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　　核心控制系统模块，主要由一片高性能32位定点DSP芯片TMS320LF2812 和一片CPLD芯片EPM7256AE以及相关外围电路组成。其主要功能是：将数据采集电路输出的模拟信号转换为数字信号，计算得出补偿指令电流，然后生成并发出控制逆变器的PWM驱动脉冲信号，并且根据不同的故障状态产生不同的保护动作，协调系统内部的逻辑、扩展I/O接口、简化外围电路等功能。

　　数据采集电路，主要负责电压、电流等模拟信号的转换等处理。由于被检测的电压电流量数值比较大,数值远超过DSP允许的输入信号范围，因此，需要把这些模拟电信号降低，并将电流量变换为电压量，双极性信号变成单极性信号，并进行电平匹配，A/D 转换后送入DSP进行运算。实现方法简述如下：电压、电流信号(包括2个直流母线电压、3个负载电流以及3个补偿器输出电流)经电流型霍尔传感器变换后，在高精度采样电阻上形成与原信号成比例的电压信号，再经滤波、隔离、电平变换后，得到0～3V模拟量输入电压，最后经12位A/D变换后进入DSP内处理。模拟量输入调理电路如图3所示。

　　图3 模拟量输入信号调理电路

　　同步检测电路，主要功能是产生与电网电压频率、相位相同的同步工作脉冲信号以及256倍电网基波频率的A/D同步采用启动信号。实际中，由于电网的频率总会在50Hz上下发生波动，因此为保证电网参数计算的准确性，在测量过程中需要跟踪电网频率的变化，随时修正A/D的采样周期，以保证采样速率不变。同步检测电路实质是一过零电压比较器，将一相电源交流输入信号变换成方波信号，实现三相电源电压的相位检测，利用方波信号的跳变触发DSP产生中断，以便计算电网频率和控制DSP的A/D转换时刻。

　　PWM隔离驱动电路，是将控制系统模块产生的光驱动脉冲信号转换为电驱动脉冲信号，同时经过功率放大处理后，最终输出6路PWM信号，实现对逆变主电路IGBT的驱动控制。当装置出现过流、短路等故障时，立即封锁IGBT的驱动脉冲，并向核心系统控制模块发送保护信号。

　　硬件保护电路，为了保证APF可靠稳定的工作，该补偿装置需要有完善的保护系统。当补偿装置发生短路、过流、过压、超温、欠压等故障时，故障信号经过故障检测电路处理后，立即封锁PWM驱动脉冲信号，并进行报警等处理，控制APF系统自动退出运行，以保护系统安全。

　　3 并联有源滤波器的控制算法与控制系统软件设计

　　控制系统部分主要是以DSP和CPLD 为核心,完成数据采集、相位跟踪、指令电流运算、补偿电流跟踪控制、直流侧电压控制、PWM驱动信号控制、系统保护、显示等功能。其中指令电流运算和补偿电流跟踪控制是APF的关键环节，直接影响着它的性能。

　　3.1 指令电流运算部分[2]

　　综合考虑各种检测算法的准确性，实时性和复杂性，本文采用改进的瞬时无功功率理论进行指令电流运算。即先求出其零序电流分量,将零序电流分量从各相电流中剔除后,就可以利用三相三线制情况下的瞬时无功功率理论 ， 检测法进行检测,进而求出三相四线制系统中的谐波、负序、零序、无功在内的补偿电流指令信号。指令电流运算电路原理图如图4所示。图中

　　图4 指令电流运算电路原理图

　　3.2 补偿电流跟踪控制部分

　　补偿电流跟踪控制部分，本文采用定时滞环比较的控制方法来产生PWM控制信号。该方法是把补偿电流的指令信号 和实际的补偿电流信号 进行比较，两者的偏差 作为滞环比较器的输入，并用DSP内部的时钟定时器计时，每隔一个计时周期对偏差 的比较结果进行判断，产生PWM控制信号，该信号经驱动保护电路来控制IGBT的通断，从而控制补偿电流 的变化，实现补偿功能。

　　3.3控制系统软件流程设计

　　由于TMS320F2812的运算速度非常快，因而可以采用C语言编程，减少开发软件所需的时间。在程序的具体编写中，采用模块化设计方法，将DSP要实现的控制功能划分为若干个功能模块，将每一个功能模块用一个子程序来实现，应用时只需对相应的子程序进行调用即可，有利于对程序进行调试、维护和升级。控制系统软件主要分为5部分：主程序、指令电流检测子程序、PWM控制子程序、电网频率检测子程序和数据采集子程序。为了提高控制系统的性能和稳定性，软件设计时还增加了软件陷阱、数字滤波、看门狗技术等抗干扰措施。

　　本文主程序流程图如图5所示。主程序实现了对系统的循环控制，工作过程简述如下：首先对系统进行初始化，以保证DSP及所有外设的初始化状态正常;然后系统进入到主程序循环中，系统先进行故障自检，若有故障，进行故障处理，保证系统安全、可靠的运行;若系统无故障发生，则等待同步采样控制信号中断的发生，系统进入到对应的中断服务程序中进行频率检测和A/D转换等;然后进行直流侧电压控制;指令电流计算;软启动控制等，若是启动过程，则采用软启动方式，否则直接输出PWM控制信号。这样就完成了对一个采样周期的控制，然后程序返回，进行下一次采样循环控制。

关键词： 系统 设计 软硬件 滤波器 有源 电力 三相四