基于RCP的混合型电力滤波器设计

摘要：为了解决电力系统谐波治理中，数字化控制器设计周期长、投资成本高等问题，在研究传统电力滤波器的基础上设计出了一种快速控制模型。在传统滤波器结构基础上增加一个有源电力滤波器，同时运用计算机辅助软件Simulink 和TI公司DSP开发环境CCS，对混合型有源电力滤波器进行在线调试，精确地降低了谐波成分。仿真结果表明，通过滤波器后，电网电压畸变因数降至1.88%（低于IEEE-519-1992标准）。该装置已在武钢电弧炉35 kV电网运行，运行结果表明该装置可靠性高、滤波效果显着，具有良好的工程应用价值。

　　目前，电力滤波器多采用数字化控制器实现，需要工程师有较高的软件编程能力。这样，滤波器设计周期的绝大部分时间将用于程序的编写以及优化上。考虑到数学模型的建立、算法的设计、离线调试，整个开发时间将非常长，成本将相应增加。

　　快速控制模型（RapidControl Prototyping，RCP）的设计降低了设计周期，利用Simulink的图形化编程方法，不再需要进行复杂的程序编写：对于硬件工程师而言，改变模型参数就可以实现现场调试；对于理论研究人员而言，只需要考虑算法的快速性和实用性。

　　小波变换是一种分析非稳态电压和电流波形的快速而有效的方法。同FFT一样，小波变换将信号分解成频率分量。但是，离散小波变换（DWT）具有可变的频率分辨率，可以有效地解决负载突变所引起的电网电压闪变，而且能够实时跟踪问谐波。这是用来分析瞬态信号的一个有用特性。另外，小波分析不需要在整个频域范围内同时进行，将计算量集中在某一频率范围，减小了计算量，加快了分析速度。

　　本文基于Simulink软件对混合型有源电力滤波器（Hvbrid Active Power Filter，HAPF）进行建模，利用Wavelet工具箱进行谐波分析并仿真，由MATLAB／Simulink／Embedded Target for TI C2000生成DSP代码，最终在TMS320F2812进行硬件实现。
　　1 快速控制模型（RCP）

　　RCP由两部分组成：计算机辅助设计软件Simulink和带有实时操作系统的专有硬件TMS320F2812，如图1所示。这种图形化编程方法取代了传统程序的编写，只要求工程师将注意力集中在功能和性能的优化上。本文提出的完整系统在仿真环境下进行。

图1 RCP的组成部分

　　Embedded Target for TI C2000连接软件和硬件，Simulink工具箱提供本文所需的各种模型，为通用DSP上设计、仿真和实现嵌入式控制系统提供了集成平台。图2为设计流程。

图2 设计流程图

　　利用Embedded Target，能够通过CCS（Cede Composer Studio）产生高效的DSP代码，通过主机与DSP的接口将二者连接起来，就可以对DSP进行在线控制与优化。对于需要进行循环计算的复杂算法，RCP的快速执行功能将体现出极大的优越性。鉴于小波变换分析电力系统谐波的前景，以及建模的便利，本滤波器的有源部分控制算法利用小波变换来分析电网谐波。