一種雙閉環(huán)并聯(lián)有源電力濾波器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種雙閉環(huán)并聯(lián)有源電力濾波器，包括與電源連接的逆變主電路以及與非線性負(fù)載連接的負(fù)載電流檢測電路，逆變主電路上連接有驅(qū)動電路，驅(qū)動電路和負(fù)載電流檢測電路之間連接有有源濾波控制器，所述的逆變主電路與有源濾波控制器之間還并聯(lián)有源電壓檢測電路和補(bǔ)償電流檢測電路，可用于降低電力系統(tǒng)的諧波，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時補(bǔ)償無功，該濾波器具有良好的實時性、補(bǔ)償性能和穩(wěn)定性，適用于較高電壓及電流場合，可在電力系統(tǒng)諧波治理中發(fā)揮重要作用。
【專利說明】—種雙閉環(huán)并聯(lián)有源電力濾波器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電力控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種雙閉環(huán)并聯(lián)有源電力濾波器。【背景技術(shù)】
[0002]由于各種電力電子裝置的推廣與應(yīng)用，諸如逆變器、整流器、煉鋼電弧爐、軋鋼機(jī)等非線性負(fù)荷的迅速增加，各種新能源技術(shù)的接入，諧波的“污染”越來越嚴(yán)重，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來了重大影響，諧波的危害性已引起人們的高度關(guān)注。
[0003]為了提高電能質(zhì)量，各種無源和有源濾波技術(shù)被用來消除諧波的對電力系統(tǒng)等的影響，作為一種主動型的動態(tài)諧波抑制的電力電子裝置，有源電力濾波器能夠?qū)︻l率、幅值同時都變化的諧波進(jìn)行抑制，其已成為當(dāng)前諧波抑制和無功補(bǔ)償?shù)难芯繜狳c。
[0004]有源電力濾波裝置在日本、美國和德國等發(fā)達(dá)國家得到較為廣泛的應(yīng)用，如ABB、三菱、東芝、西屋、西門子、施耐德等公司的產(chǎn)品。目前國內(nèi)高校院校、科研機(jī)構(gòu)以及公司都展開了有源電力濾波器相關(guān)技術(shù)的研究，相關(guān)產(chǎn)品已相聚國產(chǎn)化，其濾波范圍、響應(yīng)速度、補(bǔ)償精度等方面性能也在接近國外先進(jìn)水平，但仍然停留在小容量的階段，不適用于高電壓、大電流場合。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的就是針對電力系統(tǒng)中非線性負(fù)載引起的諧波污染，提出了一種具有良好的實時性、補(bǔ)償性能和穩(wěn)定性，且適合于較高電壓及電流場合的有源電力濾波器。
[0006]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種雙閉環(huán)并聯(lián)有源電力濾波器，包括與電源連接的逆變主電路以及與非線性負(fù)載連接的負(fù)載電流檢測電路，逆變主電路上連接有驅(qū)動電路，驅(qū)動電路和負(fù)載電流檢測電路之間連接有有源濾波控制器，所述的逆變主電路與有源濾波控制器之間還并聯(lián)有源電壓檢測電路和補(bǔ)償電流檢測電路。
[0007]所述的一種雙閉環(huán)并聯(lián)有源電力濾波器，其有源濾波控制器包括用于處理諧波檢測及補(bǔ)償控制的DSP芯片、用于邏輯譯碼的FPGA芯片和控制I/O。
[0008]所述的一種雙閉環(huán)并聯(lián)有源電力濾波器，其逆變主電路采用并聯(lián)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過同時檢測網(wǎng)側(cè)電壓/電流，補(bǔ)償側(cè)電流以及直流側(cè)電壓實現(xiàn)雙閉環(huán)控制。
[0009]所述的一種雙閉環(huán)并聯(lián)有源電力濾波器，其源電壓檢測電路、補(bǔ)償電流檢測電路、負(fù)載電流檢測電路的采樣信號先進(jìn)行二階壓控抗混疊濾波處理然后經(jīng)限幅處理后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
[0010]所述的一種雙閉環(huán)并聯(lián)有源電力濾波器，其有源濾波控制器上連接有用于實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時訪問及歷史運行狀態(tài)信息檢索的嵌入式Web通信控制器。
[0011]本實用新型的有益效果是:本濾波器由源電壓檢測電路、補(bǔ)償電流檢測電路及負(fù)載電流檢測電路實現(xiàn)取樣信號的實時采集與傳送，得到相關(guān)的電流、電壓波形，逆變主電路由大功率全控電力電子器件構(gòu)成變流器，實現(xiàn)反向電流注入到電力系統(tǒng)中，有源濾波控制器采用DSP+FPGA作為核心控制器，其中DSP為諧波檢測以及補(bǔ)償控制算法的主要載體，F(xiàn)PGA實現(xiàn)系統(tǒng)邏輯譯碼、擴(kuò)展I/O控制等功能，嵌入式Web通信控制器采用ARM作為核心控制器，執(zhí)行Web服務(wù)應(yīng)用，實現(xiàn)有源濾波控制器的遠(yuǎn)程實時訪問及歷史運行狀態(tài)信息的檢索，由于使用了保護(hù)電路模塊，可確保有源電力濾波器存在狀態(tài)超限時，啟動保護(hù)，以保證有源電力濾波器的正常工作運行，采用指定次諧波檢測與補(bǔ)償控制策略方法，具有良好的實時性、補(bǔ)償性能和穩(wěn)定性，適用于較高電壓及電流場合。本實用新型所示的有源濾波控制器中使用了保護(hù)電路模塊，可確保有源電力濾波器存在狀態(tài)超限時，啟動保護(hù)，以保證有源電力濾波器的正常工作運行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的整體框架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是圖1中有源濾波控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是圖1的嵌入式Web通信控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]其中:I—電源，2—逆變主電路，3—驅(qū)動電路，4一源電壓檢測電路，5—有源濾波控制器，6—補(bǔ)償電流檢測電路，7—非線性負(fù)載，8—負(fù)載電流檢測電路，9一嵌入式Web通信控制器。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]如圖1所示，本實用新型公開了一種雙閉環(huán)并聯(lián)有源電力濾波器，包括與電源I連接的逆變主電路2以及與非線性負(fù)載7連接的負(fù)載電流檢測電路8，逆變主電路2上連接有驅(qū)動電路3，驅(qū)動電路3和負(fù)載電流檢測電路8之間連接有有源濾波控制器5，所述的逆變主電路2與有源濾波控制器5之間還并聯(lián)有源電壓檢測電路4和補(bǔ)償電流檢測電路6，所述的有源濾波控制器5包括用于處理諧波檢測及補(bǔ)償控制的DSP芯片、用于邏輯譯碼的FPGA芯片和控制1/0，有源濾波控制器5實現(xiàn)負(fù)載電流信號中的諧波及無功分量，并利用產(chǎn)生的指令電流實時控制補(bǔ)償電流的輸出，有源濾波控制器5采用全數(shù)字控制，其核心控制芯片采用DSP+FPGA的模式，DSP芯片用于實現(xiàn)諧波檢測以及電流補(bǔ)償，F(xiàn)PGA芯片用于實現(xiàn)系統(tǒng)邏輯譯碼、I/O控制等，所述的逆變主電路2采用并聯(lián)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過同時檢測網(wǎng)側(cè)電壓/電流，補(bǔ)償側(cè)電流以及直流側(cè)電壓實現(xiàn)雙閉環(huán)控制，所述的源電壓檢測電路4、補(bǔ)償電流檢測電路6、負(fù)載電流檢測電路8的采樣信號先進(jìn)行二階壓控抗混疊濾波處理然后經(jīng)限幅處理后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，源電壓檢測電路4、補(bǔ)償電流檢測電路6和負(fù)載電流檢測電路8用來實現(xiàn)電壓、電流信號的實時采集，采集信號直接傳送到有源濾波控制器5，其檢測直接采用相應(yīng)的電壓及電流傳感器，所述的有源濾波控制器5上連接有用于實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時訪問及歷史運行狀態(tài)信息檢索的嵌入式Web通信控制器9。
[0018]有源濾波控制器5的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括液晶驅(qū)動電路部分、輸入預(yù)處理電路部分、I/O接口電路部分、A/D轉(zhuǎn)換部分、DSP部分、FPGA部分、存儲電路部分、PWM輸出接口電路部分、高速SPI接口部分、保護(hù)電路部分。液晶驅(qū)動電路部分為專用液晶模塊，實現(xiàn)液晶顯示屏的驅(qū)動及信息通訊等；輸入預(yù)處理電路部分包括模擬整理、鎖相倍頻等，滿足控制系統(tǒng)中采樣信號與同步信號的要求；I/O接口電路部分實現(xiàn)對蜂鳴器、狀態(tài)指示燈的有效控制，便于有源濾波控制器5運行狀態(tài)的直觀顯示；A/D轉(zhuǎn)換部分采用專用的ADC模塊，DSP芯片通過外擴(kuò)口直接讀取ADC芯片中的數(shù)據(jù)，避免傳統(tǒng)GPIO 口讀取數(shù)據(jù)的時序控制；PWM輸出接口電路部分采用專用PWM模塊產(chǎn)生與指令對應(yīng)的PWM信號；高速SPI接口部分用于DSP芯片與嵌入式Web通信控制器中ARM芯片的直接通信，其通信方式采用DMA方式；保護(hù)電路部分通過硬件保護(hù)方式檢測有源濾波控制器5的實時工作狀況，并在狀態(tài)異常時，自動啟動保護(hù)。
[0019]驅(qū)動電路部分解決PWM信號驅(qū)動能力弱，且易受電磁干擾，其需進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換、光電隔離及功率驅(qū)動處理。逆變主電路由大功率全控電力電子器件IGBT構(gòu)成變流器，實現(xiàn)反向電流注入到電力系統(tǒng)中。
[0020]嵌入式Web通信控制器9結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括I/O接口電路部分、存儲器部分、ARM部分、高速SPI接口及RJ45通信接口。該控制器用于構(gòu)建Web服務(wù)應(yīng)用，實現(xiàn)有源濾波控制器5訪問的遠(yuǎn)程接入，可實現(xiàn)狀態(tài)信息的實時觀察以及相關(guān)歷史狀態(tài)信息的檢索。
[0021]以上所述的僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種雙閉環(huán)并聯(lián)有源電力濾波器，其特征在于:包括與電源(I)連接的逆變主電路(2)以及與非線性負(fù)載(7)連接的負(fù)載電流檢測電路(8)，逆變主電路(2)上連接有驅(qū)動電路(3)，驅(qū)動電路(3)和負(fù)載電流檢測電路(8)之間連接有有源濾波控制器(5)，所述的逆變主電路(2)與有源濾波控制器(5)之間還并聯(lián)有源電壓檢測電路(4)和補(bǔ)償電流檢測電路(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙閉環(huán)并聯(lián)有源電力濾波器，其特征在于，所述的有源濾波控制器(5)包括用于處理諧波檢測及補(bǔ)償控制的DSP芯片、用于邏輯譯碼的FPGA芯片和控制I/O。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種雙閉環(huán)并聯(lián)有源電力濾波器，其特征在于，所述的逆變主電路(2 )采用并聯(lián)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過同時檢測網(wǎng)側(cè)電壓/電流，補(bǔ)償側(cè)電流以及直流側(cè)電壓實現(xiàn)雙閉環(huán)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙閉環(huán)并聯(lián)有源電力濾波器，其特征在于，所述的源電壓檢測電路(4)、補(bǔ)償電流檢測電路(6)、負(fù)載電流檢測電路(8)的采樣信號先進(jìn)行二階壓控抗混疊濾波處理然后經(jīng)限幅處理后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙閉環(huán)并聯(lián)有源電力濾波器，其特征在于，所述的有源濾波控制器(5)上連接有用于實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時訪問及歷史運行狀態(tài)信息檢索的嵌入式Web通信控制器(9)。
【文檔編號】H02J3/01GK203504181SQ201320542710
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】李波, 向華, 施松新 申請人:湖北文理學(xué)院, 東莞華中科技大學(xué)制造工程研究院, 襄陽華中科技大學(xué)先進(jìn)制造工程研究院