ADSP-CM403 HAE在太阳能应用中的谐波分析 PDF

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MS-2543
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ADSP-CM403 HAE在太阳能应
用中的谐波分析
这要求更好地对注入电网的电能进行测量、控制和质量
分析。当然,这会促成新指令的发布以及更高的技术要
求,进而直接导致新技术的产生。
作者:Martin Murnane
ADSP-CM403XY HAE外设模块
ADI太阳能光伏发电系统
[email protected]
HAE模块本质上是一个数字PLL,其简化原理图如下图
所示。HAE连续接收V和I数据,并且数个周期后将锁定
至输入波形的基波。HAE模块的输入范围为45 Hz至66 Hz。
最多可分析40个谐波,每次12个。对于每个谐波,PLL
会试图锁定至所需的信号频率。
简介
太阳能光伏逆变器转换来自太阳能面板的电能并高效地
将其部署到公用电网中。早期太阳能PV逆变器只是将
电能转储到公用电网的模块。但是,新设计要求太阳能
光伏逆变器对电网的稳定性作出贡献。
V (k × dt)
PHASE
DETECTOR
本文将回顾最新的ADI技术如何以HAE(谐波分析引擎)
的方式改善智能电网的集成度,并监控电网上的电源质
量,从而极大地增强电网稳定。
CONTROL AND
LOOP FILTER
FREQUENCY
DCO
(OSCILLATOR)
图2. HAE简化数字PLL
智能电网
谐波引擎硬件模块与谐波分析仪共同处理结果。由于谐
波引擎产生的结果为最终格式,这些结果数据保存在结
果存储器中。HAE引擎在无衰减的2.8 kHz通带内计算谐
波信息(相当于3.3 kHz的-3 dB带宽),用于45 Hz至66 Hz
范围内的线路频率。
什么是智能电网?IMS Research将智能电网定义为“一种
自身能够高效匹配和管理发电和用电并可最大程度地利
用各种可用资源的公用供电基础设施”。若要将新一代
太阳能光伏逆变器接入智能电网,则逆变器需要越来越
高的智能程度才能实现。这本身就是一个难题,主要是
因为当电力需求在别处时,此处却连接了过多的电网,
从而发生不平衡。基于这个原因,如前文所述,太阳能
光伏逆变器需要具备更高的智能程度,并且这种智能应
侧重于电网集成,其中系统需协助稳定电网,而非作为
电网的一个简单电源使用。
(CIC + IIR4) COMPOSITE FREQUENCY RESPONSE
FOR 2k (RED) vs. 3k (BLUE) COEFFICIENT
0
−10
−20
−30
−40
HARMONIC ANALYZER
−50
(SIGNAL PROCESSING ARCHITECHTURE)
−60
V (VOLTAGE)
HPF
FREQUENCY
DETECTOR
V_RMS
−70
2k
I_RMS
DISCRETE
DISCRETE
HARMONIC
HARMONIC
COMPONENTS
COMPONENTS
EXTRACTION
EXTRACTION
HPF
IDX_01
8k
10k
12k
14k
同时可使用相电流和来分析零线电流。在新采样周期的
最初时刻,谐波引擎在含有数据RAM内的预定义位置
循环,该数据RAM含有分析仪处理结果。若有需要,
内容可进一步处理。
ACT_PWR
IDX_12
6k
图3. HAE通带频率
.....
I (CURRENT)
4k
REACT_PWR
× 12 + 1
图1. ADSP-CM403 HAE框图(ADI公司)
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电压和电流数据可来自Sinc模块或ADC(两者均存储在
SRAM中),并输入至HAE模块,速率为8 kHz。该速率下
可产生一个中断,提示太阳能光伏逆变器输入可用数
据。进行数据分析并执行下列计算时,HAE模块将产生
另一次中断,提示太阳能光伏系统准备显示谐波分析数
据。ADSP-CM403还可将HAE至DMA的全部结果数据
直接传输至SRAM,之后系统代码便可显示结果。这会
导致整个HAE系统的少许代码开销。
图4. HAE的V rms示例结果(谐波1-12)
ADSP-CM403XY HAE结果
这些计算中采用的特定等式如下所示;下列等式同时适
用于基波和谐波计算。
图4中的HAE结果清楚表明观察电压均方根数据时,系
统中存在哪些谐波。图中50 Hz基波清晰可见,但250 Hz
和350 Hz处的较低谐波(如谐波5和7)亦可在本示例结果中
看到。
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表1. HAE数学计算
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编程示例
INT HAE_CONFIG(VOID)
{ INT I;
HAE_INPUT_DATA(VOUTPUT, SINC_VEXT_DATA);
HAE_INPUT_DATA(IOUTPUT, SINC_IMEAS_DATA);
RESULT = ADI_HAE_OPEN(DEVNUM, DEVMEMORY, MEMORY_SIZE, &DEV);
RESULT = ADI_HAE_REGISTERCALLBACK(DEV, HAECALLBACK, 0);
RESULT = ADI_HAE_SELECTLINEFREQ(DEV, ADI_HAE_LINE_FREQ_50);
RESULT = ADI_HAE_CONFIGRESULTS(DEV, ADI_HAE_RESULT_MODE_IMMEDIATE, ADI_HAE_SETTLE_TIME_512,
ADI_HAE_UPDATE_RATE_128000);
RESULT = ADI_HAE_SETVOLTAGELEVEL (DEV, 1.0);
RESULT = ADI_HAE_ENABLEINPUTPROCESSING(DEV, FALSE, FALSE); /* FILTER ENABLED */
/* ENABLE ALL HARMONICS (IN ORDER) */
RESULT = ADI_HAE_HARMONICINDEX (DEV, ADI_HAE_HARMONIC_INDEX_1, 1);
RESULT = ADI_HAE_HARMONICINDEX (DEV, ADI_HAE_HARMONIC_INDEX_2, 2);
RESULT = ADI_HAE_HARMONICINDEX (DEV, ADI_HAE_HARMONIC_INDEX_3, 3);
RESULT = ADI_HAE_HARMONICINDEX (DEV, ADI_HAE_HARMONIC_INDEX_4, 4);
RESULT = ADI_HAE_HARMONICINDEX (DEV, ADI_HAE_HARMONIC_INDEX_5, 5);
RESULT = ADI_HAE_HARMONICINDEX (DEV, ADI_HAE_HARMONIC_INDEX_6, 6);
RESULT = ADI_HAE_HARMONICINDEX (DEV, ADI_HAE_HARMONIC_INDEX_7, 7);
RESULT = ADI_HAE_HARMONICINDEX (DEV, ADI_HAE_HARMONIC_INDEX_8, 8);
RESULT = ADI_HAE_HARMONICINDEX (DEV, ADI_HAE_HARMONIC_INDEX_9, 9);
RESULT = ADI_HAE_HARMONICINDEX (DEV, ADI_HAE_HARMONIC_INDEX_10, 10);
RESULT = ADI_HAE_HARMONICINDEX (DEV, ADI_HAE_HARMONIC_INDEX_11, 11);
RESULT = ADI_HAE_HARMONICINDEX (DEV, ADI_HAE_HARMONIC_INDEX_12, 12);
RESULT = ADI_HAE_SUBMITTXBUFFER(DEV, &TXBUFFER1[0], SIZEOF(TXBUFFER1));
RESULT = ADI_HAE_SUBMITTXBUFFER(DEV, &TXBUFFER2[0], SIZEOF(TXBUFFER2));
RESULT = ADI_HAE_ENABLEINTERRUPT(DEV, ADI_HAE_INT_RX, TRUE);
RESULT = ADI_HAE_ENABLEINTERRUPT(DEV, ADI_HAE_INT_TX, TRUE);
RESULT = ADI_HAE_CONFIGSAMPLEDIVIDER(DEV, 100000000);
RESULT = ADI_HAE_RUN(DEV, TRUE);
// RESULT = ADI_HAE_CLOSE(DEV);
}
/* EVENTS */
VOID HAECALLBACK(VOID* PHANDLE, UINT32_T EVENT, VOID* PARG)
/* ISR ROUTINE TO LOAD / UNLOAD DATA FROM HAE
{
UINT32_T N;
ADI_HAE_EVENT EEVENT = (ADI_HAE_EVENT)EVENT;
/* RESULTS RECEIVED FROM HAE 128MS */
IF (EEVENT == ADI_HAE_EVENT_RESULTS_READY)
{
/* GET RESULTS */
PRESULTS = (ADI_HAE_RESULT_STRUCT*)PARG;
/* POINTER TO TXBUFFER1 OR TXBUFFER2 */
/* DO SOMETHING WITH THE RESULTS */
FOR (N=0; N<NUM_CHANNELS; N++)
{
IRMS[N] = PRESULTS[N].IRMS;
VRMS[N] = PRESULTS[N].VRMS;
ACTIVEPWR[N] = PRESULTS[N].ACTIVEPWR;
}
}
/* TRANSMIT INPUT SAMPLES TO HAE – 8KHZ */
IF (EEVENT == ADI_HAE_EVENT_INPUT_SAMPLE)
{
/* FIND LATETS SAMPLES FROM SINC BUFFER . */
ADI_HAE_INPUTSAMPLE(DEV, (SINC_IMEAS_DATA[PWM_SINC_LOOP]), (SINC_VEXT_DATA[PWM_SINC_LOOP]));
INDEX++;
IF (INDEX >= NUM_SAMPLES) INDEX = 0;
}
COUNT++;
}
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