CN103107541A - 一种有源滤波器及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有源滤波器及其调节方法，所述装置包含有信号处理电路（1），所述信号处理电路（1）上连接有信号采集电路（2），所述信号处理电路（15）经指令信号发生电路（3）后与驱动模块（3）相连，所述信号采集电路（2）与一串接在电源线路上的电流互感器二（14）相连接，所述电源线路经断路器（11）、熔断器（10）、接触器（9）、主接触器（7）和电感（6）后与IGBT逆变器（4）相连，所述主接触器（7）和电感（6）之间的连接线上串接有电流互感器一（13），所述电流互感器一（13）与信号采集电路（2）相连，所述IGBT逆变器（4）的输出端经反馈电路（5）后与信号采集电路（2）相连。本发明有源滤波器，谐波治理效果好、可同时滤除多次谐波，能够抑制由于外电路的谐振而产生的谐波电流，扩展性强，更具通用性。

Description

一种有源滤波器及其调节方法

技术领域

本发明涉及一种有源滤波器及其调节方法，属于电力电子技术领域。 

背景技术

有源滤波器是一种用于动态抑制谐波的新型电力电子装置，之所以称之为有源是因为需要为其提供电源（用以治理主电路的谐波），其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制的缺点（只能消除特定的几次谐波），实现了动态跟踪滤波； 

但是，目前常规的谐波治理多采用无源滤波器，该种无源滤波装置的谐波补偿特性受系统参数影响较大，只能滤除特定的几次谐波，会对某些次谐波会产生放大作用，谐波滤除率低，易与系统或者其它滤波支路发生串并联谐振，影响用户用电质量；

同时，整个有源滤波器的电路集成在一块PCB电路板上，整个电路板的扩展性极差，只能实现某些特定的功能，若此产品系列需进行深入开发以扩展产品功能，往往需要重新设计、重新布板，大大延误了整个设计周期，增加了设计成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种谐波治理效果好、能够主动滤除电网多次不同的谐波、不会产生谐振、能够抑制由于外电路的谐振而产生的谐波电流，保护用电设备自身不受电网干扰，且扩展性强、可靠性好、灵活性高的有源滤波器及其调节方法。 

本发明的目的是这样实现的： 一种有源滤波器，所述装置包含有信号处理电路，所述信号处理电路上连接有信号采集电路，所述信号处理电路经指令信号发生电路后与驱动模块相连，所述信号采集电路与一串接在电源线路上的电流互感器二相连接，所述电源线路经断路器、熔断器、接触器、主接触器和电感后与IGBT逆变器相连，所述主接触器上并联有一预充电电阻，所述主接触器和电感之间的连接线上串接有电流互感器一，所述电流互感器一与信号采集电路相连，所述IGBT逆变器与驱动模块相连，所述IGBT逆变器的直流母线之间接有一直流侧母线电容，直流侧母线电容的正、负极经反馈电路后与信号采集电路相连。 

本发明有源滤波器，所述信号采集电路和反馈电路设置于PCB板一上，所述信号处理电路和指令信号发生电路设置于PCB板二上，PCB板一上设置有插座，PCB板二底部设置有插针，PCB板一和PCB板二通过插座和插针的配合相连接；所述PCB板一上设置有接口一、接口二、接口三和接口四，所述反馈电路通过接口一与IGBT逆变器直流侧母线相连，所述采集电路分别经接口二和接口三后与电流互感器一和电流互感器二相连，所述采集电路经插座和插针的配合后将信号输送至信号处理电路，所述信号处理电路将处理后的信号经指令信号发生电路、插座和插针的配合后再经接口四传输给驱动模块。 

一种有源滤波器的调节方法，所述调节方法的步骤为： 

步骤一：信号采集电路通过电流互感器二实时获取电网中由非线性负载产生的电流波形；

步骤二：步骤一中获取的电流波形输入至信号处理电路，分离出其中的谐波分量信号；

步骤三：步骤二中分离出的谐波分量信号经信号处理电路进行反相处理后，通过指令信号发生电路，形成控制指令；

步骤四：控制指令经驱动模块后输入IGBT逆变器，从而通过驱动模块实现了对IGBT逆变器的实时、精确、快速控制；

步骤五：IGBT逆变器的输出电流经电感之后，便形成了与原采样的谐波电流波形相反的补偿谐波电流，并送至谐波源的并网点，与原负载谐波电流进行抵消。

本发明一种有源滤波器的调节方法，在进行步骤一至五的同时，装置通过信号采集电路通过电流互感器一实时采集装置的补偿电流，与由电流互感器二采集的负载谐波电流进行比较，形成一个闭环反馈控制。 

本发明一种有源滤波器的调节方法， 在进行步骤一之前，先合接触器，主回路经预充电电阻进行限流，为IGBT逆变器的直流侧母线电容充电，待该电容电压平稳后，合上主接触器短接预充电电阻，促使直流侧母线电容整流升压的过程缓慢、平稳，无合闸瞬间冲击电流；同时，通过直流电压反馈电路，将当前直流侧母线电容的电压送至信号采集电路，随后信号处理电路将反馈直流电压与目标直流电压进行比较，将比较差值经处理后转换为当前控制目标，指令信号发生电路将补偿谐波电流与直流电压控制目标进行叠加并形成控制指令信号，最终达到控制直流电压与发出补偿电流的目的。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

本发明通过采用IGBT后能够快速、实时的对电网谐波电流状况作出反应，谐波治理效率高、可同时滤除多次谐波，能够抑制由于外电路的谐振而产生的谐波电流，从而使得用户得到更为稳定的用电环境；同时，将信号采集电路和信号处理电路分置在两块电路板上，从而使得信号能够相互隔离不受影响，并且增加了整个电路系统的扩展性能，便于在原有PCB板基础上进行系列化产品的升级、改进或功能扩展连接，降低开发周期，同时促使PCB具备通用性和扩展性。

附图说明

图1为本发明一种有源滤波器的电路示意图。 

图2为本发明一种有源滤波器的PCB板结构示意图。 

图3为本发明一种有源滤波器的应用状态示意图。 

图4为本发明一种有源滤波器图3去除掉附图标记后的示意图。 

其中： 

信号处理电路1、信号采集电路2、驱动模块3、IGBT逆变器4、反馈电路5、电感6、主接触器7、预充电电阻8、接触器9、熔断器10、断路器11、直流侧母线电容12、电流互感器一13、电流互感器二14、指令信号发生电路15；

PCB板一101、PCB板二102、插座103、插针104；

接口一101.1、接口二101.2、接口三101.3、接口四101.4。

具体实施方式

参见图1~4，本发明涉及的一种有源滤波器，所述装置包含有信号处理电路1，所述信号处理电路1上连接有信号采集电路2，所述信号处理电路1经指令信号发生电路15后与驱动模块3相连，所述信号采集电路2与一串接在电源线路上的电流互感器二14相连接，所述电源线路经断路器11、熔断器10、接触器9、主接触器7和电感6后与IGBT逆变器4相连，所述主接触器7上并联有一预充电电阻8，所述主接触器7和电感6之间的连接线上串接有电流互感器一13，所述电流互感器一13与信号采集电路2相连，所述IGBT逆变器4与驱动模块3相连， 所述IGBT逆变器4的直流母线之间接有一直流侧母线电容12，直流侧母线电容12的正、负极经反馈电路5后与信号采集电路2相连； 

本发明一种有源滤波器的调节方法为：

步骤一：信号采集电路2通过电流互感器二14实时获取电网中由非线性负载产生的电流波形；

步骤二：步骤一中获取的电流波形输入至信号处理电路1，分离出其中的谐波分量信号（在信号处理电路1内将各次谐波的幅值、相位还原，生成对应的谐波电流波形，这些被还原的谐波电流波形与原负载中的谐波电流波形完全一致，幅值与相位完全相等，并实时跟随负载谐波电流的变化）；

步骤三：步骤二中分离出的谐波分量信号经信号处理电路1进行反相处理后，通过指令信号发生电路15，形成控制指令（即调制PWM脉冲信号）；

步骤四：控制指令经驱动模块3后输入IGBT逆变器4，从而通过驱动模块3实现了对IGBT逆变器4的实时、精确、快速控制；

步骤五：IGBT逆变器4的输出电流经电感6之后，便形成了与原采样的谐波电流波形相反的补偿谐波电流，并送至谐波源的并网点，与原负载谐波电流进行抵消。

在进行步骤一至五的同时（即在本发明装置不断采集、计算、还原负载谐波电流的同时），装置通过信号采集电路2通过电流互感器一13实时采集装置的补偿电流，与由电流互感器二14采集的负载谐波电流进行比较，形成一个闭环反馈控制，从而进一步提升装置的控制精度，提高运行效率； 

上述步骤中，信号处理电路1的核心是根据信号采集电路2检测出补偿对象电流中的谐波分量，并将其还原成为装置即将发出的补偿电流；指令信号发生电路15则根据信号处理电路1生成的补偿电流形成控制指令，产生相应的脉冲控制信号，驱动IGBT逆变器4产生最终的补偿电流；

本发明一种有源滤波器启动过程中，先经预充电电阻8进行限流，为IGBT逆变器4的IGBT侧的直流侧母线电容12充电，减小对该直流侧母线电容12充电的冲击电流，保护电容，待该电容电压平稳后，合上主接触器7，促使直流侧母线电容12整流升压的过程缓慢、平稳；在整个装置运行过程中，需对IGBT逆变器4直流侧电压进行控制，使其能够维持足够高的直流电压，从而在补偿谐波的过程中能够输出所需的补偿电流；通过直流电压反馈电路5，将当前直流侧母线电容12的电压送至信号采集电路2，随后信号处理电路1将反馈直流电压与目标直流电压进行比较，将比较差值经处理后转换为当前控制目标，指令信号发生电路15将补偿谐波电流与直流电压控制目标进行叠加并形成控制指令信号，最终达到控制直流电压与发出补偿电流的目的。

并且，在实际使用中，为了增加整个有源滤波器的可扩展性、通用性、提高其抗干扰能力，将信号采集电路2和反馈电路5设置于PCB板一101上，将信号处理电路1和指令信号发生电路15设置于PCB板二102上，PCB板一101上设置有插座103，PCB板二102底部设置有插针104，PCB板一101和PCB板二102通过插座103和插针104的配合实现连接（物理连接和电气连接）；所述PCB板一101上设置有接口一101.1、接口二101.2、接口三101.3和接口四101.4，所述反馈电路5通过接口一101.1与IGBT逆变器4相连，所述采集电路2分别经接口二101.2和接口三101.3后与电流互感器一13和电流互感器二14相连，所述采集电路2经插座103和插针104的配合后将信号输送至信号处理电路1，所述信号处理电路1将处理后的信号经指令信号发生电路15以及插座103和插针104的配合后再经接口四101.4传输给驱动模块3；因此将信号采集和信号处理相互分离，并将对外接口设置于PCB板一101上，便于后续的扩展。 

Claims (5)

1.一种有源滤波器，其特征在于：所述装置包含有信号处理电路（1），所述信号处理电路（1）上连接有信号采集电路（2），所述信号处理电路（1）经指令信号发生电路（15）后与驱动模块（3）相连，所述信号采集电路（2）与一串接在电源线路上的电流互感器二（14）相连接，所述电源线路经断路器（11）、熔断器（10）、接触器（9）、主接触器（7）和电感（6）后与IGBT逆变器（4）相连，所述主接触器（7）上并联有一预充电电阻（8），所述主接触器（7）和电感（6）之间的连接线上串接有电流互感器一（13），所述电流互感器一（13）与信号采集电路（2）相连，所述IGBT逆变器（4）的直流母线之间接有一直流侧母线电容（12），直流侧母线电容（12）的正、负极经反馈电路（5）后与信号采集电路（2）相连。

2.根据权利要求1所述一种有源滤波器，其特征在于：所述信号采集电路（2）和反馈电路（5）设置于PCB板一（101）上，所述信号处理电路（1）和指令信号发生电路（15）设置于PCB板二（102）上，PCB板一（101）上设置有插座（103），PCB板二（102）底部设置有插针（104），PCB板一（101）和PCB板二（102）通过插座（103）和插针（104）的配合相连接；所述PCB板一（101）上设置有接口一（101.1）、接口二（101.2）、接口三（101.3）和接口四（101.4），所述反馈电路（5）通过接口一（101.1）与IGBT逆变器（4）的直流侧母线电容（12）相连，所述采集电路（2）分别经接口二（101.2）和接口三（101.3）后与电流互感器一（13）和电流互感器二（14）相连，所述采集电路（2）经插座（103）和插针（104）的配合后将信号输送至信号处理电路（1），所述信号处理电路（1）将处理后的信号经指令信号发生电路（15）、插座（103）和插针（104）的配合后再经接口四（101.4）传输给驱动模块（3）。

3.根据权利要求1所述一种有源滤波器的调节方法，其特征在于：所述调节方法的步骤为：

步骤一：信号采集电路（2）通过电流互感器二（14）实时获取电网中由非线性负载产生的电流波形；

步骤二：步骤一中获取的电流波形输入至信号处理电路（1），分离出其中的谐波分量信号；

步骤三：步骤二中分离出的谐波分量信号经信号处理电路（1）进行反相处理后，通过指令信号发生电路（15），形成控制指令；

步骤四：控制指令经驱动模块（3）后输入IGBT逆变器（4），从而通过驱动模块（3）实现了对IGBT逆变器（4）的实时、精确、快速控制；

步骤五：IGBT逆变器（4）的输出电流经电感（6）之后，便形成了与原采样的谐波电流波形相反的补偿谐波电流，并送至谐波源的并网点，与原负载谐波电流进行抵消。

4.根据权利要求3所述一种有源滤波器的调节方法，其特征在于：在进行步骤一至五的同时，装置通过信号采集电路（2）通过电流互感器一（13）实时采集装置的补偿电流，与由电流互感器二（14）采集的负载谐波电流进行比较，形成一个闭环反馈控制。

5.根据权利要求3所述一种有源滤波器的调节方法，其特征在于： 在进行步骤一之前，先经预充电电阻（8）进行限流，为IGBT逆变器（4）的IGBT的直流侧母线电容充电，待该电容电压平稳后，合上主接触器（7），促使直流侧母线电容（12）整流升压的过程缓慢、平稳，无合闸瞬间冲击电流；同时，通过直流电压反馈电路（5），将当前直流侧母线电容（12）的电压送至信号采集电路（2），随后信号处理电路（1）将反馈直流电压与目标直流电压进行比较，将比较差值经处理后转换为当前控制目标，指令信号发生电路（15）将补偿谐波电流与直流电压控制目标进行叠加并形成控制指令信号，最终达到控制直流电压与发出补偿电流的目的。

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