1引言
應(yīng)用電力電子技術(shù)抑制諧波,，以改善電能質(zhì)量的新技術(shù)——電力有源濾波器" title="有源濾波器">有源濾波器（ActivePowerFilter）已成為近年來電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域中新的熱點(diǎn),。國際上以抑制諧波電流為目的的并聯(lián)型電力有源濾波器應(yīng)用居多，而隨著電壓敏感性負(fù)載不斷增多,，以電壓畸變治理為主的串聯(lián)型" title="串聯(lián)型">串聯(lián)型有源濾波器,，正顯示著越來越大的利用價(jià)值。同時(shí),，它又是進(jìn)一步研究綜合電能質(zhì)量補(bǔ)償器的前提條件,，因此，對串聯(lián)型有源濾波器進(jìn)行研究有著重大的意義,。
在串聯(lián)型有源濾波器的研制過程中,，我們采用了美國德州儀器公司（TI）的TMS320F240數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcessor），極大地方便了軟硬件的開發(fā),，加快了研制的進(jìn)程,。
TMS320F240具有下述特點(diǎn)【2】【3】：
（1）50ns的指令周期，在一個指令周期內(nèi)可完成
一次乘法和一次加法,；
（2）大容量的片內(nèi)存儲器：包含544字×16位的
片內(nèi)數(shù)據(jù)/程序雙口（DualAccess）RAM,，16k字×16位的片內(nèi)FlashEEPRO，共計(jì)224k字×16位存儲器地址范圍（64k數(shù)據(jù),，64k程序和I/O以及32k全局存儲器空間）,；
（3）事件管理模塊：12路比較/脈沖寬度調(diào)制
（PWM）通道，3個16位通用定時(shí)器,，3個死區(qū)控制的16位全比較單元,，4個捕獲單元；
（4）雙10位A/D" title="A/D">A/D轉(zhuǎn)換模塊；
（5）基于鎖相環(huán)（PLL）的時(shí)鐘模塊,；
（6）看門狗定時(shí)器模塊（具有實(shí)時(shí)中斷功能）,；
（7）6個外部中斷（電源驅(qū)動保護(hù)、復(fù)位,、NMI及3種可屏蔽中斷）,。
充分使用TMS320F240DSP芯片構(gòu)成的實(shí)用系統(tǒng)，具有擴(kuò)充的外圍電路少,、控制電路簡單,、控制手段靈活、易調(diào)試和易維護(hù)等很多特點(diǎn),。
2以DSP為核心的硬件結(jié)構(gòu)
串聯(lián)型電力有源濾波器主電路由串聯(lián)電路和并聯(lián)電路組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
圖1串聯(lián)型電力有源濾波器主電路
圖2以DSP為核心的控制結(jié)構(gòu)框圖
串聯(lián)電路功能是：檢測電網(wǎng)畸變電壓,，分離出需要補(bǔ)償?shù)碾妷翰a(chǎn)生控制信號，生成補(bǔ)償電壓注入電網(wǎng),，實(shí)現(xiàn)電壓補(bǔ)償?shù)墓δ?。并?lián)電路功能是：檢測有源濾波器輸入電流，生成電流控制信號,，從而維持電容電壓恒定和保證設(shè)備功率因數(shù),。同時(shí)，作為一個實(shí)用裝置,，還必須實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的投入,、切除手段和故障情況下的保護(hù)手段。
控制電路以DSP為核心,，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,。
電網(wǎng)電壓、電流經(jīng)過傳感器后變成＋5V～－5V的弱電信號,經(jīng)過調(diào)理電路后變成0～5V的信號,其中從電壓互感器來的A相電壓信號經(jīng)帶通濾波后送入鎖相分頻模塊,產(chǎn)生采樣保持分頻窄脈沖信號來控制保持電路,使之每個工頻周期保持指定點(diǎn),。而分頻窄脈沖經(jīng)過處理電路的處理后作為DSP內(nèi)部A/D的起動信號使用,。
主電路的控制采用兩片TMS320F240。一片作為主DSP,，除負(fù)責(zé)并聯(lián)整流控制（產(chǎn)生并聯(lián)側(cè)整流及輸入電流控制PWM信號驅(qū)動并聯(lián)側(cè)主電路）外,，還承擔(dān)整套裝置的協(xié)調(diào)工作，包括投入切除算法控制,，故障保護(hù)控制及故障檢測功能,。它的輸出信號一部分用于控制驅(qū)動模塊以得到恒定的直流電容電壓，另一部分控制主電路繼電器,。而另一片作為從DSP,，用于串聯(lián)側(cè)的電壓補(bǔ)償PWM控制信號的產(chǎn)生，TMS320F240將電壓電流采樣信號經(jīng)過DSP檢測算法運(yùn)算后生成補(bǔ)償信號，補(bǔ)償信號通過TMS320F240內(nèi)部PWM控制模塊產(chǎn)生PWM控制信號送給驅(qū)動模塊,，經(jīng)由驅(qū)動模塊驅(qū)動主電路生成補(bǔ)償電壓注入電網(wǎng),。
3DSP軟件的設(shè)計(jì)
DSP完成了APF系統(tǒng)中的絕大多數(shù)功能，為了完成這些功能,，除用到TMS320F240的核心部分外,，還充分應(yīng)用了F240片內(nèi)的許多外圍模塊，如A/D模塊,，事件處理模塊和外部中斷功能,。整個算法由并聯(lián)側(cè)與串聯(lián)側(cè)算法構(gòu)成。
3．1并聯(lián)側(cè)DSP軟件算法
（1）整體軟件流程
并聯(lián)側(cè)DSP除完成并聯(lián)整流算法外,，還需要完成APF設(shè)備的投入和切除算法,，故障檢測和故障控制算法" title="控制算法">控制算法。圖3是并聯(lián)側(cè)DSP軟件算法的流程圖,。
如圖3所示,，當(dāng)DSP起動后首先進(jìn)行設(shè)備初始化操作，結(jié)束后進(jìn)行設(shè)備投入電網(wǎng)操作,，然后DSP空閑,，等待中斷的發(fā)生，一旦中斷出現(xiàn),，運(yùn)行相應(yīng)的中斷處理程序,，處理完成后DSP空閑等待另一個中斷的發(fā)生。A/D變換,，控制算法和PWM產(chǎn)生等一系列過程都在外部中斷XINT3中斷服務(wù)程序中完成,。
在設(shè)備初始化過程中，完成對故障檢測中斷設(shè)置,、DSP的PLL鎖相時(shí)鐘模塊設(shè)置,，外部中斷XINT2和XINT3的初始化設(shè)置和PWM的比較方式、輸出方式和死區(qū)設(shè)置等功能,，最后進(jìn)行繼電器控制狀態(tài)設(shè)置,，用于控制繼電器動作和接收繼電器當(dāng)前狀態(tài)的I/O口和外部I/O空間。
（2）中斷服務(wù)的設(shè)計(jì)
圖3并聯(lián)側(cè)DSP軟件算法的流程圖
并聯(lián)側(cè)的中斷服務(wù)子程序是軟件算法的最主要的組成部分,控制算法的實(shí)現(xiàn),、故障的檢測和保護(hù)等主要算法都通過中斷服務(wù)子程序來實(shí)現(xiàn),。并聯(lián)側(cè)中斷服務(wù)子程序有3個：XINT2中斷、XINT3中斷,、PDPINT（功率驅(qū)動保護(hù)中斷）,。
XINT3中斷處理程序的作用是對并聯(lián)側(cè)的輸入電流進(jìn)行處理，并執(zhí)行相應(yīng)的控制算法,，以取得相應(yīng)的電壓補(bǔ)償信號,，作為PWM控制信號產(chǎn)生的輸入,。最終通過PWM控制主電路IGBT有規(guī)律的開關(guān)動作，以維持直流電容電壓的恒定,。XINT2中斷服務(wù)在A相電壓過零時(shí)響應(yīng),，通過XINT2中斷和XINT3中斷聯(lián)合完成控制算法中的同步邏輯。故障中斷的作用是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生中斷時(shí),，檢測各故障線的故障信號以判斷發(fā)生的故障類型,，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。
3．2串聯(lián)側(cè)DSP軟件算法
串聯(lián)側(cè)僅完成補(bǔ)償電壓控制信號的生成,，僅需要XINT2,、XINT3中斷服務(wù)子程序，并在XINT3的中斷服務(wù)程序中采用相應(yīng)的電壓補(bǔ)償PWM控制策略,。
4結(jié)語
在串聯(lián)型有源濾波器中采用數(shù)字信號處理器,，所有算法均通過編程完成，易調(diào)試,、易維護(hù),、所占空間小，不易受干擾,，與傳統(tǒng)的硬件模擬方法比較有著巨大的優(yōu)勢，在響應(yīng)速度滿意的情況下,，可以逐步地取代硬件模擬法,。因此，數(shù)字信號處理器有著廣闊的應(yīng)用前景,，也將會受到越來越多的重視,。