基于DSP的DSTATCOM触发系统的实现

1、    基于DSP的DSTATCOM触发系统的实现        张军利 时间:2008年07月23日     字 体: 大 中 小        关键词:        ? 摘 要： 基于DSP的SVPWM脉冲信号的产生，并以此脉冲信号触发DSTATCOM装置工作，从而产生期望

2、的无功功率，实现无功补偿的目的。? 关键词： 配电网静止同步补偿器；数字信号处理器；空间矢量脉宽调制；触发系统? DSTATCOM控制策略根据补偿器要实现的功能和应用场合选择，控制策略包括开环控制、闭环控制和两者相结合的控制策略。根据控制理论的基本原理，要得到稳定的电压，必须引入电压负反馈，通过装置电压U和装置电压参考值Uref的比较，由其偏差来控制装置的运行。因此DSTATCOM控制系统一般采用直流侧电压的外闭环反馈控制，同时为了改善控制性能，可以在此基础上引入补偿电流的反馈控制。具体说来这种控制方式可以分为无功电流间接控制和直接控制两种方式。电流直接控制，就是采用跟踪型PWM技术对电流波形

3、的瞬时值进行反馈控制；电流间接控制，就是调节PWM调制深度来控制直流电压Udc，从而调节DSTATCOM装置交流侧电压Ug的大小以控制无功性质和大小，而Ug也可以通过改变相角差角来调节，进而改变无功电流Iq的大小。由于装置运行效率和开关器件自身要求的原因，本文采用电压型桥式电路的间接电流控制方法。2 SVPWM信号发生原理? 设逆变器三相电压为：? ? 将式（1）代入（2），得到理想供电电压下的逆变器空间电压合成矢量：? ? 逆变器需满足以下条件：(1)任一时刻总有三个功率开关器件处于导通状态，另三个处于关断状态；(2)上下桥臂不能同时导通。? 满足上述两个条件的开关模式只有8种，分别对应着8

4、个空间电压矢量(110)为有效矢量，幅值大小为Udc；为零矢量，幅值为零，如图2所示。? SVPWM的调制，将逆变器交流侧期望的二维静止-坐标系上的两个正交电压向量VSref和VSref作为空间矢量信号实时调制的给定值。由空间电压矢量SVPWM的原理知道，算法的关键是判断矢量所在扇区和矢量作用时间。2.1 Uout所在扇区的判断方法? 假定合成的矢量落在第3扇区，则可知其等价条件为：? ? 同理可得合成的电压矢量落在其他扇区的等价条件，综合整理可得到具体的扇区判断算法。? 定义：? ? 按如下逻辑执行，则可确定扇区：? 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所在的扇区即是SECTOR的数值。2.2 确定某扇区各矢量的作用时间? 定义：在一个PWM周期Tp中，t1为主矢量（先作用的矢量）作用时间，t2为辅矢量（后作用的矢量）作用时间，t0为每个零矢量的作用时间。假定合成矢量落在第3扇区。? 代入公式(2)，并整理得：? ? 代入公式（2），并整理得：? ? 根据伏秒平衡原则得：? ? 同理，可以计算出其他扇区各矢量的作

6、用时间。这些表达式都由如下三个独立的表达式构成，在此定义：? ? 对于不同扇区，t1、t2根据表1取值。? ? 当已知合成矢量所在的扇区，以及主矢量、辅矢量和零矢量的作用时间，就可以按照各扇区SVPWM的波形时序产生SVPWM波。3 DSTATCOM触发系统的设计out确定每个PWM周期的参数：两个相邻向量Ux和Ux+60，参数T1，T2，T3，将相应于Ux的开启方式写入ACTTRA.1412位中，并将1写入ACTRA.15中，再将1/2T1写到CMPR1寄存器，将1/2(T1+T2)的值写入CMPR2寄存器。一般情况下，在使用空间矢量PWM时应满足如下关系式：CMPR1CMPR2T1PR。比

7、较寄存器CMPR3没有用于空间矢量PWM输出，它仍可应用于其他定时事件的发生。4 实验结果及分析? 针对上节的寄存器设置情况，生成的空间矢量PWM波形是关于每个PWM周期中心对称的，因此称其为对称空间矢量PWM法，其波形示例如图3所示。? 对六路PWM输出口进行滤波并观察其输出波形，可得输出波形如图4所示。? 经滤波后PWM口输出波形为馒头波，表明由此触发脉冲系统发出的脉冲波经过功率放大触发DSTATCOM主电路逆变桥是正确合理的，能够得到期望的正弦指令电压。将此触发系统应用到实际DSTATCOM装置中进行了实验，图5和图6为部分实验结果。图5为示波器测量的DSTATCOM装置交流侧输出线电压

8、波形，可见其完全达到了期望的程度；图6中，t1时刻装置的给定无功电流指令由吸收无功电流转变为发出无功电流，经过不到3个基波时间的调整，到t2时刻电流的相位基本满足要求，超前电压90°，且t2时刻电流的幅值比t1时刻电流幅值大的多。? 本文根据DSTATCOM触发系统的具体要求，采用美国德州仪器公司的TMS320LF2407A DSP设计了脉冲触发系统，此款DSP芯片在硬件上内置了PWM波形产生电路。与其他各种PWM脉冲波相比较，空间矢量脉宽调制（SVPWM）具有物理概念清晰，算法简单，适用于数字实现，且电压利用率高（其输出线电压基波最大幅值为直流侧电压），谐波含量低，开关损耗小（每次切换只牵涉两相桥臂上最相邻的两个功率开关动作，开关次数少，在PWM频率很高时，开关损耗明显降低）以及硬件电路简单等特点。本文采用SVPWM脉冲触发原理设计了DSTATCOM的触发系统，由DSTATCOM实际运行结果可见，此处设计实现的DSTATCOM触发系统完全满足装置的实际需要。参考文献1 高淼.自治型STATCOM触发系统的研究D.西安理工大学硕士学位论文集，2004.2 刘文华，卢军锋，郑征，等.基于SHE-PWM的DSTATCOM的控制器和脉冲发生器的设计J.清华大学学报，2002，(9)：1188-1191.3 刘和平，严利平，张学