1、    基于DSP的DSTATCOM觸發(fā)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)        張軍利 時間:2008年07月23日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        ? 摘 要： 基于DSP的SVPWM脈沖信號的產(chǎn)生，并以此脈沖信號觸發(fā)DSTATCOM裝置工作，從而產(chǎn)生期望

2、的無功功率，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹? 關(guān)鍵詞： 配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器；數(shù)字信號處理器；空間矢量脈寬調(diào)制；觸發(fā)系統(tǒng)? DSTATCOM控制策略根據(jù)補(bǔ)償器要實(shí)現(xiàn)的功能和應(yīng)用場合選擇，控制策略包括開環(huán)控制、閉環(huán)控制和兩者相結(jié)合的控制策略。根據(jù)控制理論的基本原理，要得到穩(wěn)定的電壓，必須引入電壓負(fù)反饋，通過裝置電壓U和裝置電壓參考值Uref的比較，由其偏差來控制裝置的運(yùn)行。因此DSTATCOM控制系統(tǒng)一般采用直流側(cè)電壓的外閉環(huán)反饋控制，同時為了改善控制性能，可以在此基礎(chǔ)上引入補(bǔ)償電流的反饋控制。具體說來這種控制方式可以分為無功電流間接控制和直接控制兩種方式。電流直接控制，就是采用跟蹤型PWM技術(shù)對電流波形

3、的瞬時值進(jìn)行反饋控制；電流間接控制，就是調(diào)節(jié)PWM調(diào)制深度來控制直流電壓Udc，從而調(diào)節(jié)DSTATCOM裝置交流側(cè)電壓Ug的大小以控制無功性質(zhì)和大小，而Ug也可以通過改變相角差角來調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變無功電流Iq的大小。由于裝置運(yùn)行效率和開關(guān)器件自身要求的原因，本文采用電壓型橋式電路的間接電流控制方法。2 SVPWM信號發(fā)生原理? 設(shè)逆變器三相電壓為：? ? 將式（1）代入（2），得到理想供電電壓下的逆變器空間電壓合成矢量：? ? 逆變器需滿足以下條件：(1)任一時刻總有三個功率開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)，另三個處于關(guān)斷狀態(tài)；(2)上下橋臂不能同時導(dǎo)通。? 滿足上述兩個條件的開關(guān)模式只有8種，分別對應(yīng)著8

4、個空間電壓矢量(110)為有效矢量，幅值大小為Udc；為零矢量，幅值為零，如圖2所示。? SVPWM的調(diào)制，將逆變器交流側(cè)期望的二維靜止-坐標(biāo)系上的兩個正交電壓向量VSref和VSref作為空間矢量信號實(shí)時調(diào)制的給定值。由空間電壓矢量SVPWM的原理知道，算法的關(guān)鍵是判斷矢量所在扇區(qū)和矢量作用時間。2.1 Uout所在扇區(qū)的判斷方法? 假定合成的矢量落在第3扇區(qū)，則可知其等價條件為：? ? 同理可得合成的電壓矢量落在其他扇區(qū)的等價條件，綜合整理可得到具體的扇區(qū)判斷算法。? 定義：? ? 按如下邏輯執(zhí)行，則可確定扇區(qū)：? IF Vref1>0? THEN? A=1? ELSE? A=0；?

5、 IF Vref2>0? THEN? B=1? ELSE? B=0；? IF Vref3>0? THEN? C=1? ELSE? C=0；? SECTORA+2×B+4×C。? 由此可以求出矢量Uout所在的扇區(qū)即是SECTOR的數(shù)值。2.2 確定某扇區(qū)各矢量的作用時間? 定義：在一個PWM周期Tp中，t1為主矢量（先作用的矢量）作用時間，t2為輔矢量（后作用的矢量）作用時間，t0為每個零矢量的作用時間。假定合成矢量落在第3扇區(qū)。? 代入公式(2)，并整理得：? ? 代入公式（2），并整理得：? ? 根據(jù)伏秒平衡原則得：? ? 同理，可以計(jì)算出其他扇區(qū)各矢量的作

6、用時間。這些表達(dá)式都由如下三個獨(dú)立的表達(dá)式構(gòu)成，在此定義：? ? 對于不同扇區(qū)，t1、t2根據(jù)表1取值。? ? 當(dāng)已知合成矢量所在的扇區(qū)，以及主矢量、輔矢量和零矢量的作用時間，就可以按照各扇區(qū)SVPWM的波形時序產(chǎn)生SVPWM波。3 DSTATCOM觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)out確定每個PWM周期的參數(shù)：兩個相鄰向量Ux和Ux+60，參數(shù)T1，T2，T3，將相應(yīng)于Ux的開啟方式寫入ACTTRA.1412位中，并將1寫入ACTRA.15中，再將1/2T1寫到CMPR1寄存器，將1/2(T1+T2)的值寫入CMPR2寄存器。一般情況下，在使用空間矢量PWM時應(yīng)滿足如下關(guān)系式：CMPR1CMPR2T1PR。比

7、較寄存器CMPR3沒有用于空間矢量PWM輸出，它仍可應(yīng)用于其他定時事件的發(fā)生。4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析? 針對上節(jié)的寄存器設(shè)置情況，生成的空間矢量PWM波形是關(guān)于每個PWM周期中心對稱的，因此稱其為對稱空間矢量PWM法，其波形示例如圖3所示。? 對六路PWM輸出口進(jìn)行濾波并觀察其輸出波形，可得輸出波形如圖4所示。? 經(jīng)濾波后PWM口輸出波形為饅頭波，表明由此觸發(fā)脈沖系統(tǒng)發(fā)出的脈沖波經(jīng)過功率放大觸發(fā)DSTATCOM主電路逆變橋是正確合理的，能夠得到期望的正弦指令電壓。將此觸發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際DSTATCOM裝置中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，圖5和圖6為部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖5為示波器測量的DSTATCOM裝置交流側(cè)輸出線電壓

8、波形，可見其完全達(dá)到了期望的程度；圖6中，t1時刻裝置的給定無功電流指令由吸收無功電流轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)出無功電流，經(jīng)過不到3個基波時間的調(diào)整，到t2時刻電流的相位基本滿足要求，超前電壓90°，且t2時刻電流的幅值比t1時刻電流幅值大的多。? 本文根據(jù)DSTATCOM觸發(fā)系統(tǒng)的具體要求，采用美國德州儀器公司的TMS320LF2407A DSP設(shè)計(jì)了脈沖觸發(fā)系統(tǒng)，此款DSP芯片在硬件上內(nèi)置了PWM波形產(chǎn)生電路。與其他各種PWM脈沖波相比較，空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）具有物理概念清晰，算法簡單，適用于數(shù)字實(shí)現(xiàn)，且電壓利用率高（其輸出線電壓基波最大幅值為直流側(cè)電壓），諧波含量低，開關(guān)損耗小（每次切換只牽涉兩相橋臂上最相鄰的兩個功率開關(guān)動作，開關(guān)次數(shù)少，在PWM頻率很高時，開關(guān)損耗明顯降低）以及硬件電路簡單等特點(diǎn)。本文采用SVPWM脈沖觸發(fā)原理設(shè)計(jì)了DSTATCOM的觸發(fā)系統(tǒng)，由DSTATCOM實(shí)際運(yùn)行結(jié)果可見，此處設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的DSTATCOM觸發(fā)系統(tǒng)完全滿足裝置的實(shí)際需要。參考文獻(xiàn)1 高淼.自治型STATCOM觸發(fā)系統(tǒng)的研究D.西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文集，2004.2 劉文華，盧軍鋒，鄭征，等.基于SHE-PWM的DSTATCOM的控制器和脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)J.清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，(9)：1188-1191.3 劉和平，嚴(yán)利平，張學(xué)