RCP实现混合型电力滤波器

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。

         引言

　　快速控制模型(Rapid Control 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。

　　2 小波分析

　　2.1 多分辨分解法

　　小波分析的实现通常采用信号的多分辨分解法(Multiresolution Signl Decomposition，MSD)，高通滤波器h和低通滤波器g分别通过小波函数来构成，如图3所示。

　　

 

　　图3 小波分析的信号多分辨分解法实现

　　图3中的尺度1包含了从奈奎斯特频率到1/4采样频率的信息，尺度2包含了从1/4到1/8采样频率的信息，其他尺度包含的信息以此类推。小波的分解可以在任意尺度上终止，最后的平滑输出包含了所有剩余尺度的信息。但是，信号的分解层数不是任意的。长度为N的信号最多只能分解成log2N层。