??? 摘 要： 基于DSP的SVPWM脈沖信號(hào)的產(chǎn)生，并以此脈沖信號(hào)觸發(fā)DSTATCOM裝置工作,，從而產(chǎn)生期望的無功功率,，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹?BR>??? 關(guān)鍵詞： 配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器；數(shù)字信號(hào)處理器,；空間矢量脈寬調(diào)制；觸發(fā)系統(tǒng)
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??? DSTATCOM的工作原理可以簡(jiǎn)單描述為：將自換相橋式電路通過電抗器或者變壓器并聯(lián)在電網(wǎng)上,，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值,，或者直接控制其交流側(cè)電流,，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流" title="無功電流">無功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康?。脈沖觸發(fā)系統(tǒng)" title="觸發(fā)系統(tǒng)">觸發(fā)系統(tǒng)作為DSTATCOM控制系統(tǒng)的重要組成部分,，其根據(jù)控制電路輸出的控制信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的觸發(fā)脈沖以驅(qū)動(dòng)功率器件工作。文獻(xiàn)[1]介紹了基于CPLD的SPWM脈沖發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)過程,，SPWM實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單容易,，但其諧波含量高、電壓利用率不高,。文獻(xiàn)[2]介紹了特定諧波消除（SHE-PWM）技術(shù)應(yīng)用于DSTATCOM脈沖觸發(fā)系統(tǒng),。SHE-PWM算法可以很好地起到消除DSTATCOM輸出電壓電流低次諧波的目的，然而對(duì)低次諧波的消除是以犧牲高次電壓諧波為代價(jià)的,，并且電壓諧波集中在開關(guān)頻率附近,。本文介紹了基于DSP的SVPWM脈沖信號(hào)的產(chǎn)生，并以此脈沖信號(hào)觸發(fā)DSTATCOM裝置工作,，從而產(chǎn)生期望的無功功率,，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹?BR>1 DSTATCOM主電路" title="主電路">主電路及控制方法簡(jiǎn)介
??? DSTATCOM主電路分為電壓橋式電路和電流橋式電路。兩者的區(qū)別是直流側(cè)分別采用電容和電感這兩種不同儲(chǔ)能元件,。對(duì)電壓型" title="電壓型">電壓型橋式電路,，需要串聯(lián)電抗器才能并上電網(wǎng)；對(duì)電流型橋式電路,，需要并聯(lián)電容器才能并上電網(wǎng),。由于運(yùn)行效率的原因，實(shí)際應(yīng)用的DSTATCOM大多采用電壓型橋式電路,，圖1給出了電壓型靜止同步補(bǔ)償器主電路圖,。本文的DSTATCOM專指采用自換相的電壓型橋式電路作為主電路的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。
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??? 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(chǎng)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(shí)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(duì)電流波形的瞬時(shí)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λ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δ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(hào)發(fā)生原理
??? 設(shè)逆變器三相電壓為：
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??? 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：
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??? 逆變器需滿足以下條件：(1)任一時(shí)刻總有三個(gè)功率開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài),，另三個(gè)處于關(guān)斷狀態(tài)；(2)上下橋臂不能同時(shí)導(dǎo)通,。
??? 滿足上述兩個(gè)條件的開關(guān)模式只有8種,，分別對(duì)應(yīng)著8個(gè)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,。
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??? SVPWM的調(diào)制,，將逆變器交流側(cè)期望的二維靜止α-β坐標(biāo)系上的兩個(gè)正交電壓向量VSαref和VSβref作為空間矢量信號(hào)實(shí)時(shí)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(shí)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(jià)條件為：
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??? 同理可得合成的電壓矢量落在其他扇區(qū)的等價(jià)條件,，綜合整理可得到具體的扇區(qū)判斷算法,。
??? 定義：
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??? 按如下邏輯執(zhí)行，則可確定扇區(qū)：
??? IF Vref1>0? THEN? A=1? ELSE? A=0,；
??? IF Vref2>0? THEN? B=1? ELSE? B=0,；
??? IF Vref3>0? THEN? C=1? ELSE? C=0；
??? SECTOR＝A+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(shí)間
??? 定義：在一個(gè)PWM周期Tp中，t1為主矢量（先作用的矢量）作用時(shí)間,，t2為輔矢量（后作用的矢量）作用時(shí)間,，t0為每個(gè)零矢量的作用時(shí)間。假定合成矢量落在第3扇區(qū),。
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代入公式(2),，并整理得：
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代入公式（2），并整理得：
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??? 根據(jù)伏秒平衡原則得：
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??? 同理，可以計(jì)算出其他扇區(qū)各矢量的作用時(shí)間,。這些表達(dá)式都由如下三個(gè)獨(dú)立的表達(dá)式構(gòu)成,，在此定義：
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??? 對(duì)于不同扇區(qū)，t1,、t2根據(jù)表1取值,。
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??? 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(shí)間,，就可以按照各扇區(qū)SVPWM的波形時(shí)序產(chǎn)生SVPWM波。
3 DSTATCOM觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
??? DSTATCOM觸發(fā)系統(tǒng)必須具有以下基本功能：(1)功能要求：接收來自控制器給定的控制角" title="控制角">控制角δ和PWM調(diào)制深度λ指令,；根據(jù)控制角δ和調(diào)制深度λ,，按照α-β坐標(biāo)系下的SVPWM控制算法產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，實(shí)現(xiàn)逆變器輸出電壓幅值和相位的調(diào)節(jié),。(2)參數(shù)性能要求：要求控制角δ在（-6°～+6°）之間,，可以任意調(diào)節(jié)。如果δ的分辨率越高,，DSTATCOM對(duì)無功的調(diào)節(jié)就越平滑,，δ分辨率不應(yīng)大于0.05°；λ要求在0～1之間可以任意調(diào)節(jié),，分辨率為0.01即可,。(3)安全性要求：在DSTATCOM建模時(shí)總是假定其交流側(cè)電壓與系統(tǒng)電壓頻率一致，控制角δ在額定無功功率時(shí)很小,，如果DSTATCOM交流側(cè)電壓存在輕微不同步,，則裝置可能在幾個(gè)周期內(nèi)就出現(xiàn)過流而無法繼續(xù)工作，因而對(duì)DSTATCOM的目標(biāo)電壓與系統(tǒng)正序電壓同步有嚴(yán)格的要求,；在實(shí)際的逆變系統(tǒng)中,，需要對(duì)PWM脈沖進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償，以防止上下橋臂的開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通,，形成短路,，燒毀開關(guān)器件；在DSTATCOM系統(tǒng)中,，一旦在逆變系統(tǒng)出現(xiàn)過流,、過熱等故障，要求觸發(fā)系統(tǒng)立即封鎖PWM信號(hào),，保證DSTATCOM的安全,。
?? ?為了滿足以上功能要求，采用TMS320LF2407A DSP實(shí)現(xiàn)了DSTATCOM的脈沖觸發(fā)系統(tǒng),。TMS320LF2407A內(nèi)部的每個(gè)事件管理器模塊都具有極大簡(jiǎn)化對(duì)稱空間矢量PWM波形產(chǎn)生的內(nèi)置硬件電路,。需要設(shè)置的寄存器有：ACTRA寄存器,，用來定義比較輸出引腳的輸出方式；COMCONA寄存器,，用來使能比較操作和空間矢量PWM模式,，并把CMPR1，2,，3的重裝載條件設(shè)置為下溢，通用定時(shí)器T1設(shè)置為連續(xù)增/減計(jì)數(shù)模式,，并啟動(dòng)定時(shí)器,。接下來由DSTATCOM交流側(cè)指令電壓Uout確定每個(gè)PWM周期的參數(shù)：兩個(gè)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.14～12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(shí)應(yīng)滿足如下關(guān)系式：CMPR1≤CMPR2≤T1PR。比較寄存器CMPR3沒有用于空間矢量PWM輸出,，它仍可應(yīng)用于其他定時(shí)事件的發(fā)生,。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
??? 針對(duì)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(gè)PWM周期中心對(duì)稱的,，因此稱其為對(duì)稱空間矢量PWM法,，其波形示例如圖3所示。
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??? 對(duì)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,。
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??? 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(cè)量的DSTATCOM裝置交流側(cè)輸出線電壓波形,，可見其完全達(dá)到了期望的程度；圖6中,，t1時(shí)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(gè)基波時(shí)間的調(diào)整，到t2時(shí)刻電流的相位基本滿足要求,，超前電壓90°,，且t2時(shí)刻電流的幅值比t1時(shí)刻電流幅值大的多。
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??? 本文根據(jù)DSTATCOM觸發(fā)系統(tǒng)的具體要求，采用美國(guó)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(jiǎn)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(gè)功率開關(guān)動(dòng)作,，開關(guān)次數(shù)少,，在PWM頻率很高時(shí)，開關(guān)損耗明顯降低）以及硬件電路簡(jiǎn)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,。
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