1 引 言
　　能源问题是决定新世纪社会发展的突出问题，如何提高能源的利用率已引起全世界人民的关注。能量回馈系统作为用电设备与供电电网的接入口，可以实现直流电和交流电形式的转换，有着广阔的应用前景。与传统的电阻制动方式相比，能量回馈系统大大的提高了电能利用率，功率因数大幅提高，增加了各种大惯量、拖动性的变频调速系统应用的稳定性，同时协助系统实现快速制动功能，最终达到理想的节能效果。该系统的实施，对于一些快速制动的应用场合，如电梯、起重、油田抽油机、风力并网发电等具有重要的现实意义。

2 原理与设计
　　能量回馈系统作为有源逆变单元，从变频器中分离出来，回馈单元的直流侧并接与变频器的直流母线，交流侧并接于电网，将电机制动或者再生能量回馈到电网中。如图1所示。
 

图1 能量回馈系统主回路框图

　　无论系统工作在电动状态还是发电状态，能量回馈系统都能使得后级的负载正常运行。能量回馈系统的工作过程是：当负载工作在电动状态时，能量回馈系统中的开关器件全部被封锁，能量从直流侧电容上吸收能量。当负载工作在发电状态时，能量累积在变频器直流母线侧，产生泵升电压，当直流母线电压超过启动有源逆变电路的工作电压并且满足条件时，能量回馈系统开始工作，将直流母线上的能量转化为符合并网要求的交流电能回馈电网，达到节能的效果。随着这部分能量的释放，直流母线电压下降，回落到设定值，回馈系统停止工作。

　　本文设计的能量回馈系统主要由硬件电路和控制软件实现。

2.1 硬件设计
　　主要分为三个部分：模拟信号采集电路、DSP逻辑控制保护电路和PWM驱动电路。如图2所示，以DSP为核心，采集电压、电流信号，通过矢量控制算法，实时跟踪电网相位频率，产生PWM控制脉冲，进而通过驱动电路控制IGBT的通断，将直流电转变为幅值可调且满足并网要求的交流电。
 

图2 能量回馈系统硬件电路框图

2.2 软件设计
　　DSP芯片采用TMS320F2803x芯片，采样电网三相电压，将电网等效为一个电机，利用CLARKE变换和PARK变换得到一个旋转的磁场，DSP控制IGBT发出一个产生相同磁场的电压，通过调节两个电压的相角差得到一个电流值，采用电压环内套电流环闭环控制电流的大小来调节母线电压。其矢量控制系统如下：
 

图3 矢量控制系统示意图

　　如图3所示，控制系统由直流电压外环和有功、无功电流内环组成。通过检测输出电流的三相电流值，经过CLARKE变换和PARK变换得到旋转坐标系下的直流分量i_d和i_q。同时，通过检测得到的直流电压值和设定电压值进行比较，通过PI调节器可实现直流电压的无静差控制。由于直流电压的控制可通过i_d的控制来实现，因此直流电压外环PI调节器的输出量即为有功电流内环的电流参考值i_d^*，从而对VSR输出的有功功率进行调节。无功电流内环的电流参考值i_q^*则是根据需向电网输送的无功功率参考值q^*（由q^*=e_d i_q^*运算）而得，当令i_q^*=0时，VSR运行于单位功率因数状态，即仅向电网输送有功功率。通过电流内环PI调节器的输出信号经过反PARK变换后，即可通过空间矢量脉冲调制得到VSR相应的开关驱动信号s_a 、s_b 、s_c,从而实现VSR的并网控制。

3 实验
　　1.5KW、1500rpm电机在0.1s减速下，通过实验，得到如图4所示波形。该能量回馈系统克服了传统能量回馈系统控制精度低、电流质量差的缺陷，实现了单位功率因数的正弦波电流回馈，成功地解决了网侧电压畸变问题，并且使回馈电流具有较好的正弦性。
 

图4波形图

4 结 论
　　本文主要针对基于TMS320F2803x的能量回馈系统应用于变频调速中，是节能降耗、改善控制性能、提高产品产量和质量的重要途径，本设计最终实现了能量的再生利用，验证了本项目方案的正确性和合理性，同时做到了经济、环保、节能，具有良好的经济效益和社会效益。