CN109462236B - 一种基于高速串行光纤的apf并联运行系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于高速串行光纤的APF并联运行系统，涉及电力电子控制技术领域，包括安装在网侧或负载侧的电流互感器和不少于2台APF单元，其特征是，所述电流互感器的二次侧依次与各个APF单元连接，所述APF单元包括控制器，所述控制器包括DSP模块、光纤通讯模块和用于采集并网点电压信号的电网电压信号检测模块，所有APF单元的光纤通讯模块通过通讯光纤依次串行连接组成环网，所有APF单元控制器的DSP模块中预设有主控程序和从控程序，其中一台APF单元的控制器调用主控程序，其余APF单元的控制器调用从控程序，当并联的APF中个别出现故障时，能够在不更换设备情况下通过参数的设置快速恢复使用。

Description

一种基于高速串行光纤的APF并联运行系统及方法

技术领域：

本发明涉及电力电子控制技术领域，尤其涉及一种基于高速串行光纤的APF并联运行系统及方法。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，越来越多的电力电子设备被用到电网中，由此带来了大量谐波，严重影响电网质量。APF(有源电力滤波器)作为一种滤除谐波的装置，可以快速滤出电网中的谐波，改善电网质量。

由于单机容量有限，APF在实际应用中出现了采用多台设备并联运行并由一个主控制器进行控制的使用方式。如申请号为201110188074.9，主题名称为“一种用于APF/SVG并联运行的主从控制系统”的授权发明专利，具体方案为，包括：主控制器、从控制器以及若干设置于母线上的电压互感器和电流互感器，其中，用户端的电流互感器和电压互感器的输出端与主控制器的模拟量数据接口相连并传输系统的电压和电流信息，总输出电流互感器的输出端和主控制器的模拟量数据接口相连并传输装置的输出电流信息，主控制器的光纤接口和从控制器的光纤接口相连并传输待补偿的无功和谐波信息，从控制器的光纤接口和主控制器的光纤接口相连并传输各从控制器的运行状态信息以实现闭环控制。这一授权发明专利提出了主从控制方法，将并联装置分为主控制器和从控制器，主控制器控制，从控制器配合，通过主从控制器的分工合作，能够实时掌握系统和整套并联装置的运行情况，保证较好的补偿效果，并最大限度的利用各并联装置的容量。主控制器借助于主从控制器间的通讯，知道所有从控制器的运行状态，当某台从控制器故障退出运行时，主控制器立刻会重新分配待补偿的电流到其余运行的装置中，从而提高了整套并联装置的利用率。然而，采用这种主从控制系统的APF并联运行系统却存在以下弊端：一旦主控制器发生故障，整个系统将处于瘫痪状态。若想脱离瘫痪状态，只能修复或更换主控制器。

发明内容：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于高速串行光纤的APF并联运行系统及方法，当并联的APF中个别出现故障时，能够在不更换设备情况下通过参数的设置快速恢复使用。

本发明是通过下述技术方案来实现的：

一种基于高速串行光纤的APF并联运行系统，包括安装在网侧或负载侧的电流互感器和不少于2台APF单元，其特征是，所述电流互感器的二次侧依次与各个APF单元连接，所述APF单元包括控制器，所述控制器包括DSP模块、光纤通讯模块和用于采集并网点电压信号的电网电压信号检测模块，所有APF单元的光纤通讯模块通过通讯光纤依次串行连接组成环网，所有APF单元控制器的DSP模块中预设有主控程序和从控程序，其中一台APF单元的控制器调用主控程序，其余APF单元的控制器调用从控程序。

在本发明的另一个方面中，所述主控程序根据采集到的电流信号和电压信号进行补偿电流计算、生成补偿电流指令并通过光纤通讯模块将补偿电流指令发送至其它APF单元。

在本发明的另一个方面中，所述从控程序根据接收到的补偿电流指令控制APF单元产生补偿电流。

在本发明的另一个方面中，所述APF单元还包括用于采集APF单元输出电流的电流采集模块以及保护模块。

在本发明的另一个方面中，所述APF单元通过热拔插组合件与连接母线的柜体相连接。

在本发明的另一个方面中，所述热拔插组合件包括连接铜排和铜排卡接块，所述铜排卡接块内开有卡接槽，所述卡接槽内固定有预设数量的弹片，所述连接铜排可拆卸地安插在弹片之间，所述连接铜排连接在APF单元上，所述铜排卡接块连接固定在与母线连接的柜体上。

一种基于高速串行光纤的APF并联运行方法，其特征是，采用上述基于高速串行光纤的APF并联运行系统，包括：

步骤1，将任意一台APF单元的DSP模块设置为主控，调用主控程序，其它APF单元的DSP模块设置为从控，调用从控程序，并根据APF单元的补偿容量设置分配系数。

步骤2，设置为主控的APF单元的DSP模块根据APF单元采集到的电压信号和电流互感器采集的网侧或负载侧的电流信号进行补偿电流计算生成补偿电流指令；

步骤3，补偿电流指令通过环网依次传递给环网上的所有APF单元；

步骤4，各个APF单元根据补偿电流指令产生补偿电流。

在本发明的另一个方面中，当运行从控程序的APF单元出现故障或系统谐波电流增加时，运行主控程序的APF单元通过改变补偿电流指令使各个APF单元增大补偿电流的方式实现电网谐波的全补偿。

在本发明的另一个方面中，当运行主控程序的APF单元出现故障时，在其它APF单元中选取一台并调用其DSP模块中的主控程序以继续协同运行。

本发明的有益效果是：这种基于高速串行光纤的APF并联运行系统及方法在实际使用过程中，当并联的APF单元中个别出现故障时，能够在不更换设备的情况下通过参数设置快速恢复整体的使用。

附图说明：

图1为本发明安装连接示意图。

图2为本发明运行程序的基本流程图。

图3为本发明中热拔插组合件正视结构示意图。

图4为本发明中热拔插组合件侧视结构示意图。

附图中：1、母线，2、电流互感器，3、APF主机，4、APF从机Ⅰ，5、通讯光纤，6、APF从机Ⅱ，7、APF从机Ⅲ，8、热拔插组合件，9、负载。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例对本发明的实施方式做进一步说明：

在对本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的描述为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

一种基于高速串行光纤的APF并联运行系统，包括负载9、母线1、安装在网侧或负载侧的电流互感器和4台APF单元，4台APF单元的补偿容量相等，负载9通过电缆与母线相连。所述APF单元包括控制器，电流互感器的一次侧套接在母线1上，电流互感器的二次侧依次与各个APF单元的控制器串接，所述控制器包括DSP模块、光纤通讯模块和用于采集电压信号的电压信号检测模块，光纤通讯模块包括光纤发射接口和光纤接收接口。所有APF单元的光纤通讯模块通过通讯光纤依次串行连接组成环网，所有APF单元控制器的DSP模块中预设有主控程序和从控程序，其中一台控制器设置为主控制器，主控制器所在的APF单元即为APF主机，其余控制器设置为从控制器，从控制器所在的APF单元即为APF从机，本实施例中APF从机编号为APF从机Ⅰ4、APF从机Ⅱ6和APF从机Ⅲ7。APF主机3通讯模块的光纤发射接口通过光纤与APF从机Ⅰ的光纤接收接口相连，APF从机Ⅰ4的光纤发射接口与APF从机Ⅱ6的光纤接收接口相连，APF从机Ⅱ6的光纤发射接口与APF从机Ⅲ7的光纤接收接口相连，APF从机Ⅲ7的光纤发射接口与APF主机3的光纤接收接口相连，由此组成环网。电流传感器二次信号分别与各个APF单元的控制器连接。

所述APF单元还包括用于采集APF单元输出电流的电流采集模块以及保护模块。保护模块主要用于APF单元自身保护，检测到保护后自动停机（通讯模块独立供电，不停止工作）。电网电压信号检测模块用于APF单元并网同步。电流采集模块用于采集APF单元的输出电流，以控制APF输出电流。所述APF单元通过热拔插组合件8与连接母线的柜体相连接。所述热拔插组合件8包括连接铜排和铜排卡接块，所述铜排卡接块内开有卡接槽，所述卡接槽内固定有预设数量的弹片，所述连接铜排可拆卸地安插在弹片之间，所述连接铜排连接在APF单元上，所述铜排卡接块连接固定在与母线连接的柜体上。所述主控程序根据APF单元中电压信号检测模块采集到的电压信号和电流互感器采集的网侧或负载侧的电流信号进行补偿电流计算、生成补偿电流指令并将补偿电流指令发送至APF从机。所述从控程序根据接收到的补偿电流指令控制APF单元产生补偿电流。光纤通讯模块进行补偿电流指令电流信号的传输，主从机均根据该信号进行输出电流控制。控制器主要进行信号处理，APF从机根据APF主机传输的补偿电流指令电流控制输出电流，APF主机除了控制输出电流以外还需要进行补偿电流指令电流的计算。

一种基于高速串行光纤的APF并联运行方法，采用上述基于高速串行光纤的APF并联运行系统，包括以下步骤：

步骤1，其中一台APF单元的DSP模块设置为主控，调用主控程序，这一台APF单元作为APF主机，其余APF单元的DSP模块设置为从控，调用从控程序，作为APF从机，根据各个APF单元的补偿容量设置分配系数，APF主机、APF从机Ⅰ、APF从机Ⅱ、APF从机Ⅲ分配系数均设置为25%；

步骤2，预设有主控程序的APF单元（APF主机）的DSP模块根据APF单元中电压信号检测模块采集到的电压信号和电流互感器采集的网侧或负载侧的电流信号进行补偿电流计算并生成补偿电流指令；

步骤3，补偿电流指令通过环网依次传递给环网上的所有APF单元；

步骤4，各个APF单元根据补偿电流指令和自身的分配系数产生补偿电流。

当预设有从控程序的APF单元出现故障或系统谐波电流增加时，预设有主控程序的APF单元通过改变补偿电流指令使各个APF单元增大补偿电流的方式实现电网谐波的全补偿。

当运行有主控程序的APF单元出现故障时，在其它APF单元中选取一台并调用其DSP模块中的主控程序以作为新的APF主机继续协同运行。

这种基于高速串行光纤的APF并联运行系统及方法具有结构简单、传输延迟小的特点。当运行主控程序的APF单元出现故障时，从其余APF单元中选取一个并通过参数的设置调用主控程序，即可作为新的APF主机，从而实现了系统的继续使用，在不更换设备的情况下仅通过参数的设置便能够实现快速恢复系统使用的功能，避免了传统APF并联系统出现故障时因需要较长时间维护而影响正常使用的情况。在系统快速恢复以后，维护人员对出现故障的APF单元进行维修或是运来新的APF单元，做好充分准备工作后再将维修后的APF单元或是新的APF单元重新接入APF并联系统。

热拔插组合件的设置方便了APF单元的插接，进一步简化了安装和维护时的操作，节省了安装、维护时间。尤其是在更换APF单元时，在停机状况下通过热插拔组件即可实现单元的快速更换，减少了现场维护时间，在出现故障后最大程度地降低维护对正常用电造成的影响。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种基于高速串行光纤的APF并联运行系统，包括安装在网侧或负载侧的电流互感器和不少于2台APF单元，其特征是，所述电流互感器的二次侧依次与各个APF单元连接，所述APF单元包括控制器，所述控制器包括DSP模块、光纤通讯模块和用于采集并网点电压信号的电网电压信号检测模块，所有APF单元的光纤通讯模块通过通讯光纤依次串行连接组成环网，所有APF单元控制器的DSP模块中预设有主控程序和从控程序，其中一台APF单元的控制器调用主控程序，其余APF单元的控制器调用从控程序；

所述主控程序根据采集到的电流信号和电压信号进行补偿电流计算、生成补偿电流指令并通过光纤通讯模块将补偿电流指令发送至其它APF单元；从控程序根据接收到的补偿电流指令控制APF单元产生补偿电流；所述APF单元还包括用于采集APF单元输出电流的电流采集模块以及保护模块；所述APF单元通过热拔插组合件与连接母线的柜体相连接；所述热拔插组合件包括连接铜排和铜排卡接块，所述铜排卡接块内开有卡接槽，所述卡接槽内固定有预设数量的弹片，所述连接铜排可拆卸地安插在弹片之间，所述连接铜排连接在APF单元上，所述铜排卡接块连接固定在与母线连接的柜体上；

所述基于高速串行光纤的APF并联运行方法采用所述的基于高速串行光纤的APF并联运行系统进行APF并联运行，所述基于高速串行光纤的APF并联运行方法包括：步骤1，将任意一台APF单元的DSP模块设置为主控，调用主控程序，其它APF单元的DSP模块设置为从控，调用从控程序，并根据APF单元的补偿容量设置分配系数；步骤2，设置为主控的APF单元的DSP模块根据APF单元采集到的电压信号和电流互感器采集的网侧或负载侧的电流信号进行补偿电流计算生成补偿电流指令；步骤3，补偿电流指令通过环网依次传递给环网上的所有APF单元；步骤4，各个APF单元根据补偿电流指令产生补偿电流；

当运行从控程序的APF单元出现故障或系统谐波电流增加时，运行主控程序的APF单元通过改变补偿电流指令使各个APF单元增大补偿电流的方式实现电网谐波的全补偿；当运行主控程序的APF单元出现故障时，在其它APF单元中选取一台并调用其DSP模块中的主控程序以继续协同运行。

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