技术文章 MS-2543 . 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) Page 1 of 3 www.analog.com ©2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. MS-2543 技术文章 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。 资源 分享本文 表1. HAE数学计算 Page 2 of 3 MS-2543 技术文章 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++; } One Technology Way • P.O. Box 9106 • Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 • Fax: 781.461.3113 • www.analog.com Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. TA11824sc-0-9/13 www.analog.com ©2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Page 3 of 3