CN105656043A - 抽屉柜式模块化有源电力滤波装置 - Google Patents

Abstract

一种抽屉柜式模块化有源电力滤波装置，用于电网系统的谐波治理。一个主控制模块、至少一个滤波装置模块和一套抽屉式机柜组成；抽屉式机柜内配置有一套断路器、一套避雷器、一套高通滤波器和一套电流互感器，主控制模块和滤波装置模块安装在机柜内。本发明采用闭环控制原理，保证了产品工作性能，使其对50次以内的谐波滤除能力达到理想状态；装置高度模块化，有利于产品标准化、批量化生产，为生产运营提供了便利，同时用户可根据需求自由配置滤波装置模块数量，实现扩容，节省购货时间，使相同规格滤波装置能满足不同容量要求用户，方便用户使用，从而提升了整个产业生产效率；并且可以在不停止系统运行情况下进行维护或撤换有问题的滤波装置。

Description

抽屉柜式模块化有源电力滤波装置

技术领域

本发明涉及电气控制技术领域，具体是一种抽屉柜式模块化有源电力滤波装置。

背景技术

随着非线性负载在配电网中的应用日益广泛，电能质量严重恶化，使得工业发展对电能质量的要求超来越高。有源电力滤波装置在理论上可以补偿任意次谐波电流和无功功率，具有良好的动态性能，受到广泛的关注，但由于电力电子器件的开关频率和其容量相互矛盾，开关频率随着容量的增大而降低，使其在大功率应用领域受到限制。目前，市场上大容量有源电力滤波装置的应用主要是混合型有源电力滤波装置，但因其无源部分参数设计难度大，且易发生谐振等缺陷，缺乏通用性。采用多台小容量的有源电力滤波装置并联使用则是当前解决大容量有源电力滤波装置的有效方法之一。多模块并联有源电力滤波装置结构灵活，可根据需要应用于不同容量的谐波抑制场合，而且有利于标准化大规模生产。

对于多模块并联有源电力滤波装置，根据其电流检测和控制策略不同，可分为集中控制和分布式控制。集中控制使用一套电流互感器检测，通过中心控制单元，分配每台滤波单元的补偿电流指令，其优点是仅用一套检测装置，可节省成本，但由于多个模块共用一套传感器，会招致控制信号地线在模块之间耦合，从而引入干扰，降低了系统的可靠性。分布式控制采用多组电流互感器，每台滤波装置可独立工作，其优点是各有源电力滤波装置具有独立性，都能充分发挥各自的能力对电网进行谐波补偿，当其中一台设备出现问题时不会影响到其它滤波器的正常工作，可实现冗余控制；不足之处在于检测控制电路数量过多，造成资源浪费。

发明内容

为克服现有集中控制型和分布控制型两种模块化有源滤波装置的不足，本发明的发明目的在于提供一种抽屉柜式模块化有源电力滤波装置，采用集中控制方式，并吸纳分布式控制模块的优点，使得控制单元和滤波单元全部模块化，两者之间通过光纤进行信号传输，避免了控制信号地线在模块之间的磁耦合。

为实现上述目的，本发明由一个主控制模块、至少一个滤波装置模块和一套抽屉式机柜组成；抽屉式机柜内配置有一套断路器、一套避雷器、一套高通滤波器和一套电流互感器，主控制模块和滤波装置模块安装在机柜内。

所述主控制模块主要由信号采集系统、一个由数字信号处理器一和单片机一构成的主机单元及液晶显示器组成；主控制模块中的信号采集系统包含模数转换器一和控制/锁存模块一，信号采集系统将采集到的模拟信号转换成数字信号输入到数字信号处理器一，经数字信号处理器一对信号分析处理后，通过光纤传递给滤波装置模块；数字信号处理器一与单片机一通过双口RAM互联，单片机一与液晶显示器之间通过RS485网络端口连接，传输介质是光纤；单片机一通过RS232端口实现对滤波装置模块的通讯，控制、查询其运行状态；

滤波装置模块由数字信号处理器二和单片机二组成双机系统；数字信号处理器二经控制/锁存模块二接收来自模数转换器二的信号，和来自主控制模块的各项补偿参数信号，产生系统所需的驱动信号，驱动IGBT功率单元产生相应的补偿电流。

本发明中，主控制模块负责检测电网中的谐波电流，将数据通过光纤通讯传递到各滤波装置模块，可以避免检测电路的重复。主控制模块还要通过与每个滤波装置模块的通讯，协调控制各滤波装置模块的输出功率和工作状态。每个滤波装置模块各自的补偿电流控制电路、控制策略和变流器结构相同，每台装置中都有通讯电路，用来接收主控制模块发出的各种参数和控制信号并反馈其自身的工作情况。通过主控制模块的协调控制使运行中的多台小容量滤波装置模块输出相同大小的补偿功率，从而产生一总补偿电流注入系统，消除系统谐波。

本发明与现有技术相比，首先采用了闭环控制原理，保证了产品的工作性能，使其对50次以内的谐波滤除能力达到理想状态；再者是装置高度模块化，有利于产品标准化、批量化生产，为生产运营提供了便利，同时用户可根据需求自由配置滤波装置模块的数量，实现扩容，节省购货时间，使相同规格的滤波装置能满足不同容量要求的用户，方便用户的使用，从而提升了整个产业的生产效率；并且可以在不停止系统运行的情况下进行维护或撤换有问题的滤波装置。

附图说明

图1为本发明的电气结构框图。

图2为图1的主控制模块和滤波装置模块的组成框图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本装置并联接在电网进线母线中。断路器3、避雷器4、高通滤波器5及电流互感器6装置在抽屉式机柜内，其中避雷器4与高通滤波器5并联在机柜内母线排上，主控制模块1与滤波装置模块2之间通过光纤7连接，滤波装置模块2的输出端并联在机柜内的母线上。当断路器3合闸后，整套装置被充电，当滤波装置模块2完成预充电后，系统进入运行状态。根据滤波装置模块2内模块数量的不同，构成不同容量的整套模块化有源电力滤波装置。

主控制模块1中，信号采集系统8包含三个高速的模数转换器一11和对信号进行滤波、放大等处理作用的控制/锁存模块一12，主机单元9是由数字信号处理器一13和单片机一14组成的双机系统。三个高速模数转换器一11分别将来自三个单相系统的电流、电压模拟信号，转换成数字信号后输入至控制/锁存模块一12进行滤波、放大等处理后，输出至数字信号处理器一13中，经数字信号处理器一13对信号分析处理后，通过光纤7传递给滤波装置模块2，协调控制各滤波装置模块2的输出功率和工作状态，同时主机单元9还接收由各滤波装置模块2反馈回来的信号，监测各滤波装置模块2的运行状态；数字信号处理器一13与单片机一14通过双口RAM互联，单片机一14与液晶显示器10之间通过RS485网络端口连接，传输介质是光纤，用以完成系统的人工设置；单片机一14通过RS232端口实现对滤波装置模块2的通讯，控制、查询其运行状态，其物理介质是光纤7。

滤波装置模块2由数字信号处理器二15和单片机二16组成的双机系统。模数转换器二19将来自功率单元储能电容的电压、装置输出的电流模拟信号，转换成数字信号输入至控制/锁存模块二18进行放大、滤波处理后，输出至数字信号处理器二15中，数字信号处理器二15同时接收来自主控制模块1的各项补偿参数信号，并实时检测储能电容电压和系统电流，用以产生补偿所需的PWM控制信号，从而产生系统所需的驱动信号，驱动IGBT功率单元17产生相应的补偿电流。单片机二16负责检测整个滤波装置模块2的工作状况，如IGBT功率单元17的工作频率和温度、滤波装置模块2内部的温度等，并与主控制模块1通讯，接收控制信号，汇报运行状况。

Claims (2)

1.一种抽屉柜式模块化有源电力滤波装置，其特征在于：该滤波装置由一个主控制模块（1）、至少一个滤波装置模块（2）和一套抽屉式机柜组成；抽屉式机柜内配置有一套断路器（3）、一套避雷器（4）、一套高通滤波器（5）和一套电流互感器（6），主控制模块（1）和滤波装置模块（2）安装在机柜内。

2.根据权利要求1所述的抽屉柜式模块化有源电力滤波装置，其特征在于：主控制模块（1）主要由信号采集系统（8）、一个由数字信号处理器一（13）和单片机一（14）构成的主机单元（9）及液晶显示器（10）组成；主控制模块（1）中的信号采集系统（8）包含模数转换器一（11）和控制/锁存模块一（12），信号采集系统（8）将采集到的模拟信号转换成数字信号输入到数字信号处理器一（13），经数字信号处理器一（13）对信号分析处理后，通过光纤（7）传递给滤波装置模块（2）；数字信号处理器一（13）与单片机一（14）通过双口RAM互联，单片机一（14）与液晶显示器（10）之间通过RS485网络端口连接，传输介质是光纤（7）；单片机一（14）通过RS232端口实现对滤波装置模块（2）的通讯，控制、查询其运行状态；

滤波装置模块（2）由数字信号处理器二（15）和单片机二（16）组成双机系统；数字信号处理器二（15）经控制/锁存模块二（18）接收来自模数转换器二（19）的信号，和来自主控制模块（1）的各项补偿参数信号，产生系统所需的驱动信号，驱动IGBT功率单元（17）产生相应的补偿电流。