基于DSP的單周控制有源電力濾波器解析

各種非線(xiàn)性負(fù)載應(yīng)用日益廣泛，電網(wǎng)中的無(wú)功功率和諧波污染已經(jīng)成為一個(gè)非常嚴(yán)重的問(wèn)題。為了消除無(wú)功和諧波對(duì)電網(wǎng)造成的污染，有源濾波器（APF）得到了飛速發(fā)展。其采用的控制方法主要分為三角載波線(xiàn)性控制、滯環(huán)比較控制、無(wú)差拍控制3種類(lèi)型。這些方法均存在一定的缺陷，如三角載波的波形畸變，滯環(huán)控制開(kāi)關(guān)頻率變化以及畸變電流檢測(cè)的快速實(shí)時(shí)響應(yīng)等。隨著微機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展以及數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）運(yùn)算速度的不斷提高，無(wú)差拍控制法，單周控制法及其他快速優(yōu)化控制法將在A(yíng)PF中得到進(jìn)一步的應(yīng)用。
　　單周控制法作為一種非線(xiàn)性控制法，最早由美國(guó)學(xué)者Keyue M.Smedley和Slobodan Cuk提出。其基本思想是：控制開(kāi)關(guān)的占空比，使每個(gè)周期內(nèi)開(kāi)關(guān)量的平均值與控制參考信號(hào)相等或成一定比例，從而消除穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)誤差。目前已成功地應(yīng)用到DC-DC變換、音頻開(kāi)關(guān)放大器、功率因素校正和單相有源電力濾波器等。本文所提出的基于DSP的單周控制有源電力濾波器不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，而且具有很好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)補(bǔ)償特性及控制器簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)?？?a target='_blank' class='arckwlink_none'>電源干擾能力強(qiáng)，魯棒性好。
　　1 單周控制有源電力濾波器
　　1.1 單周控制
　　單周控制原理如圖1所示，它由控制器、1個(gè)比較器、1個(gè)可復(fù)位積分器及時(shí)鐘組成，其中控制器可以采用RS觸發(fā)器或D觸發(fā)器。開(kāi)關(guān)K，K1為一對(duì)互補(bǔ)的開(kāi)關(guān)，頻率為fs=1／Ts。在每一個(gè)周期開(kāi)始，即t=0時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)到，開(kāi)關(guān)K閉合，K1斷開(kāi)，輸出y（t）的波形和輸入x（t）的波形相同，積分器由0開(kāi)始積分。在t=dTs時(shí)（其中d為占空比，d=Ton／Ts，根據(jù)模擬控制參考vref調(diào)制，且0《d《1），積分器的輸出Vint達(dá)到給定參考電壓Vref時(shí)，比較器輸出發(fā)生變化，使K斷開(kāi)，K1閉合，積分器復(fù)位。等到下一個(gè)周期開(kāi)始的時(shí)候，又重復(fù)前面的動(dòng)作。
　　
　　從圖1中可以看出，輸人信號(hào)x（t）被開(kāi)關(guān)斬波形成輸出信號(hào)y（t），輸出信號(hào)y（t）的頻率和脈寬是與開(kāi)關(guān)函數(shù)一致，而輸出信號(hào)y（t）的包絡(luò)線(xiàn)與輸人信號(hào)x（t）一致。占空比D為模擬控制參考信號(hào)Vref所調(diào)制，從而達(dá)到對(duì)控制變量平均值進(jìn)行控制的目的。
　　1.2 主電路分析與控制量關(guān)系
　　圖2為包括電源電壓US、非線(xiàn)性負(fù)載、電壓源型變換器以及DSP單周控制器構(gòu)成的單相并聯(lián)型APF主電路，其中L為輸出濾波電感；C為儲(chǔ)能電容；RS為電流取樣電阻。
　　
　　如果圖2中開(kāi)關(guān)S1，S2，S3和S4采用單周控制器輸出的調(diào)制脈寬波進(jìn)行控制，并分別設(shè)開(kāi)關(guān)S1，S2在一個(gè)時(shí)鐘控制周期中導(dǎo)通的占空比為d1和d2；相應(yīng)地開(kāi)關(guān)S3，S4在一個(gè)單周期內(nèi)開(kāi)通的占空比則分別為（1-d1）和（1-d2）。