專利名稱：諧波電流抵消模塊及模塊組的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力低壓配電系統(tǒng)，特別是應用于該系統(tǒng)的諧波電流抵消模塊。
背景技術：
隨著半導體器件在電力系統(tǒng)中大量使用，非線性負載引起的諧波危害開始引起重視，電力低壓配電系統(tǒng)中的諧波問題也越來越受到人們關注。對于諧波抑制及消除，主要的手段有在配電系統(tǒng)側加入無源電力濾波、有源電力濾波等裝置；或在用電側加入功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)等。無源電力濾波裝置主要是采用電抗器與電容器的連接組合，通過串聯(lián)或并聯(lián)諧振方式使無源電力濾波裝置對諧波電壓或諧波電流呈現(xiàn)合理阻抗，從而達到諧波抑制或消除的目的。有源電力濾波器主要采用電力電子半導體器件，通過計算出系統(tǒng)的諧波電流或諧波電壓針對性地進行消除，一般是對各次諧波整體進行抑制或消除。功率因數(shù)校正也是采用電力電子半導體器件，通過控制使電流波形與電壓波形基本保持一致，從而達到提高功率因數(shù)、抑制和消除諧波的目的。上述幾種方法都已進行使用，無源電力濾波由于采用電抗器與電容器的連接組合，受自身頻率特性比較固定等影響，使用范圍比較有限；有源電力濾波裝置由于對各次諧波進行抑制及消除，實時要求也很高，設計和生產(chǎn)相對困難，成本較高；功率因數(shù)校正由于所有功率都會流經(jīng)功率變換電路，一般只適用于中小功率場合。

實用新型內容實用新型目的針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本實用新型的目的是提供一種可以在電力低壓配電系統(tǒng)中針對性地對單次諧波電流進行抵消的諧波電流抵消模塊和諧波電流抵消模塊組。技術方案為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型采用的技術方案為一種諧波電流抵消模塊，包括直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元、驅動單元、三相全橋變換電路、直流穩(wěn)壓電容器組、三相單次諧波濾波電路、電流傳感器和電壓傳感器；所述直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元的輸入端輸入單次諧波電流相位信號，直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元的輸出端連接驅動單元的輸入端，三相全橋變換電路的輸入端連接驅動單元的輸出端，三相全橋變換電路的直流電容側連接直流穩(wěn)壓電容器組，三相全橋變換電路的交流側連接三相單次諧波濾波電路的輸入端，電流傳感器對三相單次諧波濾波電路的輸出電流進行采樣并反饋到直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元，電壓傳感器對三相全橋變換電路的直流電容側進行直流電壓采樣并反饋到直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元。所述三相單次諧波濾波電路可包括三相電抗器。所述三相全橋變換電路可包括6只兩兩串聯(lián)后再并聯(lián)的絕緣柵雙極性晶體管或者場效應管。所述直流穩(wěn)壓電容器組可包括兩個串聯(lián)的直流電解電容器和兩個串聯(lián)的電阻，其中兩個串聯(lián)的直流電解電容器整體和兩個串聯(lián)的電阻整體并聯(lián)。所述直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元可包括內環(huán)諧波電流環(huán)和外環(huán)直流電壓穩(wěn)壓環(huán)。所述諧波電流抵消模塊還可包括連接所述三相單次諧波濾波電路的輸出端的進線斷路器。所述諧波電流抵消模塊還可包括保護單元和顯示及監(jiān)控單元，所述電流傳感器和電壓傳感器的反饋信號輸入保護單元，保護單元連接驅動單元和顯示及監(jiān)控單元，顯示及監(jiān)控單元連接直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元。所述顯示及監(jiān)控單元可包括依次連接的顯示及人機界面、單片機和雙口 RAM(隨機存取存儲器)。所述顯示及監(jiān)控單元可通過RS485接口和上位機進行通信。本實用新型還公開了一種由所述諧波電流抵消模塊組成的諧波電流抵消模塊組， 所述諧波電流抵消模塊在并聯(lián)后經(jīng)過斷路器連接低壓配電母聯(lián)。有益效果只需檢測單次諧波電流的相位，直接對單次電力諧波電流進行抵消，而不需繁瑣的所有諧波的檢測與計算；每個模塊根據(jù)自己容量和諧波次數(shù)輸出諧波電流，可針對性地對相應次數(shù)的系統(tǒng)諧波進行抵消；每個模塊采用內環(huán)諧波電流環(huán)、外環(huán)直流穩(wěn)壓環(huán)的雙閉環(huán)控制，保證單臺運行的控制精度和性能；采用模塊化結構，N+1冗余，可以提高整體運行的穩(wěn)定性與可靠性。

圖1是本實用新型的整體結構圖；圖2是本實用新型的模塊化應用接線圖；圖3是本實用新型的主電路電路圖；圖4是本實用新型的直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元方框圖；圖5是本實用新型的顯示及監(jiān)控單元方框圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例，進一步闡明本實用新型，應理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。如圖1所示，本實用新型諧波電流抵消模塊由進線斷路器、針對抵消次數(shù)的三相單次諧波濾波電路、三相全橋變換電路、直流穩(wěn)壓電容器組連接組成，并具有對應的電路控制系統(tǒng)。該模塊的電路控制系統(tǒng)由直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元、保護單元、驅動單元以及顯示及監(jiān)控單元組成。諧波電流抵消模塊從進線柜CT (電流互感器)檢測出單次諧波電流相位信號，根據(jù)該相位信號采用內環(huán)諧波電流環(huán)、外環(huán)直流穩(wěn)壓環(huán)經(jīng)驅動單元后對三相全橋變換電路進行雙閉環(huán)控制，三相全橋變換電路直流側為直流穩(wěn)壓電容器組，交流側通過三相單次諧波濾波電路后產(chǎn)生與系統(tǒng)單次諧波電流相位相反的諧波電流，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的電力諧波電流的抵消。
4[0024]諧波電流抵消模塊具有全面的保護功能，保護單元的功能包括輸出過流保護、直流過壓及欠壓保護、輸入過壓及欠壓保護，過熱保護等。以輸出過流保護為例采樣得到的輸出電流信號經(jīng)濾波整流后得到的數(shù)值與設定的過流保護值進行比較，當輸出電流濾波整流后得到的數(shù)值大于設定的過流保護值時，保護啟動動作，使驅動單元不工作；反之則保護不啟動。其他保護原理類似，功能不同。如圖2所示，由于低壓用電側存在大量非線性負載，采用N+1臺諧波電流抵消模塊對諧波進行抑制及消除，模塊安裝于電力低壓配電系統(tǒng)中，每臺模塊能獨立運行或根據(jù)需要組合運行。諧波電流抵消模塊經(jīng)過斷路器連接于低壓配電母聯(lián)上，根據(jù)需抵消諧波的次數(shù)及容量進行模塊化并聯(lián)連接，每臺模塊將進線柜CT的電流信號作為輸入，以確定需抵消的單次諧波電流的相位信號，通過輸出對應次數(shù)諧波電流，以完成單次諧波抵消電流的功能。如圖3所示，每個模塊的主電路由三相單次諧波濾波電路、三相全橋變換電路以及直流穩(wěn)壓電容器組連接而成。針對抵消次數(shù)的三相單次諧波濾波電路一般可由三相電抗器(或電抗器與電容器的組合)構成；三相全橋變換電路由6個電力電子半導體器件組成的，可選用絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)或者場效應管(MOSFET)；直流穩(wěn)壓電容器組由直流電解電容器與放電電阻的組合構成。如圖4所示，模塊的直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元采用內環(huán)諧波電流環(huán)、外環(huán)直流電壓穩(wěn)壓環(huán)的雙閉環(huán)控制。需抵消的單次諧波電流相位信號經(jīng)過鎖相環(huán)和正弦信號乘積后得到諧波電流基準信號ito，ihr與Δ ip及負的ih求和后的誤差經(jīng)過比例調節(jié)后通過滯環(huán)電流控制，對三相全橋變換電路進行功率驅動。然后從直流電容側進行直流電壓采樣，經(jīng)過電壓反饋后與直流電壓基準信號進行比較，比較得到的誤差信號通過比例積分調節(jié)后作為誤差補償信號Aip加入電流環(huán)。三相全橋變換電路的交流側經(jīng)濾波環(huán)節(jié)后對輸出電流進行采樣并反饋，作為電流反饋信號ih與電流基準信號、及誤差補償信號Δ ip進行比較。 模塊的直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元主要可由數(shù)字信號處理器完成。如圖5所示，顯示及監(jiān)控單元由顯示及人機界面、單片機及雙口 RAM組成。單片機一方面將從直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元中傳來的的主要電壓電流信號讀取過來進行顯示；另一方面將人機界面中的輸入指令及參數(shù)通過雙口 RAM傳輸給直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元的DSP (數(shù)字信號處理器)。顯示及監(jiān)控單元也可通過RS485進行通信，將主要的信息傳送至上位機并進行組網(wǎng)。
權利要求1.一種諧波電流抵消模塊，其特征在于包括直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元、驅動單元、三相全橋變換電路、直流穩(wěn)壓電容器組、三相單次諧波濾波電路、電流傳感器和電壓傳感器；所述直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元的輸入端輸入單次諧波電流相位信號，直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元的輸出端連接驅動單元的輸入端，三相全橋變換電路的輸入端連接驅動單元的輸出端，三相全橋變換電路的直流電容側連接直流穩(wěn)壓電容器組，三相全橋變換電路的交流側連接三相單次諧波濾波電路的輸入端，電流傳感器對三相單次諧波濾波電路的輸出電流進行采樣并反饋到直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元，電壓傳感器對三相全橋變換電路的直流電容側進行直流電壓采樣并反饋到直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元。
2.根據(jù)權利要求1所述諧波電流抵消模塊，其特征在于所述三相單次諧波濾波電路包括三相電抗器。
3.根據(jù)權利要求1所述諧波電流抵消模塊，其特征在于所述三相全橋變換電路包括6 只兩兩串聯(lián)后再并聯(lián)的絕緣柵雙極性晶體管或者場效應管。
4.根據(jù)權利要求1所述諧波電流抵消模塊，其特征在于所述直流穩(wěn)壓電容器組包括兩個串聯(lián)的直流電解電容器和兩個串聯(lián)的電阻，其中兩個串聯(lián)的直流電解電容器整體和兩個串聯(lián)的電阻整體并聯(lián)。
5.根據(jù)權利要求1所述諧波電流抵消模塊，其特征在于所述直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元包括內環(huán)諧波電流環(huán)和外環(huán)直流電壓穩(wěn)壓環(huán)。
6.根據(jù)權利要求1所述諧波電流抵消模塊，其特征在于還包括連接所述三相單次諧波濾波電路的輸出端的進線斷路器。
7.根據(jù)權利要求1所述諧波電流抵消模塊，其特征在于還包括保護單元和顯示及監(jiān)控單元，所述電流傳感器和電壓傳感器的反饋信號輸入保護單元，保護單元連接驅動單元和顯示及監(jiān)控單元，顯示及監(jiān)控單元連接直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元。
8.根據(jù)權利要求7所述諧波電流抵消模塊，其特征在于所述顯示及監(jiān)控單元包括依次連接的顯示及人機界面、單片機和雙口 RAM。
9.根據(jù)權利要求7或8所述諧波電流抵消模塊，其特征在于所述顯示及監(jiān)控單元通過RS485接口和上位機進行通信。
10.一種由如權利要求1所述諧波電流抵消模塊組成的諧波電流抵消模塊組，其特征在于所述諧波電流抵消模塊在并聯(lián)后經(jīng)過斷路器連接低壓配電母聯(lián)。
專利摘要本實用新型公開了一種諧波電流抵消模塊，包括直流穩(wěn)壓和電流跟蹤控制單元、驅動單元、三相全橋變換電路、直流穩(wěn)壓電容器組、三相單次諧波濾波電路、電流傳感器和電壓傳感器。本實用新型還公開了一種由所述諧波電流抵消模塊組成的諧波電流抵消模塊組，所述諧波電流抵消模塊在并聯(lián)后經(jīng)過斷路器連接低壓配電母聯(lián)。本實用新型采用模塊結構，便于標準化生產(chǎn)，擴容方便，N+1冗余，可以提高系統(tǒng)運行可靠性，由于針對單次電力諧波進行抵消，濾波電路設計合理，諧波電流抵消效果好。
文檔編號H02J3/01GK201975789SQ201120015439
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權日2011年1月18日
發(fā)明者張鳳雛, 陳東華 申請人:江蘇斯菲爾電氣股份有限公司