ADSP-CM403 HAE—太陽能應用中的諧波分析

太陽能光伏逆變器轉(zhuǎn)換來自太陽能電池板的電力，并將這些電力有效地部署到公用電網(wǎng)。舊時代的太陽能光伏逆變器只是將電力傾倒到公用電網(wǎng)的模塊。然而，新設(shè)計需要太陽能光伏逆變器來促進電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

本文將回顧以HAE（諧波分析引擎）形式出現(xiàn)的ADI新技術(shù)如何改善智能電網(wǎng)集成并監(jiān)控電網(wǎng)電能質(zhì)量，從而為電網(wǎng)的穩(wěn)定性做出巨大貢獻。

智能電網(wǎng)

什么是智能電網(wǎng)？IMS Research將智能電網(wǎng)定義為“具有有效匹配和管理發(fā)電和消費的固有能力的公用事業(yè)供電基礎(chǔ)設(shè)施，同時從可用資源中獲得最大收益。為了使新一代太陽能光伏逆變器連接到智能電網(wǎng)，逆變器中需要越來越多的智能來實現(xiàn)這一點。這本身就是一個問題，主要是由于當需求無法滿足電網(wǎng)供應的需求時，由于太多的電網(wǎng)連接可能造成的不平衡?；诖?，如前所述，太陽能光伏逆變器將需要更多的智能，而這種智能的重點需要放在電網(wǎng)整合上，系統(tǒng)需要幫助穩(wěn)定電網(wǎng)的能力，而不是作為電網(wǎng)的簡單電力供應商。

圖1.ADSP-CM403 HAE框圖，ADI公司。

這需要更好地測量、控制和分析注入電網(wǎng)的電力質(zhì)量。當然，這會導致新的指令和更高的技術(shù)要求，這反過來又直接轉(zhuǎn)化為新技術(shù)。

ADSP-CM403XY HAE 外設(shè)模塊

HAE 模塊本質(zhì)上是一個簡化的數(shù)字 PLL，如下所示。HAE 連續(xù)接收 V 和 I 數(shù)據(jù)，并在幾個周期后鎖定輸入波形的基波。HAE 模塊的輸入范圍為 45 Hz 至 66 Hz，最多可分析 40 次諧波，一次分析 12 次。對于每個諧波，PLL將嘗試鎖定所需的信號。

圖2.HAE 簡化數(shù)字鎖相環(huán)

諧波發(fā)動機硬件模塊與諧波分析儀協(xié)同處理結(jié)果。當諧波引擎以最終格式產(chǎn)生結(jié)果時，它們存儲在結(jié)果存儲器中。HAE 引擎計算 2 Hz 和 8 Hz 之間線路頻率的 3.3kHz 無衰減通帶（對應于 3.45 kHz 的 –66 dB 帶寬）中的諧波信息。

圖3.HAE 的頻率通帶。

零線電流也可以與相電流的總和同時進行分析。在新的采樣周期開始時，諧波引擎在數(shù)據(jù)RAM中的預定義位置之間循環(huán)，其中包含分析儀處理結(jié)果。然后根據(jù)需要進一步處理內(nèi)容。

電壓和電流數(shù)據(jù)可以從sinc模塊或ADC（均存儲在SRAM中）接收，并以8 kHz速率輸入HAE模塊?？梢栽诖? kHz速率下生成中斷，以建議太陽能光伏逆變器輸入可用數(shù)據(jù)。當分析數(shù)據(jù)并計算以下計算時，HAE 模塊將生成另一個中斷，以通知太陽能光伏系統(tǒng)諧波分析數(shù)據(jù)已準備好顯示。ADSP-CM403還可以將HAE定向到DMA的所有結(jié)果到SRAM，然后系統(tǒng)代碼可以顯示結(jié)果。這導致整個 HAE 系統(tǒng)的代碼開銷很小。

ADSP-CM403XY HAE 結(jié)果

圖 4 中的 HAE 結(jié)果清楚地顯示了在查看電壓均方根數(shù)據(jù)時系統(tǒng)中存在哪些諧波。50 Hz 時的基波明顯存在，但 250 Hz 和 350 Hz 處的低次諧波（即諧波 5 和 7）在此示例結(jié)果集中存在一些。

圖4.諧波 1–12 的 HAE 的 V rms 樣本結(jié)果。

這些計算中使用的特定方程如下所示，用于基波和諧波計算。

諧波引擎輸出和寄存器，其中存儲值

數(shù)量	定義	HAE 注冊
基本組件的有效值	V1,I1	F_VRMS， F_IRMS
諧波分量的均方根	Vn,In,n = 2,3,...,12	Hnn_VRMS， Hnn_XIRMS
基波元件的有功功率	P1= V1I1cos( φ1- γ1)	F_ACT
諧波分量的有功功率	Pn= VnIncos(φn- γn), n = 2,3,...,12	Fnn_ACT
基波元件的無功功率	Q1= V1I1sin(φ1- γ1)	F_REACT
諧波分量的無功功率	Qn= VnInsin(φ1- γ1), n = 2,3,...,1	Hnn_REACT
基本元件的視在功率	S1= V1I1	F_APP
諧波分量的視在功率	Sn= VnIn, n = 2,3,...,12	Hnn_APP
基本元件的功率因數(shù)		F_PF
諧波分量的功率因數(shù)		Hnn_PF
諧波分量的諧波失真		Hnn_VHDN， Hnn_IHDN

審核編輯：郭婷