專利名稱:一種有源濾波裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)諧波抑制【技術(shù)領(lǐng)域】，本實(shí)用新型提供一種有源濾波裝置，包括控制器、驅(qū)動(dòng)電路、充電電路、電抗器、電流電壓采集電路、無(wú)源濾波器以及有源濾波器，有源濾波器包括IGBT逆變器和電容，IGBT逆變器和電容并聯(lián)在一起；IGBT逆變器的電流輸出端連接電抗器的輸入端，電抗器的輸出端連接充電電路的輸入端，充電電路的輸出端連接無(wú)源濾波器的輸入端，無(wú)源濾波器的輸出端連接電網(wǎng)；控制器根據(jù)諧波電流信號(hào)、電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)和補(bǔ)償電流信號(hào)調(diào)整IGBT逆變器的輸出電流，根據(jù)有源濾波器的補(bǔ)償?shù)贸鲅a(bǔ)償電流的指令信號(hào)，能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，濾波范圍廣，響應(yīng)速度快，濾波能力強(qiáng)，具有多種補(bǔ)償功能。
【專利說(shuō)明】一種有源濾波裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)諧波抑制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種有源濾波裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，非線性和時(shí)變性電力電子裝置如逆變器、整流器及各種開關(guān)電源等的廣泛應(yīng)用，這些電力電子裝置的開關(guān)動(dòng)作向電網(wǎng)中注入了大量的諧波和次諧波分量，導(dǎo)致了交流電網(wǎng)中電壓和電流波形的嚴(yán)重失真，降低了電網(wǎng)的功率因數(shù)，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)供電質(zhì)量提出了更高的要求。傳統(tǒng)的諧波抑制方法是使用無(wú)源濾波器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少、運(yùn)行費(fèi)用較低、既可以補(bǔ)償諧波又可以補(bǔ)償無(wú)功等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)此種方法具有很大的弊端，其體積大，其濾波效果受電力系統(tǒng)阻抗的影響較大，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，且只能消除特定次的諧波。因此，隨著供電質(zhì)量要求的提高，僅依靠傳統(tǒng)的這種無(wú)源濾波器來(lái)抑制諧波已不能滿足供電質(zhì)量要求的需要。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中存在僅使用無(wú)源濾波器來(lái)抑制諧波不能滿足供電質(zhì)量要求的問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種有源濾波裝置，旨在解決針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在僅使用無(wú)源濾波器來(lái)抑制諧波不能滿足供電質(zhì)量要求的問(wèn)題。
[0004]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種有源濾波裝置，所述有源濾波裝置包括控制器、驅(qū)動(dòng)電路、充電電路、電抗器、電流電壓采集電路、無(wú)源濾波器以及有源濾波器，所述有源濾波器包括IGBT逆變器和電容，所述IGBT逆變器和電容并聯(lián)在一起；
[0005]所述IGBT逆變器的電流輸出端連接所述電抗器的輸入端，所述電抗器的輸出端連接所述充電電路的輸入端，所述充電電路的輸出端連接所述無(wú)源濾波器的輸入端，所述無(wú)源濾波器的輸出端連接電網(wǎng)；
[0006]所述電流電壓采集電路的第一輸入端連接非線性負(fù)載的輸入端，所述電流電壓采集電路的第二輸入端連接所述電網(wǎng)的電壓端，所述電流電壓采集電路的第三輸入端連接所述電抗器的輸出端，所述電流電壓采集電路的輸出端連接所述控制器的第一輸入端，所述電流電壓采集電路用于采集所述非線性負(fù)載的諧波電流信號(hào)、電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)以及所述電抗器輸出端的補(bǔ)償電流信號(hào)，并將所述諧波電流信號(hào)、所述電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)和所述補(bǔ)償電流信號(hào)發(fā)送給所述控制器；
[0007]所述控制器的第一輸出端連接所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接所述IGBT逆變器的控制端，所述控制器根據(jù)所述諧波電流信號(hào)、所述電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)和所述補(bǔ)償電流信號(hào)調(diào)整所述IGBT逆變器的輸出電流。
[0008]所述有源濾波裝置包括斷路器，所述斷路器的輸入端連接所述無(wú)源濾波器的輸出端，所述斷路器的輸出端連接所述電網(wǎng)。
[0009]所述有源濾波裝置包括浪涌保護(hù)電路，所述浪涌保護(hù)電路的輸入端連接所述無(wú)源濾波器的輸出端，所述浪涌保護(hù)電路的輸出端連接所述斷路器的輸入端。
[0010]所述有源濾波裝置包括遠(yuǎn)程通訊電路，所述遠(yuǎn)程通訊電路的輸入端連接所述控制器的第二輸出端，所述遠(yuǎn)程通訊電路的輸出端連接所述控制器的第二輸入端。
[0011 ] 所述遠(yuǎn)程通訊電路為有線遠(yuǎn)程通訊電路或無(wú)線遠(yuǎn)程通訊電路，所述無(wú)線遠(yuǎn)程通訊電路為WIFI模塊或藍(lán)牙模塊。
[0012]所述有源濾波裝置包括人機(jī)交互裝置，所述人機(jī)交互裝置與所述控制器相連。
[0013]所述充電電路包括接觸器和充電電阻，所述充電電阻的第一端為所述充電電路的輸入端，所述充電電阻的第二端連接所述接觸器的輸入端，所述接觸器的輸出端為所述充電電路的輸出端。
[0014]所述無(wú)源濾波器為L(zhǎng)C無(wú)源濾波器。
[0015]本實(shí)用新型提供一種有源濾波裝置，與傳統(tǒng)的無(wú)源濾波器諧波抑制方法相比，在現(xiàn)有技術(shù)中使用無(wú)源濾波器的基礎(chǔ)上增加有源濾波器，通過(guò)檢測(cè)負(fù)載電流中的諧波電流信號(hào)，以對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，濾波范圍廣，響應(yīng)速度快，濾波能力強(qiáng)，并且具有多種補(bǔ)償功能，同時(shí)不需要大容量的電抗器和電容器，在很大程度上縮小了整個(gè)裝置的體積和成本。

【附圖說(shuō)明】

[0016]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1是本實(shí)用新型一種實(shí)施例提供的一種有源濾波裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型另一種實(shí)施例提供的一種有源濾波裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0020]為了說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
[0021]本實(shí)用新型一種實(shí)施例提供一種有源濾波裝置，如圖1所示，有源濾波裝置包括控制器107、驅(qū)動(dòng)電路108、充電電路102、電抗器103、電流電壓采集電路106、無(wú)源濾波器110以及有源濾波器104，有源濾波器104包括IGBT逆變器105和電容111，IGBT逆變器105和電容111并聯(lián)在一起。
[0022]IGBT逆變器105的電流輸出端連接電抗器103的輸入端，電抗器103的輸出端連接充電電路102的輸入端，充電電路102的輸出端連接無(wú)源濾波器110的輸入端，無(wú)源濾波器110的輸出端連接電網(wǎng)101。
[0023]電流電壓采集電路106的第一輸入端連接非線性負(fù)載109的輸入端，所述電流電壓采集電路106的第二輸入端連接電網(wǎng)101的電壓端，電流電壓采集電路106的第三輸入端連接電抗器103的輸出端，電流電壓采集電路106的輸出端連接控制器107的第一輸入端，電流電壓采集電路106用于采集非線性負(fù)載109的諧波電流信號(hào)、電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)以及電抗器103輸出端的補(bǔ)償電流信號(hào)，并將諧波電流信號(hào)、電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)和補(bǔ)償電流信號(hào)發(fā)送給控制器107。
[0024]控制器107的第一輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路108的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路108的輸出端連接IGBT逆變器105的控制端，控制器107根據(jù)諧波電流信號(hào)、電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)和補(bǔ)償電流信號(hào)調(diào)整IGBT逆變器105的輸出電流。
[0025]對(duì)于充電電路102，在本實(shí)施例中，充電電路102主要由接觸器和旁路電阻構(gòu)成，用于在接入電網(wǎng)101時(shí)實(shí)現(xiàn)有源濾波器104在接入過(guò)程中的能量緩沖，因?yàn)樵谟性礊V波器104投入時(shí)，如果直流側(cè)電容兩端電壓為零或者太小，IGBT逆變器105內(nèi)部的反并聯(lián)二極管將承受很大的電容充電電流，雖然系統(tǒng)中的電抗器103會(huì)對(duì)該電流有一定抑制作用，但該電流還是有可能超過(guò)IGBT逆變器內(nèi)反并聯(lián)二極管中的最大允許正向峰值電流而損壞器件。
[0026]具體的，充電電路102包括接觸器和充電電阻，充電電阻的第一端為充電電路的輸入端，充電電阻的第二端連接接觸器的輸入端，接觸器的輸出端為充電電路的輸出端。
[0027]對(duì)于電流電壓采集電路106，在本實(shí)施例中，具體的，電流電壓采集電路106包括電壓互感器、電流互感器以及信號(hào)調(diào)理電路，通過(guò)電壓互感器和電流互感器采集電網(wǎng)側(cè)的電壓、非線性負(fù)載的諧波電流以及有源濾波器中三相逆變器輸出側(cè)的補(bǔ)償電流，其中PT表示三相電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)，CTl表示APF有源濾波裝置三相逆變器輸出側(cè)的補(bǔ)償電流，CT2表示非線性負(fù)載的諧波電流，同時(shí)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路的處理，通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成控制器107所需的O?3V的直流電壓信號(hào)。
[0028]對(duì)于驅(qū)動(dòng)電路108，在本實(shí)施例中，用于接收控制器107輸出的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，將該驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)際IGBT逆變器105的驅(qū)動(dòng)控制電平后傳送給IGBT逆變器105，同時(shí)將IGBT逆變器105輸出的IGBT故障保護(hù)信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后傳送給控制系器。
[0029]具體的，驅(qū)動(dòng)電路108主要由CONCEPT公司2SP0115T系列的IGBT驅(qū)動(dòng)器以及驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接模塊組成，采用模塊化的IGBT驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)IGBT安全可靠的驅(qū)動(dòng)，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性。
[0030]對(duì)于控制器107，在本實(shí)施例中，用于決定有源濾波裝置的主要性能和指標(biāo)，控制系統(tǒng)用來(lái)完成電壓、電流等信號(hào)的采集和處理、指令電流的計(jì)算、開關(guān)策略的生成、PWM信號(hào)的輸出、系統(tǒng)保護(hù)等功能，進(jìn)而給驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，同時(shí)對(duì)電流電壓采集電路106檢測(cè)的電量信號(hào)以及驅(qū)動(dòng)電路108發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的各種保護(hù)功能。
[0031]具體的，控制器107采用的TI公司32位浮點(diǎn)型數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F28335。
[0032]對(duì)于電抗器103，用于將變化的電壓轉(zhuǎn)換成實(shí)際補(bǔ)償電流，實(shí)現(xiàn)能量的緩沖，同時(shí)減少有源濾波器輸出電流中的開關(guān)紋波，降低共模干擾。
[0033]對(duì)于有源濾波器104，IGBT逆變器105是有源濾波器104的核心主電路，采用電壓源型逆變器，通過(guò)并聯(lián)直流電容進(jìn)行電壓支撐，通過(guò)控制器控制其實(shí)現(xiàn)大功率的變換，同時(shí)實(shí)現(xiàn)諧波的抑制和無(wú)功功率的補(bǔ)償?shù)妮敵觥?br> [0034]對(duì)于無(wú)源濾波器110，通常采用LC無(wú)源濾波器，主要是輔助實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔谩?br> [0035]本實(shí)用新型另一種實(shí)施例提供一種有源濾波裝置，如圖2所示，有源濾波裝置包括斷路器112，斷路器112的輸入端連接無(wú)源濾波器110的輸出端，斷路器112的輸出端連接電網(wǎng)101。
[0036]進(jìn)一步的，有源濾波裝置包括浪涌保護(hù)電路113，浪涌保護(hù)電路113的輸入端連接充電電路102的輸出端。
[0037]浪涌保護(hù)電路113主要由避雷器組成，作用是當(dāng)系統(tǒng)遭到雷擊或者意外短路時(shí)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)有源濾波裝置的雷擊或短路保護(hù)。
[0038]進(jìn)一步的，有源濾波裝置包括遠(yuǎn)程通訊電路114，遠(yuǎn)程通訊電路114的輸入端連接控制器107的第二輸出端，遠(yuǎn)程通訊電路114的輸出端連接控制器107的第二輸入端。
[0039]對(duì)于遠(yuǎn)程通訊電路114，能夠與控制器107在規(guī)定的通訊協(xié)議下實(shí)現(xiàn)通訊；具體的，遠(yuǎn)程通訊電路114可以是有線遠(yuǎn)程通訊或無(wú)線遠(yuǎn)程通訊，無(wú)線遠(yuǎn)程通訊可以為WIFI模塊或藍(lán)牙模塊。
[0040]進(jìn)一步的，有源濾波裝置包括人機(jī)交互裝置115，人機(jī)交互裝置115與控制器107相連，主要是為用戶提供友好的操作控制和信息顯示界面。
[0041]本實(shí)用新型有源濾波裝置的工作原理及過(guò)程如下:有源濾波裝置的基本原理是從被補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波，然后由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等但極性相反的補(bǔ)償電流(并聯(lián)型)或?qū)?yīng)的諧波電壓(串聯(lián)型)，從而消除電網(wǎng)中的諧波電流，使電網(wǎng)電流只含有基波分量。本實(shí)用新型采用的并聯(lián)型的結(jié)構(gòu)，主要由兩部分組成:諧波和無(wú)功電流電壓檢測(cè)電路及補(bǔ)償電流發(fā)生電路(控制器、驅(qū)動(dòng)電路和有源濾波器三個(gè)部分構(gòu)成)，電流電壓檢測(cè)電路的作用是檢測(cè)出負(fù)載電流中的諧波和無(wú)功分量；補(bǔ)償電流發(fā)生電路的作用是根據(jù)檢測(cè)出來(lái)的諧波和無(wú)功電流等產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流。
[0042]本實(shí)用新型裝置的基本工作過(guò)程是:通過(guò)電壓和電流傳感器檢測(cè)非線性負(fù)載的電壓信號(hào)和電流信號(hào)，然后經(jīng)控制器的指令電流運(yùn)算單元計(jì)算出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，再經(jīng)PWM控制信號(hào)單元將其轉(zhuǎn)換為PWM指令，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路的電平轉(zhuǎn)換進(jìn)而控制逆變器輸出與負(fù)載中所產(chǎn)生的諧波或無(wú)功電流大小相等、相位相反的補(bǔ)償電流，最終消除電網(wǎng)中的諧波電流得到期望的電源電流。
[0043]本實(shí)用新型有源濾波裝置與傳統(tǒng)的無(wú)源濾波器諧波抑制方法相比，本實(shí)用新型裝置不需要大容量的電抗器、電容器，在很大程度上縮小了整個(gè)裝置的體積和成本。
[0044]其次，與傳統(tǒng)的無(wú)源濾波器諧波抑制方法相比，本實(shí)用新型裝置以TMS320F28335為控制系統(tǒng)的核心檢測(cè)負(fù)載電流中的諧波和無(wú)功分量，并根據(jù)有源濾波器的補(bǔ)償目的得出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，能同時(shí)濾除2?50次諧波，濾波范圍廣，響應(yīng)速度快，濾波能力強(qiáng)，具有多種補(bǔ)償功能，適應(yīng)性好。
[0045]再次，本實(shí)用新型裝置前端設(shè)置有LC無(wú)源濾波裝置，采用有源濾波器與LC濾波器混合使用的方法，以減少有源濾波器的容量，達(dá)到降低成本、提高效率的目的。
[0046]最后，本實(shí)用新型中的浪涌保護(hù)電路和充電電路的設(shè)計(jì)，為系統(tǒng)增添了不少保護(hù)屏障，使系統(tǒng)的可靠性和安全性得到全面的提升。
[0047]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種有源濾波裝置，其特征在于，所述有源濾波裝置包括控制器、驅(qū)動(dòng)電路、充電電路、電抗器、電流電壓采集電路、無(wú)源濾波器以及有源濾波器，所述有源濾波器包括IGBT逆變器和電容，所述IGBT逆變器和電容并聯(lián)在一起； 所述IGBT逆變器的電流輸出端連接所述電抗器的輸入端，所述電抗器的輸出端連接所述充電電路的輸入端，所述充電電路的輸出端連接所述無(wú)源濾波器的輸入端，所述無(wú)源濾波器的輸出端連接電網(wǎng)； 所述電流電壓采集電路的第一輸入端連接非線性負(fù)載的輸入端，所述電流電壓采集電路的第二輸入端連接所述電網(wǎng)的電壓端，所述電流電壓采集電路的第三輸入端連接所述電抗器的輸出端，所述電流電壓采集電路的輸出端連接所述控制器的第一輸入端，所述電流電壓采集電路用于采集所述非線性負(fù)載的諧波電流信號(hào)、電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)以及所述電抗器輸出端的補(bǔ)償電流信號(hào)，并將所述諧波電流信號(hào)、所述電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)和所述補(bǔ)償電流信號(hào)發(fā)送給所述控制器； 所述控制器的第一輸出端連接所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接所述IGBT逆變器的控制端，所述控制器根據(jù)所述諧波電流信號(hào)、所述電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)和所述補(bǔ)償電流信號(hào)調(diào)整所述IGBT逆變器的輸出電流。2.如權(quán)利要求1所述的有源濾波裝置，其特征在于，所述有源濾波裝置包括斷路器，所述斷路器的輸入端連接所述無(wú)源濾波器的輸出端，所述斷路器的輸出端連接所述電網(wǎng)。3.如權(quán)利要求2所述的有源濾波裝置，其特征在于，所述有源濾波裝置包括浪涌保護(hù)電路，所述浪涌保護(hù)電路的輸入端連接所述無(wú)源濾波器的輸出端，所述浪涌保護(hù)電路的輸出端連接所述斷路器的輸入端。4.如權(quán)利要求1所述的有源濾波裝置，其特征在于，所述有源濾波裝置包括遠(yuǎn)程通訊電路，所述遠(yuǎn)程通訊電路的輸入端連接所述控制器的第二輸出端，所述遠(yuǎn)程通訊電路的輸出端連接所述控制器的第二輸入端。5.如權(quán)利要求4所述的有源濾波裝置，其特征在于，所述遠(yuǎn)程通訊電路為有線遠(yuǎn)程通訊電路或無(wú)線遠(yuǎn)程通訊電路，所述無(wú)線遠(yuǎn)程通訊電路為WIFI模塊或藍(lán)牙模塊。6.如權(quán)利要求1所述的有源濾波裝置，其特征在于，所述有源濾波裝置包括人機(jī)交互裝置，所述人機(jī)交互裝置與所述控制器相連。7.如權(quán)利要求1所述的有源濾波裝置，其特征在于，所述充電電路包括接觸器和充電電阻，所述充電電阻的第一端為所述充電電路的輸入端，所述充電電阻的第二端連接所述接觸器的輸入端，所述接觸器的輸出端為所述充電電路的輸出端。8.如權(quán)利要求1所述的有源濾波裝置，其特征在于，所述無(wú)源濾波器為L(zhǎng)C無(wú)源濾波器。
【文檔編號(hào)】H02J3-01GK204304432SQ201420745255
【發(fā)明者】謝宏偉, 奠先容 [申請(qǐng)人]深圳市貝殼電氣技術(shù)有限公司