CN108390384B - 一种新型无功补偿及谐波治理装置 - Google Patents

一种新型无功补偿及谐波治理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型无功补偿及谐波治理装置，包括有由星型接法的5次、7次及11次单调谐无源滤波器构成的无源滤波器，零序电力有源滤波器，用于滤除2、4次谐波的混合型电力有源滤波器、IGBT驱动电路及DSP控制电路，所述的DSP控制电路包括DSP数字信号处理器、FPGA可编程逻辑器件、外置的ADC转换器及锁相环电路，所述的无源滤波器接在配电变压器低压侧三相a、b、c上，所述的混合型电力有源滤波器由无源部分和有源部分级联构成，本发明实现了从非线性负荷中提取出2次、4次谐波电流的信号，并把它作为该电力有源滤波器的控制信号，从而实现对该电力有源滤波器的有效控制，有效地滤除2、4次谐波电流。

Description

一种新型无功补偿及谐波治理装置
技术领域
本发明涉及一种无功补偿治理装置，特别是一种新型无功补偿及谐波治理装置。
背景技术
随着电力电子技术的不断发展及大量非线性负荷的广泛应用，电网的谐波污染问题越来越严重，这些负荷中不仅有大量的单相整流负荷，还有很多谐波频谱非常复杂的非线性负荷(如中频炉等)。在这样一个复杂的谐波环境单靠普通的无源滤波器技术或有源滤波器技术是不能够很好地解决谐波污染的问题。
混合型电力有源滤波器技术很好地解决了这个问题，对于5次以上的非零序谐波，用无源滤波器可以取得比较好的滤波效果的同时，也能够有效地降低滤波装置的成本；对于零序谐波可以用发明专利“基于对称分量法的混合型三次谐波滤波器”中的三次谐波电力有源滤波器来解决；对于2、4次等谐波电流可以用专门的电力有源滤波器来滤除，由于2次、4次谐波的电流一般都很小，所以该电力有源滤波器所需要的容量比较小，实现该电力有源滤波器的关键技术就是如何从非线性负荷中提取出2次、4次谐波电流的信号，并把它作为该电力有源滤波器的控制信号，从而实现对该电力有源滤波器的有效控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，而提供一种可在复杂谐波环境中应用的一种新型无功补偿及谐波治理装置。
一种新型无功补偿及谐波治理装置，包括有由星型接法的5次、7次及11次单调谐无源滤波器构成的无源滤波器，零序电力有源滤波器，专门用于滤除2、4次谐波的混合型电力有源滤波器、IGBT驱动电路及DSP控制电路，所述的DSP控制电路包括DSP数字信号处理器、FPGA可编程逻辑器件、外置的ADC转换器及锁相环电路，所述的无源滤波器接在三相a、b、c上，所述的混合型电力有源滤波器由无源部分和有源部分级联构成，无源部分采用单调谐无源滤波器，有源部分采用三相全桥IGBT逆变器，混合型电力有源滤波器接在三相abc上；所述的零序电力有源滤波器一端接在无源滤波器的中性点上，另一端接在地线N上，零序电力有源滤波器对中线电流进行虚构，采用对称分量法提取出作为控制信号的三次谐波电流，通过IGBT驱动电路对零序电力有源滤波器进行有效控制，零序电力有源滤波器及混合型电力有源滤波器由同一块DSP控制电路板进行同步控制，三相电压信号经过锁相环电路进行相位锁定后，输出的高频信号送入FPGA电路中进行预分频和1024分频，这个1024分频电路的脉冲一路用于进行模数转换器ADC的启动转换控制，另一路用于FPGA里面的计数器进行1024的循环计数，1024的循环计数值代表当前时刻基波电压相位的角度θ1，从这个角度信号可以推断出2次谐波电压的当前相位角度θ2及4次谐波电压信号的当前相位角度θ4，在DSP数字信号处理器里面，按照2次谐波电压的当前相位角度θ2及4次谐波电压信号的当前相位角度θ4分别利用瞬时无功功率理论构造出计算出2次谐波电流iah2、ibh2、ich2和4次谐波电流iah4、ibh4、ich4，把2次谐波电流iah2、ibh2、ich2和4次谐波电流iah4、ibh4、ich4分别按照相序进行叠加，就可以得到iah、ibh、ich，它作为用于2次、4次谐波滤除的混合型电力有源滤波器的然后跟用于2次、4次谐波滤除的混合型电力有源滤波器的实际输出电流ifa(ifb、ifc)进行比较，其差值Aa(Ab、Ac)进行PID放大后与三角波信号进行比较，就可以得到控制谐波发生器的PWM脉宽调制信号，再经过IGBT驱动电路放大后就可以控制三相逆变器的6个IGBT工作，实现用于2次、4次谐波滤除的混合型电力有源滤波器的功能，IGBT驱动电路还用于驱动零序电力有源滤波器工作。
所述的无源滤波器中的各次滤波器由多个滤波器构成，根据系统总的无功需求确定Q总，然后根据各次谐波电流大小确定各次无源滤波器的无功功率，计算出各组无源滤波器的电容的电量，根据公式计算出电感量；
如果无功功率容量Q大于60KVAR时就要对无源滤波器进行分组，然后按照分组后的无功功率来计算电容容量及电抗器的电感量。
零序电力有源滤波器的直流电源采用限流式稳压开关电源。
单调谐无源滤波器采用调谐在7.1次基波频率的单调谐无源滤波器。
由电压电流互感器检测到的三相电压ua、ub、uc，负荷侧电流ila、ilb、ilc，滤波器侧三相电流ifa、ifb、ifc及电源侧三相电流isa、isb、isc经过信号调理电路后送入模数转换器ADC中转换为数字量。
综上所述的，本发明相比现有技术如下优点：
本发明实现了从非线性负荷中提取出2次、4次谐波电流的信号，并把它作为该电力有源滤波器的控制信号，从而实现对该电力有源滤波器的有效控制，有效地滤除2、4次谐波电流。
附图说明
图1是本发明的新型无功补偿及谐波治理装置原理框图。
图2是FPGA可编程逻辑器件采用多路复用技术进行计算各呼电压及电流原理图。
图3是DSP数字信号处理器原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。
实施例1
一种新型无功补偿及谐波治理装置，包括有由星型接法的5次、7次及11次单调谐无源滤波器构成的无源滤波器，零序电力有源滤波器，专门用于滤除2、4次谐波的混合型电力有源滤波器、IGBT驱动电路及DSP控制电路，所述的DSP控制电路包括DSP数字信号处理器、FPGA可编程逻辑器件、外置的ADC转换器及锁相环电路，所述的无源滤波器接在三相a、b、c上，所述的混合型电力有源滤波器由无源部分和有源部分级联构成，无源部分采用调谐在7.1次基波频率的单调谐无源滤波器，有源部分采用三相全桥IGBT逆变器，混合型电力有源滤波器接在三相abc上；所述的零序电力有源滤波器一端接在无源滤波器的中性点上，另一端接在地线N上，零序电力有源滤波器对中线电流进行虚构，采用对称分量法提取出作为控制信号的三次谐波电流，通过IGBT驱动电路对零序电力有源滤波器进行有效控制，零序电力有源滤波器及混合型电力有源滤波器由同一块DSP控制电路板进行同步控制，三相电压信号经过锁相环电路进行相位锁定后，输出的高频信号送入FPGA电路中进行预分频和1024分频，这个1024分频电路的脉冲一路用于进行模数转换器ADC的启动转换控制，另一路用于FPGA里面的计数器进行1024的循环计数，1024的循环计数值代表当前时刻基波电压相位的角度θ1，从这个角度信号可以推断出2次谐波电压的当前相位角度θ2及4次谐波电压信号的当前相位角度θ4，经过电压电流互感器检测到的三相电压ua、ub、uc，负荷侧电流i1a、i1b、i1c，滤波器侧三相电流ifa、ifb、ifc及电源侧三相电流isa、isb、isc经过信号调理电路后送入模数转换器ADC中转换为数字量，在DSP数字信号处理器里面，按照2次谐波电压的当前相位角度θ2及4次谐波电压信号的当前相位角度θ4分别利用瞬时无功功率理论构造出计算出2次谐波电流iah2、ibh2、ich2和4次谐波电流iah4、ibh4、ich4，把2次谐波电流iah2、ibh2、ich2和4次谐波电流iah4、ibh4、ich4分别按照相序进行叠加，就可以得到iah、ibh、ich，它作为用于2次、4次谐波滤除的混合型电力有源滤波器的指令电流然后跟用于2次、4次谐波滤除的混合型电力有源滤波器的实际输出电流ifa(ifb、ifc)进行比较，其差值Aa(Ab、Ac)进行PID放大后与三角波信号进行比较，就可以得到控制谐波发生器的PWM脉宽调制信号，再经过IGBT驱动电路放大后就可以控制三相逆变器的6个IGBT工作，实现用于2次、4次谐波滤除的混合型电力有源滤波器的功能，IGBT驱动电路还用于驱动零序电力有源滤波器工作。零序电力有源滤波器的直流电源采用限流式稳压开关电源。所述的无源滤波器中的各次滤波器由多个滤波器构成，根据系统总的无功需求确定Q总，然后根据各次谐波电流大小确定各次无源滤波器的无功功率，计算出各组无源滤波器的电容的电量，根据公式计算出电感量；
如果无功功率容量Q大于60KVAR时就要对无源滤波器进行分组，然后按照分组后的无功功率来计算电容容量及电抗器的电感量。
电力有源滤波器的直流电源采用限流式稳压开关电源。单调谐无源滤波器采用调谐在7.1次基波频率的单调谐无源滤波器。由电压电流互感器检测到的三相电压ua、ub、uc，负荷侧电流ila、ilb、ilc，滤波器侧三相电流ifa、ifb、ifc及电源侧三相电流isa、isb、isc经过信号调理电路后送入模数转换器ADC中转换为数字量。
本实施例未述部分与现有技术相同。

Claims (4)

1.一种新型无功补偿及谐波治理装置，其特征在于：包括有由星型接法的5次、7次及11次单调谐无源滤波器构成的无源滤波器，零序电力有源滤波器，用于滤除2、4次谐波的混合型电力有源滤波器、IGBT驱动电路及DSP控制电路，所述的DSP控制电路包括DSP数字信号处理器、FPGA可编程逻辑器件、外置的ADC转换器及锁相环电路，所述的无源滤波器接在配电变压器低压侧三相a、b、c上，所述的混合型电力有源滤波器由无源部分和有源部分级联构成，无源部分采用单调谐无源滤波器，有源部分采用三相全桥IGBT逆变器，混合型电力有源滤波器接在三相abc上；所述的零序电力有源滤波器一端接在无源滤波器的中性点上，另一端接在地线N上，零序电力有源滤波器对中线电流进行虚构，采用对称分量法提取出作为控制信号的三次谐波电流，通过IGBT驱动电路对零序电力有源滤波器进行有效控制，零序电力有源滤波器及混合型电力有源滤波器由同一块DSP控制电路板进行同步控制，三相电压信号经过锁相环电路进行相位锁定后，输出的高频信号送入FPGA电路中进行预分频和1024分频，这个1024分频电路的脉冲一路用于进行模数转换器ADC的启动转换控制，另一路用于FPGA里面的计数器进行1024的循环计数，1024的循环计数值代表当前时刻基波电压相位的角度θ1，从这个角度信号可以推断出2次谐波电压的当前相位角度θ2、即2θ1，及4次谐波电压信号的当前相位角度θ4、即4θ1，在DSP数字信号处理器里面，按照2次谐波电压的当前相位角度θ2及4次谐波电压信号的当前相位角度θ4分别利用瞬时无功功率理论构造出计算出2次谐波电流iah2、ibh2、ich2和4次谐波电流iah4、ibh4、ich4，把2次谐波电流iah2、ibh2、ich2和4次谐波电流iah4、ibh4、ich4分别按照相序进行叠加，就可以得到iah、ibh、ich，它作为用于2次、4次谐波滤除的混合型电力有源滤波器的指令电流 然后跟用于2次、4次谐波滤除的混合型电力有源滤波器的实际输出电流ifa、ifb、ifc进行比较，其差值Aa、Ab、Ac进行PID放大后与三角波信号进行比较，就可以得到控制谐波发生器的三组六个PWM脉宽调制信号，再经过IGBT驱动电路放大后就可以控制三相逆变器的6个IGBT工作，实现用于2次、4次谐波滤除的混合型电力有源滤波器的功能，IGBT驱动电路还用于驱动零序电力有源滤波器工作；所述的无源滤波器中的各次滤波器由多个滤波器构成，根据系统总的无功需求确定Q总，然后根据各次谐波电流大小确定各次无源滤波器的无功功率，计算出各组无源滤波器的电容的电量，根据公式计算出电感量；
如果无功功率容量Q大于60KVAR时就要对无源滤波器进行分组，然后按照分组后的无功功率来计算电容容量及电抗器的电感量。
2.根据权利要求1所述的一种新型无功补偿及谐波治理装置，其特征在于：零序电力有源滤波器的直流电源采用限流式稳压开关电源。
3.根据权利要求1所述的一种新型无功补偿及谐波治理装置，其特征在于：单调谐无源滤波器采用调谐在7.1次基波频率的单调谐无源滤波器。
4.根据权利要求1所述的一种新型无功补偿及谐波治理装置，其特征在于：由电压电流互感器检测到的三相电压ua、ub、uc，负荷侧电流ila、ilb、ilc，滤波器侧三相电流ifa、ifb、ifc及电源侧三相电流isa、isb、isc经过信号调理电路后送入模数转换器ADC中转换为数字量。
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