CN104065091B - 具有完全apf功能的静止无功发生器 - Google Patents
具有完全apf功能的静止无功发生器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104065091B CN104065091B CN201410311931.3A CN201410311931A CN104065091B CN 104065091 B CN104065091 B CN 104065091B CN 201410311931 A CN201410311931 A CN 201410311931A CN 104065091 B CN104065091 B CN 104065091B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- inverter
- apf
- function
- pwm drive
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003068 static effect Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 15
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000009131 signaling function Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/20—Active power filtering [APF]
Abstract
本发明涉及一种具有完全APF功能的静止无功发生器，其技术特点是：包括RISC处理器、FPGA模块、六个DSP处理器、SVG逆变器及其PWM驱动电路、APF逆变器及其PWM驱动电路，所述FPGA模块分别与RISC处理器、六个DSP处理器相连接，六个DSP处理器均通过霍尔传感器、信号调整电路和A/D转换模块采集电网电流，并负责SVG功能、APF功能的算法运算和PWM驱动信号输出，并分别驱动SVG逆变器和APF逆变器工作；六个DSP处理器还分别与同步检测电路与锁相环电路相连接。本发明为了能够准确及时补偿无功电流和谐波电流，其通过多CPU控制方式快速准确地获得负载电流无功信号和谐波信号,进而产生相应的补偿信号以抵消电源中的无功与谐波,达到无功补偿和消除谐波的目的。
Description
技术领域
本发明属于无功发生器就技术领域，尤其是一种具有完全APF功能的静止无功发生器。
背景技术
上世纪80年代，由于赤木泰文瞬时无功功率理论的提出以及大功率半导体器件的成熟、脉宽调制(PWM)控制技术的进步，为静止无功发生器(SVG)和有源电力滤波器(APF)的实现与完善奠定了理论与技术基础。近年来，出于节能环保的考虑，配电网终端供电系统中的电力电子变换装置应用越来越广泛，但这类非线性电能变换装置在改善用户端电能质量同时，往往诱发配电网侧谐波及无功电流问题，迫切需要SVG与APF广泛应用于电力各个领域。目前，SVG与APF虽然得到广泛的应用与发展，但是它们是作为两种设备应用的，不仅占用空间，还要考虑其并联使用的匹配问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、性能稳定且有效提高用电端电能质量的具有完全APF功能的静止无功发生器。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种具有完全APF功能的静止无功发生器，包括RISC处理器、FPGA模块、六个DSP处理器、SVG逆变器及其PWM驱动电路、APF逆变器及其PWM驱动电路，所述FPGA模块分别与RISC处理器、六个DSP处理器相连接，该FPGA模块还通过隔离驱动电路与数字信号相连接，所述的RISC处理器还与人机界面设备相连接完成人机交互功能，该RISC处理器还通过通讯接口与远程设备相连接；六个DSP处理器均通过霍尔传感器、信号调整电路和A/D转换模块采集电网电流，其中三个DSP处理器负责SVG功能的算法运算和PWM驱动信号输出，该PWM驱动信号经PWM驱动电路驱动SVG逆变器工作，另外三个DSP处理器负责APF功能的算法运算和PWM驱动信号输出，该PWM驱动信号经PWM驱动电路驱动APF逆变器工作；六个DSP处理器还分别与同步检测电路与锁相环电路相连接，所述的同步检测电路与锁相环电路相连接。
而且，所述FPGA模块还连接JTAG电路实现调试功能。
而且，所述SVG逆变器和APF逆变器均采用多电平逆变器结构。
附图说明
图1为本发明的电路方框图；
图2为本发明的工作原理及处理流程图；
图3为直流控制电流算法原理图；
图4为无功补偿算法原理图；
图5为谐波补偿算法原理图；
图6为三相不平衡补偿算法原理图；
图7为将计算得到的谐波电流瞬时值转换为实际谐波补偿控制电流的原理图；
图8为将计算得到无功电流瞬时值转换为实际无功补偿控制电流的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种具有完全APF功能的静止无功发生器，如图1所示，包括RISC处理器、FPGA模块、六个DSP处理器、SVG逆变器及其PWM驱动电路、APF逆变器及其PWM驱动电路，其中FPGA模块为主处理器，RISC处理器为从处理器，六个DSP处理器为协处理器。FPGA模块分别与RISC处理器、六个DSP处理器相连接，FPGA模块与RISC处理器相连接实现数据交互功能，FPGA模块与六个DSP处理器相连接，为控制DSP处理器同时同时启动数据采样、同步处理数据、控制逆变电流、产生PWM时序等任务，保证补偿性能准确无误，该FPGA模块还通过隔离驱动电路与数字信号相连接，该FPGA模块还连接JTAG电路进行设备调试。所述的RISC处理器还与人机界面设备相连接完成人机交互功能，该RISC处理器还通过通讯接口与远程设备相连接，实现四遥功能(遥控功能：开/关机、紧急停机等；遥信功能：工作状态等；遥测功能：补偿电流值、补偿无功值等；遥调：设定补偿谐波次数等)。六个DSP处理器分别通过霍尔传感器采集电网电流信号，该霍尔传感器安装在电网中，其输出端与信号调整电路相连接，电网信号通过信号调整电路调整后送入A/D转换模块进行模数转换，A/D转换模块将转换的数字量分别送入六个DSP处理器进行运算，其中，上面三个DSP处理器负责静止无功发生器(SVG)功能的算法运算和SVG的PWM驱动信号输出，该PWM驱动信号经PWM驱动电路驱动SVG逆变器工作，每个DSP承担一相无功功率的检测任务，并将检测结果发送给FPGA模块。下面三个DSP处理器负责有源电力滤波器(APF)功能的算法运算和APF的PWM驱动信号输出，该PWM驱动信号经PWM驱动电路驱动APF逆变器工作，每一颗DSP承担一相谐波电流的检测任务，并将检测结果发送给FPGA模块。本发明采用SVG的IGBT逆变器和APF的IGBT逆变器分别由不同的DSP处理器控制，保证了APF逆变器和SVG逆变器互不干扰。六个DSP处理器还分别与同步检测电路与锁相环电路相连接，所述的同步检测电路与锁相环电路相连接，从而保证了六个DSP处理器采集的数字信号完全同步，实现SVG功能和APF功能完美结合。
本发明基本工作原理与流程如图2所示，该图上部是实现静止无功发生器(SVG)功能的描述：负载电流的电流瞬时值经d-q坐标变换变为Id，Iq，它们与有功电流、无功电流参考值(Iqref)作比较后，经PI调节器所得值，再经d-q变换，得到三相电流信号，进行三角波比较电流跟踪型PWM控制，驱动IGBT逆变器输出相应的补偿无功电流。其中，有功电流参考值由直流侧电压参考值(Udref)与直流侧电容电压反馈值(Udcs)比较后经PI调节器得到。该图中部为输出逆变电路示意，有源滤波与静止无功补偿分别使用两套IGBT逆变电路。该图下部是实现有源电力滤波器(APF)功能的描述：负载电流的电流瞬时值经过模数转换之后，对其数字量进行快速傅里叶变换，在频域内取得各次谐波分量并根据设定谐波次数(如用户设定了消除某次谐波)确定需要滤除的谐波，然后再进行傅里叶逆变换，在时域内与控制电流(Icon)相比较，再经PI调节器后得到三相电流信号，进行三角波比较电流跟踪型PWM控制，驱动IGBT逆变器输出相应的补偿谐波电流。控制电流(Icon)由直流侧电容电压反馈值(Udca)与直流侧电容电压参考值(Udca*)相比较，经PI调节器与电网频率相位信号一起经坐标变换后的所得值。
DSP处理器内采用的算法如图3至图8所示，下面分别进行说明：
图3给出了直流控制电流生成的算法原理，其具体处理过程为：直流侧电容电压反馈值(Udc)与直流侧电容电压参考值(Udc*)相比较，经PI调节器生成直流电流id_dc，由于该值为直流所以在q轴投影为零，然后进行park逆变换，在α、β轴上分别得到iα_dc、iβ_dc，最后将其进行Clarke逆变换得到控制三相的直流电流ia_dc、ib_dc、ic_dc。
图4给出了无功补偿算法原理图，其具体处理过程为：三相负载电流iLa、iLb、iLc通过Clarke变换得到iα、iβ，而后iα、iβ再经过park变换得到id、iq，由于无功电流在d轴的投影为零，所以仅需要将iq通过低通滤波器(LPF)即可得到iq_react，然后进行park逆变换，在α、β轴上分别得到iα_q、iβ_q，最后将其进行Clarke逆变换得到三相无功电流ia_q、ib_q、ic_q。
图5给出了谐波补偿算法原理图，其具体处理过程为：三相负载电流iLa、iLb、iLc通过Clarke变换得到iα、iβ，而后iα、iβ再经过park变换得到id、iq，由再将id、iq减去其基波分量(通过低通滤波器(LPF)取得)得到id_h、iq_h，然后进行park逆变换，在α、β轴上分别得到iαh、iβh，最后将其进行Clarke逆变换得到三相谐波电流ia_h、ib_h、ic_h。
图6给出了三相不平衡补偿算法原理图，其具体处理过程为：三相负载电流iLa、iLb、iLc通过Clarke变换得到iα、iβ，而后iα、iβ再经过park变换得到id、iq，将id、iq通过低通滤波器(LPF)即可得到然后进行park逆变换，在α、β轴上分别得到iαf、iβf，最后将其进行Clarke逆变换得到三相不平衡电流iaf、ibf、icf。
将图3至图6所计算得到的直流控制电流、无功补偿电流、谐波补偿电流、三相不平衡补偿电流分别应用到图7、图8的算法中，分别得到实际谐波补偿控制电流和实际无功补偿控制电流。
图7给出了将计算得到的谐波电流瞬时值转换为实际谐波补偿控制电流的原理图，其具体处理过程为：通过park变换将直流电流、谐波电流、三相不平衡电流分别等效到d,q轴上，在d轴上即得到id_dc，id_h，id_f，然后将id_dc，id_h，id_f叠加减去其中基波部分id，再经过矩阵调整(Regulator_D),得到在d轴上的补偿电流dd；同样在q轴上即得到iq_h，iq_f，然后将iq_h，iq_f叠加减去其中基波部分iq，再经过矩阵调整(Regulator_Q),得到在q轴上的补偿电流dq，此时将dd、dq进行park逆变换得到dα、dβ，最后对dα、dβ进行Clarke逆变换即得到谐波补偿的三相控制电流Iapf_c、Iapf_b、Iapf_c。
图8给出了将计算得到无功电流瞬时值转换为实际无功补偿控制电流的原理图；其具体处理过程为：通过park变换将直流电流、无功电流、三相不平衡电流分别等效到d,q轴上，在d轴上即得到id_dc，id_f，然后将id_dc，id_f叠加经过矩阵调整(Regulator_D),得到在d轴上的补偿电流dd；同样在q轴上即得到iq_react，iq_f，然后将iq_react，iq_f叠加经过矩阵调整(Regulator_Q),得到在q轴上的补偿电流dq，此时将dd、dq进行park逆变换得到dα、dβ，最后对dα、dβ进行Clarke逆变换即得到无功补偿的三相控制电流Isvg_c、Isvg_b、Isvg_c。
本发明采用RISC+6DSP+FPGA控制模式，具有以下优点：
本发明为了能够准确及时补偿无功电流和谐波电流，其通过多CPU控制方式快速准确地获得负载电流无功信号和谐波信号,进而产生相应的补偿信号以抵消电源中的无功与谐波,达到无功补偿和消除谐波的目的。
本发明内部集成了瞬时无功算法，该算法同步实现无功功率、2～50次谐波和三相不平衡的准确检测，且精度高、实时性好、动态响应速度快，达到了同时对无功功率和各次谐波电流进行补偿的要求。
本发明在补偿电路中采用了双路PWM驱动电路和双路IGBT逆变输出模式，补偿无功电流和谐波电流可以完全同步进行且互不影响，为实现完全APF功能(可以补偿2～50次谐波)和静止无功发生器功能提供了硬件保证。
本发明采用多电平逆变技术，多逆变技术是指用半导体开关器件的开通和关断把直流电压变成一系列的电压脉冲序列，以实现多电平逆变器的变压、变频，并控制和消除谐波的电子技术。多电平逆变器PWM技术具有输出电压谐波的含量少、逆变器电平数易扩展,电压合成方面，开关状态选择具有较大的灵活性、可通过在同一个电平上不同开关组合，使直流侧电容电压保持平衡等优点。
本发明采用多CPU并联控制方式，可以同步实现无功补偿和有源滤波；可以成倍提高计算速度，即成倍提高无功及谐波补偿速度；CPU数量增加可以同步运算无功与谐波的软件算法；轻松实现四遥功能。
本发明采用创新模块化设计，体积小，使用简单、便于并机使用。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (2)
1.一种具有完全APF功能的静止无功发生器，其特征在于：包括RISC处理器、FPGA模块、六个DSP处理器、SVG逆变器及其PWM驱动电路、APF逆变器及其PWM驱动电路，所述FPGA模块分别与RISC处理器、六个DSP处理器相连接，该FPGA模块还通过隔离驱动电路与数字信号相连接，所述的RISC处理器还与人机界面设备相连接完成人机交互功能，该RISC处理器还通过通讯接口与远程设备相连接；六个DSP处理器均通过霍尔传感器、信号调整电路和A/D转换模块采集电网电流，其中三个DSP处理器负责SVG功能的算法运算和PWM驱动信号输出，该PWM驱动信号经PWM驱动电路驱动SVG逆变器工作，另外三个DSP处理器负责APF功能的算法运算和PWM驱动信号输出，该PWM驱动信号经PWM驱动电路驱动APF逆变器工作；六个DSP处理器还分别与同步检测电路与锁相环电路相连接，所述的同步检测电路与锁相环电路相连接；所述SVG逆变器和APF逆变器均采用多电平逆变器结构。
2.根据权利要求1所述的具有完全APF功能的静止无功发生器，其特征在于：所述FPGA模块还连接JTAG电路实现调试功能。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410311931.3A CN104065091B (zh) | 2014-07-02 | 2014-07-02 | 具有完全apf功能的静止无功发生器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410311931.3A CN104065091B (zh) | 2014-07-02 | 2014-07-02 | 具有完全apf功能的静止无功发生器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104065091A CN104065091A (zh) | 2014-09-24 |
| CN104065091B true CN104065091B (zh) | 2016-03-16 |
Family
ID=51552679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410311931.3A Active CN104065091B (zh) | 2014-07-02 | 2014-07-02 | 具有完全apf功能的静止无功发生器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104065091B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105656044B (zh) * | 2014-12-03 | 2019-01-04 | 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 | 一种基于快速傅立叶变换的抑制电流谐波的方法 |
| CN106026096B (zh) * | 2016-06-29 | 2019-02-19 | 国网山东省电力公司 | 一种基于svg的配电网多级协调节能优化控制系统 |
| CN113964848B (zh) * | 2021-12-20 | 2022-05-31 | 昆山帝森华途工业物联网科技有限公司 | 一种apf控制系统的无功电流提取模块 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5513090A (en) * | 1994-11-15 | 1996-04-30 | Electric Power Research Institute, Inc. | Hybrid series active, parallel passive, power line conditioner for harmonic isolation between a supply and a load |
| CN101924370A (zh) * | 2010-09-08 | 2010-12-22 | 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 | 一种混合型电能质量治理装置 |
| CN203326606U (zh) * | 2013-06-21 | 2013-12-04 | 国家电网公司 | 用于电动汽车充换电站的智能模块化有源电力滤波器 |
-
2014
- 2014-07-02 CN CN201410311931.3A patent/CN104065091B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5513090A (en) * | 1994-11-15 | 1996-04-30 | Electric Power Research Institute, Inc. | Hybrid series active, parallel passive, power line conditioner for harmonic isolation between a supply and a load |
| CN101924370A (zh) * | 2010-09-08 | 2010-12-22 | 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 | 一种混合型电能质量治理装置 |
| CN203326606U (zh) * | 2013-06-21 | 2013-12-04 | 国家电网公司 | 用于电动汽车充换电站的智能模块化有源电力滤波器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 150kVA超导线圈和锂电池－电容组合式SVG-APF设计技术;沈小晴等;《电力系统保护与控制》;20100816;第38卷(第16期);第163－167页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104065091A (zh) | 2014-09-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108616141B (zh) | 微电网中lcl并网逆变器功率非线性的控制方法 | |
| Kazmierkowski et al. | DSP-based control of grid-connected power converters operating under grid distortions | |
| CN108023352B (zh) | 抑制分布式发电谐振的电网高频阻抗重塑装置及方法 | |
| CN108599165B (zh) | 基于复合控制策略的三电平有源滤波器、其应用系统及方法 | |
| CN105006825A (zh) | 一种高电能质量输出的电力电子变压器及其控制方法 | |
| CN105743091B (zh) | 一种有源电力滤波器的双环解耦控制方法 | |
| CN105141144B (zh) | 高压变频器中母线电压波动的抑制方法 | |
| CN106532749B (zh) | 一种微电网不平衡功率和谐波电压补偿系统及其应用 | |
| CN108306295A (zh) | 自适应比例谐振控制有源电力滤波器 | |
| CN108847670B (zh) | 一种双馈风机网侧变换器的谐波不稳定分析方法 | |
| CN106712100A (zh) | 一种基于扰动观测的虚拟并网同步逆变器控制方法及系统 | |
| CN109449941A (zh) | 基于虚拟阻抗控制的电压源工作模式有源滤波器控制方法 | |
| CN104065091B (zh) | 具有完全apf功能的静止无功发生器 | |
| Libin et al. | A new theory of reactive power control of grid connected PV inverter | |
| CN104868761A (zh) | 一种用于三相pwm整流器新型三角波比较控制方法 | |
| CN109510223A (zh) | 一种三相电流不平衡治理控制器、装置及控制方法 | |
| CN103117553A (zh) | 一种微电网背景下的新型电能质量调节器 | |
| CN103259290A (zh) | 一种无锁相环的双馈发电机网侧变流器直接电压控制方法 | |
| CN104993495B (zh) | 适用于弱电网条件下的有源电力滤波器直接电流控制方法 | |
| CN203911558U (zh) | 具有apf功能的非车载传导式直流电动汽车充电机 | |
| CN106253275A (zh) | 一种基于瞬时功率模型的谐波检测方法以及有源电力滤波器 | |
| CN106300352A (zh) | 基于自然坐标定向的有源电力滤波器控制方法 | |
| CN106451496B (zh) | 一种大型风力发电系统电网电压低频振荡的快速抑制方法 | |
| CN204068753U (zh) | 一种三相逆变器 | |
| CN108336921A (zh) | 一种单相逆变器的谐波电流抑制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 300010 Tianjin city Hebei District Wujing Road No. 39 Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: Tianjin Sanyuan Power Equipment Manufacturing Co., Ltd. Address before: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant before: State Grid Corporation of China Applicant before: Tianjin Sanyuan Power Equipment Manufacturing Co., Ltd. |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |