论文部分内容阅读
随着飞机“多电化”的不断发展,机载用电设备大量增加,航空电网中的谐波问题越来越严重。由于航空电网的基波频率高达400Hz,5次谐波电流频率就可达2kHz,传统的并联型有源电力滤波器(Shunt Active Power Filter, SAPF)因为传统Si功率器件与低运算速度DSP的限制,开关频率较低,导致电流控制带宽无法设计得很高,难以补偿400Hz电网中的谐波电流。随着新型SiC器件和高速DSP的成熟,高频SAPF的实现条件得到满足,通过大幅提高开关频率来改善SAPF的谐波补偿性能成为可能。
针对高频SAPF的主电路设计,首先选取了LCL滤波器作为输出滤波器,并采用无源阻尼方法抑制其谐振峰,接着对SAPF容量、输出滤波器和直流母线电容的参数设计进行了研究。针对高频SAPF的控制策略研究,采用了直流电压、输出电流双闭环控制策略,电压外环控制采用PI控制,电流内环控制可采用PI控制或PI+重复复合控制,同时对控制器参数的设计进行了研究。最后仿真验证了主电路设计与控制系统设计的有效性。
将开关频率提高至100kHz后,SAPF的数字实现成为难点之一。针对占用运算资源较多的谐波指令提取环节,对传统的递归离散傅里叶变换(Recursive Discrete Fourier Transform, RDFT)算法进行了优化,首先对三相负载电流进行同步旋转坐标变换得到dq坐标系下的负载电流信号,再利用RDFT算法提取6k次谐波分量,同时减少RDFT算法一半的迭代次数,可以有效减少谐波指令提取环节三分之二的运算时间,并改善了RDFT算法的动态延时。接着采用了主频为200MHz、双核结构的TMS320F28377D作为数字信号处理器,设计了一种多线程处理数字实现方案,合理分配运算任务,充分利用了有限的运算资源。
最后研制了一台开关频率为100kHz、容量为10kVA的SAPF实验样机,实验结果表明提出的设计方法的有效性。
针对高频SAPF的主电路设计,首先选取了LCL滤波器作为输出滤波器,并采用无源阻尼方法抑制其谐振峰,接着对SAPF容量、输出滤波器和直流母线电容的参数设计进行了研究。针对高频SAPF的控制策略研究,采用了直流电压、输出电流双闭环控制策略,电压外环控制采用PI控制,电流内环控制可采用PI控制或PI+重复复合控制,同时对控制器参数的设计进行了研究。最后仿真验证了主电路设计与控制系统设计的有效性。
将开关频率提高至100kHz后,SAPF的数字实现成为难点之一。针对占用运算资源较多的谐波指令提取环节,对传统的递归离散傅里叶变换(Recursive Discrete Fourier Transform, RDFT)算法进行了优化,首先对三相负载电流进行同步旋转坐标变换得到dq坐标系下的负载电流信号,再利用RDFT算法提取6k次谐波分量,同时减少RDFT算法一半的迭代次数,可以有效减少谐波指令提取环节三分之二的运算时间,并改善了RDFT算法的动态延时。接着采用了主频为200MHz、双核结构的TMS320F28377D作为数字信号处理器,设计了一种多线程处理数字实现方案,合理分配运算任务,充分利用了有限的运算资源。
最后研制了一台开关频率为100kHz、容量为10kVA的SAPF实验样机,实验结果表明提出的设计方法的有效性。