的跟蹤由以下步驟構(gòu)成:
[0053]①在A/D采樣模塊對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換之前需要確定采樣周期，在一個(gè)采樣周期內(nèi)完成諧波電流的計(jì)算和PWM信號的生成，因此一個(gè)采樣周期就是一個(gè)控制周期；由于在諧波計(jì)算時(shí)用到了電網(wǎng)電壓相位的信息，需要對電網(wǎng)電壓鎖相；電流采樣調(diào)理電路通過霍爾電流互感器得到電網(wǎng)a相的電壓信號，通過信號調(diào)理，將得到的方波信號送入DSP控制單元內(nèi)置的捕獲模塊，捕獲模塊連續(xù)獲得兩個(gè)上升延就可獲得電網(wǎng)電壓周期，再除以采樣點(diǎn)即可得到采樣周期，將這個(gè)值發(fā)送到DSP控制單元的內(nèi)置定時(shí)器的周期寄存器，當(dāng)發(fā)生周期匹配事件時(shí)就會啟動A/D采樣模塊工作；
[0054]②DSP控制單元定時(shí)器，繼而進(jìn)入信號的A/D轉(zhuǎn)換；
[0055]③轉(zhuǎn)換后的三相電流，采用兩個(gè)深度為3的FIFO (單輸入單輸出——First InputFirst Output)隊(duì)列分別存放相鄰的三個(gè)周期的輸入及輸出信號，F(xiàn)IFO隊(duì)列是一種先入先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，新的采樣結(jié)果會從隊(duì)尾入隊(duì)，隊(duì)頭的數(shù)據(jù)退隊(duì)；先后進(jìn)行d、q變換，數(shù)字LPF(低通濾波器-Low Pass Filter),反變換,三相負(fù)載電流減去諧波電流；
[0056]④將步驟③的結(jié)果通過DSP控制單元的LADRC控制模塊，LADRC控制模塊根據(jù)步驟③產(chǎn)生的指令電流信號去實(shí)時(shí)的跟蹤這個(gè)變化的指令信號去產(chǎn)生IGBT電路所需要的輸入信號從而得到PWM信號去驅(qū)動主電路的開關(guān)器件。
【權(quán)利要求】
1.一種基于“0%控制的三電平并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)，其特征在于它是由采樣調(diào)理電路單元、08？控制單元、1681隔離驅(qū)動電路單元、保護(hù)電路單元和主電路單元所構(gòu)成；其中，所述采樣調(diào)理電路的輸入端采集電網(wǎng)電壓電流信號，其輸出端與03？控制單元的輸入端連接；所述主電路的輸入端采集直流側(cè)母線電壓以及1681隔離驅(qū)動電路單元的驅(qū)動信號，其輸出端分別與03？控制單元和保護(hù)電路單元的輸入端連接；所述03？控制單元的輸入端還與保護(hù)電路單元的輸出端連接，其輸出端連接叩81隔離驅(qū)動電路單元的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于“0%控制的三電平并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)，其特征在于所述采樣調(diào)理電路由電壓采樣調(diào)理電路和電流采樣調(diào)理電路構(gòu)成；其中電壓采樣調(diào)理電路通過電壓互感器采集電網(wǎng)電壓信號；所述電流采樣調(diào)理電路通過霍爾電流互感器實(shí)時(shí)地獲取非線性負(fù)載電流和3八？？發(fā)出的實(shí)際補(bǔ)償電流信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于“0%控制的三電平并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)，其特征在于所述03？控制單元由03？控制芯片構(gòu)成，內(nèi)置八/0采樣模塊、諧波檢測模塊及1八0%控制模塊、？麗輸出模塊、定時(shí)器、寄存器、捕獲模塊構(gòu)成；其中八/0采樣模塊的輸入端接收由采樣調(diào)理電路發(fā)出的電壓電流信號，其輸出端與諧波檢測模塊及“0%控制模塊的輸入端連接；所述？麗輸出模塊的輸入端連接諧波檢測模塊及[細(xì)忙控制模塊的輸出端；其輸出端輸出驅(qū)動信號給叩81隔離驅(qū)動電路單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于“0%控制的三電平并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)，其特征在于所述03？芯片擬采用II公司生產(chǎn)的113320？28335芯片，113320？28335是II公司生產(chǎn)的一款高性能、多功能、高性價(jià)比的32位浮點(diǎn)型03？芯片；該芯片與定點(diǎn)系列軟件兼容。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于“0%控制的三電平并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)，其特征在于所述1部1隔離驅(qū)動電路單元由兩個(gè)輸入電阻、1579芯片、兩組三極管組成的推挽電路以及穩(wěn)壓二極管構(gòu)成；其中，所述1579芯片的驅(qū)動信號通過兩個(gè)輸入電阻采集，其輸出端連接給兩組三極管組成的推挽電路的輸入端；所述1579芯片的輸出信號作為1(?丁隔離驅(qū)動電路單元中1681晶體管的集電極驅(qū)動信號；推挽電路的輸出信號6為叩81隔離驅(qū)動電路單元中1681晶體管的柵極驅(qū)動信號；穩(wěn)壓二極管的輸出信號2作為叩81隔離驅(qū)動電路單元中叩81晶體管的發(fā)射極驅(qū)動信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于“0%控制的三電平并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)，其特征在于所述保護(hù)電路單元由兩個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的整流模塊和報(bào)警模塊構(gòu)成；其中所述兩個(gè)運(yùn)放模塊相串聯(lián)，其輸出端輸出電流采樣信號，發(fā)送到報(bào)警模塊的輸入端；所述報(bào)警模塊的輸出端與03？控制單元的輸入端連接；主要是防止輸出電流可能過大。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于“0%控制的三電平并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)，其特征在于所述主電路單元是由12個(gè)叩81晶體管構(gòu)成的三電平逆變橋電路構(gòu)成。
8.一種基于“0%控制的三電平并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于它是由以下的步驟所構(gòu)成的: ⑴采樣調(diào)理電路單元分別與電網(wǎng)和相連，實(shí)時(shí)的檢測和調(diào)理網(wǎng)側(cè)電壓，負(fù)載電流，直流母線的電壓、8^？？發(fā)出的實(shí)際補(bǔ)償電流信號； ⑵03？控制單元內(nèi)部的八/0采樣模塊接收采樣調(diào)理電路單元發(fā)出的模擬信號，然后轉(zhuǎn)化成03？控制芯片可識別的數(shù)字信號； (3)信號經(jīng)03？控制單元內(nèi)的諧波檢測模塊計(jì)算得出諧波電流的參考信號，并在控制模塊通過1八0%控制模塊對電流進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤，然后由？麗輸出模塊產(chǎn)生12路？麗信號并輸出； (4)1681驅(qū)動電路單元接收到？麗信號產(chǎn)生驅(qū)動信號驅(qū)動主電路單元的12個(gè)1(?丁晶體管進(jìn)行工作； (5)主電路單元發(fā)出補(bǔ)償電流通過隔離濾波電容和電感之后輸送到電網(wǎng)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種基于“0%控制的三電平并聯(lián)型有源電力濾波器，其特征在于所述步驟⑶中的諧波電流檢測和補(bǔ)償電流的跟蹤由以下步驟構(gòu)成: ①在八/0采樣模塊對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換之前需要確定采樣周期，在一個(gè)采樣周期內(nèi)完成諧波電流的計(jì)算和？麗信號的生成，因此一個(gè)采樣周期就是一個(gè)控制周期；由于在諧波計(jì)算時(shí)用到了電網(wǎng)電壓相位的信息，需要對電網(wǎng)電壓鎖相；電流采樣調(diào)理電路通過霍爾電流互感器得到電網(wǎng)3相的電壓信號，通過信號調(diào)理，將得到的方波信號送入03？控制單元內(nèi)置的捕獲模塊，捕獲模塊連續(xù)獲得兩個(gè)上升延就可獲得電網(wǎng)電壓周期，再除以采樣點(diǎn)即可得到采樣周期，將這個(gè)值發(fā)送到03？控制單元的內(nèi)置定時(shí)器的周期寄存器，當(dāng)發(fā)生周期匹配事件時(shí)就會啟動八/0采樣模塊工作； ②03？控制單元定時(shí)器，繼而進(jìn)入信號的八/0轉(zhuǎn)換； ③轉(zhuǎn)換后的三相電流，采用兩個(gè)深度為3的隊(duì)列分別存放相鄰的三個(gè)周期的輸入及輸出信號，？1？0隊(duì)列是一種先入先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，新的采樣結(jié)果會從隊(duì)尾入隊(duì)，隊(duì)頭的數(shù)據(jù)退隊(duì)；先后進(jìn)行么^變換，數(shù)字⑶？，反變換，三相負(fù)載電流減去諧波電流； ④將步驟③的結(jié)果通過03？控制單元的1^0%控制模塊，1^0控制模塊根據(jù)步驟③產(chǎn)生的指令電流信號去實(shí)時(shí)的跟蹤這個(gè)變化的指令信號去產(chǎn)生1681電路所需要的輸入信號從而得到？麗信號去驅(qū)動主電路的開關(guān)器件。
【文檔編號】H02J3/01GK104362633SQ201410637120
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】周雪松, 劉偉, 馬幼捷, 王德祥 申請人:天津理工大學(xué)