基于DSP控制技术的逆变器谐波失真消除
来源： 作者： 发布时间：2016-07-16 12:00:39 浏览量：为了获得对UPS系统的实时数字控制，设计者们又看中了高速的数字信号处理器（DSP），它能够每秒钟执行大约3千万条指令。在工作时，DSP把软件提供的参考信号与逆变器的实际显示值进行比较，然后通过高速计算来产生PWM转换控制的输出值。使用DSP来取代模拟线路有许多优点，其中包括不受元件老化和温度飘移的影响而具有稳定的系统参数；另外，对控制系统的升级可以仅通过软件而不对硬件进行任何改变。UPS的操作信息也能够通过调制解调器进行远程存取，再进行工作参数的调整以及基于软件的维修；最后，由于DSP的自我校正和远程服务特点，使得维修费用更加的低廉。
3 逆变系统的DSP控制及谐波校正算法
UPS系统的大多数电力负载都是非线性的，因此所产生的谐波电流必须在逆变器的输出中进行滤波，从而把谐波失真降低到容许的程度。DSP控制的UPS系统采用了软件控制的谐波调节器，它可以动态的适应负载条件的变化，并且不用手动就可以对负载谐波进行自动补偿。这样，即使在非线性负载变化的条件下，对于使用了DSP的复杂信号处理的操作，也能够提供正弦负载电压，同时也避免了对大规模无缘滤波器的使用。
增强型平衡功率（BP）UPS系统采用了德州仪器公司的DSP TMS320C25。BP
逆变器的DSP控制采用了谐波校正算法。如图2所示：先对UPS脉宽调制逆变器的输电感器的价格出进行采样，并在负反馈环路中将其转换为有效电压。对逆变器的实际输出与软件提供的有效参考值进行比较后产生一个误差电压，将该误差电压通过比例积分控制来消除稳态误差的引入，再将其结果为误差补偿信号，然后从该误差补偿信号中减去谐波失真信号，最后将所得的结果作为PWM逆变器的输入信号。
上面所提到电感厂家的谐波失真校正信号是在负反馈回路中产生的。DSP在输出电压波形中检测谐波失真信号，并确定谐波元件实部和虚部的幅值。此过程是用来消除5次谐波的，但是如果谐波频率低于采样频率的一半时，该谐波也会以同样的过程被消除。
图2 DSP控制的UPS系统方框图
然后在比例积分补偿器中应用振幅元件来产生谐波失真校正信号，它基本上消除了输出波形的谐波失真。再从误差补偿信号中减去合成的谐波失真校正信号，将其结果电感厂家输入PWM逆变器，从而产生一个基本上没有谐波失真的输出电压波形。DSP控制的逆变器和谐波调节器能够在变化的非线性负载条件下工作以提供正弦负载电压。
4 实验结果
UPS非线性负载的谐波消除实验是在一台1kVA系统上进行的，该实验采用了德州仪器公司的DSP TMS320C25作为控制芯片，所使用的UPS系统是IPM公司的增强型平衡功率（BP）逆变器的原型。图3 ~ 7表明了采用DSP TMS32绕行电感器0C25后的UPS系统性能。各图均为输出电压和电流的时域波形以及输出电压的频谱。
图3 无谐波调节器作用时的UPS工作情况 图4 5次谐波调节器单独作用时UPS工作情况
图5 7次谐波调节器单独作用时UPS工作情况图6 5次和7次谐波调节器同时作用时UPS工作情况
图7 5次谐波无缘滤波器作用时的UPS工作情况表1 UPS工作条件
表1所列出的是UPS在每幅图中不同的工作条件。图3所示为UPS在没有任何谐波调节器时的工作情况。由于谐波电流从非线性整流型负载注入，所以UPS输出电压波形产生畸变且主要包含5次和7次谐波。
图4和图5分别显示了5次和7次谐波调节器单独工作时的情况。表1给出了当每一谐波调节器分别工作时电压THD的微小变化，这是因为在消除一个谐波的同时就会引起未补偿谐波幅值的增加。图4中电流THD的显著增加是由于在现有负载工作条件下电流是不连续的。
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