專利名稱：智能化電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能化電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ) 償與諧波治理的裝置。
背景技術(shù)：
在供電系統(tǒng)中，為了節(jié)能降損、提高電壓質(zhì)量和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，經(jīng)常 采用各種無(wú)功補(bǔ)償裝置。近年來(lái)，配電非線性設(shè)備大量應(yīng)用，而影響電網(wǎng)電壓 波形質(zhì)量的主要矛盾源自于非線性用電設(shè)備，也就是說(shuō)非線性用電設(shè)備是主要
的諧波源，非線性用電設(shè)備主要有以下四大類電弧加熱設(shè)備如電弧爐、電 焊機(jī)等；交流整流的直流用電設(shè)備如電氣化鐵路、電解、電鍍等；交流整流 再逆變用電設(shè)備如變頻調(diào)速、變頻空調(diào)等；開(kāi)關(guān)電源設(shè)備如中頻爐、彩色 電禎j幾、電腦、電子整流器等。這些負(fù)荷大都具有非線性、沖擊性和不平衡性 的特點(diǎn)，在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生大量諧波，這些諧波對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置造成了嚴(yán)重影響。 在供電系統(tǒng)中，對(duì)于某次諧波，作為無(wú)功補(bǔ)償用的并聯(lián)電容器若與呈感性 的系統(tǒng)電抗發(fā)生諧振則會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓而造成危害。當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行地點(diǎn)的 諧波比較嚴(yán)重時(shí)，電壓、電流波形會(huì)有很大畸變，電容器投切控制信號(hào)的傳輸 就會(huì)受到影響，從而有可能引起裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)。另一方面并聯(lián)電容器對(duì)電 網(wǎng)諧波的影響也很大。若電容器容抗和系統(tǒng)感抗配合不恰當(dāng)，將會(huì)造成電網(wǎng)諧 波電壓和電流的嚴(yán)重;^文大，會(huì)給電容器本身帶來(lái)極大損傷。可見(jiàn)，無(wú)功補(bǔ)償與 諧波治理兩者關(guān)系密切。產(chǎn)生諧波的裝置大都是消耗基波無(wú)功功率的裝置；治 理諧波的裝置通常也是補(bǔ)償無(wú)功的裝置。因此，為了尋求能同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償 和諧波治理的裝置，就必須將二者結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種智能化電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償
與諧波治理的裝置將有源電力濾波器APF、無(wú)源電力濾波器PPF和靜止無(wú)功補(bǔ)償 SVC三者有機(jī)結(jié)合使用，抑制非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流對(duì)電網(wǎng)支路的污染和電 網(wǎng)的諧波電壓對(duì)負(fù)載的影響，使有源濾波器容量降低并彌補(bǔ)無(wú)源濾波器的缺陷、 提高功率因數(shù)。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的包括DSP 微處理系統(tǒng)、外圍通訊設(shè)備、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、電流電壓采樣器、it^:檢測(cè)、 PLL鎖相環(huán)、TSF控制器、有源電力濾波器APF組成。采用TI公司的16位高 速定點(diǎn)DSP芯片TMS320LF2407A作為控制和運(yùn)算核心。檢測(cè)電路采樣被控對(duì)象 的電壓和電流，采樣電壓和電流分別被送到DSP中進(jìn)行離散傅氏變換或者小波 分析，然后存儲(chǔ)到一片公用的RAM中。再分析計(jì)算控制對(duì)象的諧波情況和無(wú)功 情況，針對(duì)得出的諧波和無(wú)功情況，分別計(jì)算出在不同結(jié)構(gòu)中的中的補(bǔ)償和濾 波的結(jié)果以及所需要的參數(shù)條件，然后進(jìn)行比較以確定合適的結(jié)構(gòu)，然后分別 給控制系統(tǒng)輸出控制信號(hào)來(lái)接通和關(guān)閉可控晶閘管，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。 所述DSP處理系統(tǒng)對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行離散傅氏變換或者小波分析。 所述外圍通訊設(shè)備主要運(yùn)用RS232/485與外部i殳備進(jìn)行通話或人才幾對(duì)話。 所述A/D轉(zhuǎn)換是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)是、信號(hào)供微處理器使用。 所述D/A轉(zhuǎn)換是將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)外圍裝置運(yùn)行。 所述TSF控制器，包括無(wú)源電力濾波器PPF和靜止無(wú)功補(bǔ)償SVC，晶閘管 SCR或新型電力電子器件IGBT自動(dòng)投切濾波補(bǔ)償裝置TSF。
所述有源電力濾波器APF作為一種動(dòng)態(tài)抑制諧波和##無(wú)功的新型電力電 子裝置，由選擇性諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)、電壓控制和電流控制環(huán)節(jié)組成。所述電流電壓檢測(cè)快速檢測(cè)出運(yùn)行狀態(tài)的電流電壓，并通過(guò)A/D后變成數(shù)字型輸入信號(hào)，將 計(jì)算機(jī)經(jīng)檢測(cè)、運(yùn)算、判別后經(jīng)D/A變成模擬輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功 補(bǔ)償與諧波治理。
所述PLL鎖相環(huán)，是鎖相同步采樣電路，為消除采樣不同步和周期測(cè)量誤 差對(duì)測(cè)量精度的影響，改善被測(cè)信號(hào)的周期變化或周期測(cè)量誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的 影響，鎖相環(huán)路中壓控振蕩器的輸出頻率可以跟蹤輸入信號(hào)的瞬時(shí)變化頻率， 對(duì)電參數(shù)進(jìn)行測(cè)量分析，從而使計(jì)算機(jī)電氣測(cè)量技術(shù)和方法更具一般性。
所述過(guò)零檢測(cè)是檢測(cè)出交流電的it^點(diǎn)，即交流電正負(fù)電的交叉點(diǎn)檢測(cè)， 在過(guò)零后CPU進(jìn)行相位可變的可控硅觸發(fā)，使CPU控制雙響晶閘管在交流電的 零點(diǎn)附近時(shí)導(dǎo)通，以防止因?qū)ㄋ查g電流過(guò)大而燒壞晶閘管。
本實(shí)用新型的有益效果是可瞬時(shí)檢測(cè)出各次諧波，并瞬時(shí)測(cè)出有功和無(wú)功； 可大范圍補(bǔ)償任意頻率諧波，不受溫度影響，不會(huì)發(fā)生過(guò)負(fù)荷，動(dòng)態(tài)地發(fā)出或 吸收無(wú)功電力，以補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功電力地需要，并智能化監(jiān)控和通訊，閉環(huán)控制 加通過(guò)DSP高速檢測(cè)和運(yùn)算，確保濾波控制精確有效，通訊接口可與PC機(jī)聯(lián)網(wǎng) 監(jiān)控。

圖1為本實(shí)用新型并聯(lián)混合型電能補(bǔ)償原理方框圖。 圖2為本實(shí)用新型并聯(lián)混合型有源電力濾波器APF原理框圖。 圖3為本實(shí)用新型并聯(lián)混合型系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。 參見(jiàn)附圖1所示，本實(shí)用新型包括DSP微處理系統(tǒng)、外圍通訊設(shè)備、A/D 轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、電流電壓采樣器、過(guò)零;f企測(cè)、PLL鎖相環(huán)、TSF控制器、有源電力濾波器APF組成。其基本原理用電流互感器采集直流線路上的電流，經(jīng) A/D采樣，將所得的電流信號(hào)進(jìn)行諧波分離算法的處理，得到諧波參考信號(hào)，作 為PWM的調(diào)制信號(hào)，與三角波相比，從而得到開(kāi)關(guān)信號(hào)，用此開(kāi)關(guān)信號(hào)去控制 IGBT單相橋，根據(jù)PWM技術(shù)的原理，將上下橋臂的開(kāi)關(guān)信號(hào)反接，就可得到與 線上諧波信號(hào)大小相等、方向相反的諧波電流，將線上的諧波電流抵消掉。這 是前饋控制部分。再將有源濾波器接入點(diǎn)后的線上電流的諧波分量反饋回來(lái)， 作為調(diào)節(jié)器的輸入，調(diào)整前饋控制的誤差，最終得到期望的電源電流。。
參見(jiàn)附圖2所示，本實(shí)用新型并聯(lián)混合型有源電力濾波器APF，包括三相四 線制供電系統(tǒng)1,補(bǔ)償電流發(fā)生電路2， DSP控制系統(tǒng)3，電壓電;;M企測(cè)電路4 組成。
所述三相四線制供電系統(tǒng)1主要是供電電源和非線性負(fù)載組成，為負(fù)載提 供電源的系統(tǒng)；
所述補(bǔ)償電流發(fā)生電路2主要由電感器和S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6、 S7、 S8共八個(gè)新型電力電子器件IGBT組成，Sl、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6新型電力電 子器件IGBT構(gòu)成實(shí)際的補(bǔ)償電流發(fā)生器。S7、 S8構(gòu)成對(duì)零線的諧波電流補(bǔ)償。
所述DSP控制系統(tǒng)3由DSP微處理器，A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、PI控制電 路以及驅(qū)動(dòng)電路組成的；
所述電壓電流檢測(cè)電路4由電壓傳感器、電流傳感器、過(guò)零傳感器及鎖相 環(huán)PLL組成。所述PI控制電路是將電壓傳感器的反饋信號(hào)并經(jīng)電量隔離電路輸 入到PI調(diào)節(jié)器的反饋端，運(yùn)算后的數(shù)字量經(jīng)D/A模塊輸出到DSP處理器包含了 上升斜波函數(shù)及下降斜波函數(shù)，經(jīng)DSP處理器計(jì)算來(lái)調(diào)節(jié)的給定信號(hào)的大小， 其主要作用是在大幅度改變給定值時(shí)獲得快速響應(yīng)。
基本工作原理是通過(guò)霍爾傳感器檢測(cè)非線性負(fù)載的電流iLa、 iLb、 iLc經(jīng)電流信號(hào)調(diào)理后送入指令電流產(chǎn)生電路,指令電流產(chǎn)生模塊是由TI公司的DSP TMS320LF2407為核心建立的。DSP計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)闹C波和無(wú)功電流后，通過(guò) 外部D/A送入電流跟蹤控制電路?；魻杺鞲衅鳈z測(cè)有源電力濾波器主電路的電
流i ca、 lcb、 lcc， 經(jīng)電流信號(hào)調(diào)理后也送入電流跟蹤控制電路，電流跟蹤控制
電路對(duì)主電路補(bǔ)償電流與指令電流進(jìn)行滯環(huán)比較后送出柵極開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)
動(dòng)電路接受來(lái)自前級(jí)電流跟蹤控制電路的PWM信號(hào)，并經(jīng)隔離放大后驅(qū)動(dòng)主電 路的開(kāi)關(guān)管，以控制主電流的電路跟隨指令電流的變化，最終達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧 波與無(wú)功功率的目的。電壓傳感器檢測(cè)變流器直流側(cè)總電壓，經(jīng)電壓信號(hào)調(diào)理 后送入指令電流發(fā)生電路，通過(guò)合理的控制以凋節(jié)直流側(cè)電壓的穩(wěn)定。啟動(dòng)、 關(guān)斷和保護(hù)模塊按一定的時(shí)序控制裝置的啟動(dòng)和關(guān)斷，并提供裝置的過(guò)流、過(guò) 壓、過(guò)熱、缺相等故障保護(hù)功能。
參見(jiàn)附圖3所示，所述有源電力濾波器APF采用晶閘管或IGBI作為投切開(kāi) 關(guān)實(shí)現(xiàn)濾波器的無(wú)觸點(diǎn)自動(dòng)^:切，可以連續(xù)頻繁^L切濾波器組而不影響開(kāi)關(guān)和 電容器的壽命。濾波器可濾除系統(tǒng)中諧波電流，改善電壓波形畸變，快速跟蹤 系統(tǒng)無(wú)功電流的變化，就地進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，改善用戶的功率因數(shù)，降低電耗， 穩(wěn)定母線電壓，在投切過(guò)程中采用大功率晶閘管電流過(guò)零點(diǎn)投切技術(shù)，實(shí)現(xiàn)零 電流投入、零電流切除，無(wú)涌流、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速跟蹤系統(tǒng)負(fù)荷無(wú)功變化， 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)投切，系*充響應(yīng)時(shí)間《2 Oms 。
作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，所述有源電力濾波器APF6采用新型電 力電子器件IGBT。
優(yōu)選，自動(dòng)投切濾波補(bǔ)償裝置TSF5采用晶閘管SCR或新型電力電子器件
IGBT。
本實(shí)用新型使用三相四線制，可調(diào)整中線電流解決三相不平衡，還可自動(dòng)跟蹤負(fù)載的變化調(diào)整功率因數(shù)，使電網(wǎng)的功率因數(shù)保持在0.95以上。具有實(shí)現(xiàn) 瞬時(shí)投切控制、配電參數(shù)、電能質(zhì)量等數(shù)據(jù)的智能化管理功能，過(guò)壓欠壓保護(hù)、 斷電保護(hù)、短路和過(guò)流保護(hù)、溫度控制保護(hù)、斷電保護(hù)等多種保護(hù)功能，電壓、 電流、無(wú)功功率、有功功率、功率因數(shù)等ll種電參數(shù)等大屏幕顯示功能，并通 過(guò)外圍通信設(shè)備可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控和遠(yuǎn)方遙測(cè)、遙信、遙調(diào)。
以上所述實(shí)施例*達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和 詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是， 對(duì)于本領(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，還可以 做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型 專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1、一種智能化電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理的裝置，其特征在于，包括DSP微處理系統(tǒng)、電流電壓采樣器、TSF控制器、有源電力濾波器APF所述電流電壓采樣器用于快速檢測(cè)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的電流電壓，并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將數(shù)字型采樣信號(hào)發(fā)送到DSP微處理系統(tǒng)；所述DSP處理系統(tǒng)對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行離散傅氏變換或者小波分析、運(yùn)算后經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出模擬控制信號(hào)到TSF控制器及有源電力濾波器APF；所述TSF控制器，包括無(wú)源電力濾波器PPF和靜止無(wú)功補(bǔ)償SVC，根據(jù)控制信號(hào)控制晶閘管SCR或新型電力電子器件IGBT自動(dòng)投切濾波補(bǔ)償裝置；所述有源電力濾波器APF作為動(dòng)態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無(wú)功的電力電子裝置，由選擇性諧波檢測(cè)、電壓控制和電流控制環(huán)節(jié)組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理的裝置，其 特征在于還包括過(guò)零檢測(cè)及PLL鎖相環(huán)，所述過(guò)零檢測(cè)檢測(cè)交流電的過(guò)零點(diǎn)， 在過(guò)零后進(jìn)行相位可變的可控硅觸發(fā)，使雙響晶閘管在交流電的零點(diǎn)附近時(shí)導(dǎo) 通；所述PLL鎖相環(huán)用于消除采樣不同步和周期測(cè)量誤差，改善^皮測(cè)信號(hào)的周 期變化或周期測(cè)量誤差。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的智能化電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理的裝置，其 特征在于還包括外圍通訊設(shè)備，所述外圍通訊設(shè)備通過(guò)RS232/485與外部設(shè) 備進(jìn)行連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理的裝置， 其特征在于所述有源電力濾波器APF采用電力電子器件IGBT。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理的裝置， 其特征在于所述TSF采用晶閘管SCR或電力電子器件IGBT。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種智能化電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理的裝置，包括DSP微處理系統(tǒng)、電流電壓采樣器、TSF控制器、有源電力濾波器APF，電流電壓采樣器用于快速檢測(cè)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的電流電壓，并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將數(shù)字型采樣信號(hào)發(fā)送到DSP微處理系統(tǒng)；所述DSP處理系統(tǒng)對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行離散傅氏變換或者小波分析、運(yùn)算后轉(zhuǎn)換輸出模擬控制信號(hào)；TSF控制器包括無(wú)源電力濾波器PPF和靜止無(wú)功補(bǔ)償SVC，根據(jù)控制信號(hào)控制晶閘管SCR或新型電力電子器件IGBT自動(dòng)投切濾波補(bǔ)償裝置；有源電力濾波器APF由選擇性諧波檢測(cè)、電壓控制和電流控制環(huán)節(jié)組成。本實(shí)用新型可以抑制非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流對(duì)電網(wǎng)支路的污染和電網(wǎng)的諧波電壓對(duì)負(fù)載的影響，使有源濾波器容量降低、提高功率因數(shù)。
文檔編號(hào)H02J3/18GK201260080SQ20082018934
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者元 張, 顏曉英 申請(qǐng)人:東莞市友美電源設(shè)備有限公司