CN110011311A - 一种谐波控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种谐波控制装置，包括谐波检测单元、DSP计算单元、中央控制单元和滤波执行单元，所述谐波检测单元、DSP计算单元、中央控制单元、滤波执行单元依次连接，所述谐波检测单元用于实时检测负载电流，所述DSP计算单元用于计算提取出负载电流中的谐波成分并向所述中央控制单元发送相应的滤波控制信号，所述滤波执行单元在所述中央控制单元的控制下对负载电流中的谐波进行滤波处理。本发明通过电流传感器检测负载电流，经DSP计算，提取出负载电流中的谐波成分，再通过PWM信号发送给内部IGBT，然后控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。
Description
技术领域
本发明属于电力电子设备技术领域，具体涉及一种谐波控制装置。
背景技术
谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。当电流流经非线性负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。向公用电网注入谐波电流或在公用电网上产生谐波电压的电气设备被称为谐波源。谐波源的来源很复杂，但主要来自于具有非线性特性的电气设备，如变频调速装置、整流设备、电子控制照明装备和磁性铁芯设备等。目前，应用最广泛的整流电路都是由晶闸管或二极管组成。其中，以三相桥式和单相桥式最为普遍。直流侧采用电容滤波的二极管整流电路就是一个典型的谐波源。由于其输入电流的谐波成分非常大，会给电网带来严重污染。变频器中的谐波干扰也尤为突出。变频器工作时，输出电流的谐波电流会对电源产生干扰。
中国专利授权公开号CN201520907077.7，公开了谐波滤波器，其包括谐波滤波器本体，该谐波滤波器设置有一个用于将谐波滤波器本体安装于承载体的外壳，所述谐波滤波器本体内置有变频器模块、电容器模块、电抗器模块，所述外壳设置有用于实现电抗器模块、电容器模块散热的风机模块，其中，所述电容器模块中的电容与电抗器模块的电抗器构成滤波单元。本实用新型的有益效果是：本实用新型滤波器外形便携安装更方便可靠，改变了之前分体式安装不便的缺陷；风机模块的投入，可以实现电抗器电容器的有效散热；变频模块的投入，可以有效的使滤波器与变频器实现单元一体化的功能。但是，该方案都是由电容器、电抗器和电阻器按照一定的算法组合而成，能消除特定的几次谐波，不能满足实际需求，不能根据谐波检测的结果进行实时、有针对性的补偿。
因此，需要能够根据谐波检测的结果进行实时、有针对性的补偿的一种谐波控制装置。
发明内容
本发明目的在于提供一种谐波控制装置，通过电流传感器检测负载电流，经DSP计算，提取出负载电流中的谐波成分，再通过PWM信号发送给内部IGBT，然后控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种谐波控制装置，包括谐波检测单元、DSP计算单元、中央控制单元和滤波执行单元，所述谐波检测单元、DSP计算单元、中央控制单元、滤波执行单元依次连接，所述谐波检测单元用于实时检测负载电流，所述DSP计算单元用于计算提取出负载电流中的谐波成分并向所述中央控制单元发送相应的滤波控制信号，所述滤波执行单元在所述中央控制单元的控制下对负载电流中的谐波进行滤波处理；
还包括工作状态检测单元，所述工作状态检测单元与所述中央控制单元连接，用于检测谐波控制装置的工作状态；还包括工作状态指示单元，所述工作状态指示单元包括正常状态指示灯、待机状态指示灯和故障状态指示灯，所述正常状态指示灯、待机状态指示灯和故障状态指示灯均与所述工作状态检测单元连接；
还包括启停控制单元，所述启停控制单元与所述中央控制单元连接，用于手动开关谐波控制装置；
还包括菜单选择单元，所述菜单选择单元与所述中央控制单元连接，用于手动选择相应的菜单选项；
还包括数据显示单元，所述数据显示单元与所述中央控制单元连接，用于显示与菜单选项对应的参数信息；
所述谐波检测单元包括电流传感器、信号调理电路和串联超前补偿电路，所述电流传感器用于对负载电流进行采样，所述信号调理电路包括放大电路和二阶抗混叠低通滤波器，所述电流传感器、放大电路、二阶抗混叠低通滤波器、串联超前补偿电路依次连接，所述信号调理电路用于对所述电流传感器采样信号经过放大和滤波，所述串联超前补偿电路用于对所述二阶抗混叠低通滤波器滤波时产生的延时进行补偿并将补偿后的信号发送至所述DSP计算单元。
优选的，所述DSP计算单元计算负载电流中谐波成分的方法如下：
对采集的负载电流做离散处理，负载电流分别为a相采集电流、b相采集电流和c相采集电流；
构建负载电流的基波有功电流幅值和基波无功电流幅值的计算模型：
其中，XA为采样负载电流的基波有功电流幅值；XB为采样负载电流的基波无功电流幅值；n为采样点的序号；N为一个采样周期内的采样点个数；i为采样负载电流；
通过滑窗迭代方法对采集电网侧的三相电流进行离散傅里叶变换正变换，分别得到三相电流的基波有功电流幅值和基波无功电流幅值：
当采样点的个数小于采样周期内的采样点个数时，三相电流的基波有功电流幅值和基波无功电流幅值的迭代公式：
当采样点的个数大于采样周期内的采样点个数时，三相电流的基波有功电流幅值和基波无功电流幅值的迭代公式：
采用坐标变换计算三相电流的基波有功电流正序分量：
其中，iA为a相基波有功电流正序分量；iB为b相基波有功电流正序分量；iC为c相基波有功电流正序分量；XaA为a相电流的有功幅值；XaB为a相电流的无功幅值；XbA为b相电流的有功幅值；XbB为b相电流的无功幅值；XcA为c相电流的有功幅值；XcB为c相电流的无功幅值；
根据采集的三相电流及基波有功电流正序分量，计算检测的三相谐波电流：
其中，iah为a相的谐波电流；ibh为b相的谐波电流；ich为c相的谐波电流；ia为a相采集电流；ib为b相采集电流；ic为c相采集电流。
优选的，所述二阶抗混叠低通滤波器中，R1和C1、R2和C2分别构成一阶无源滤波电路，二者与运算放大器U1串联构成有源的二阶抗混叠低通滤波器，C1的另一端接运算放大器U1的输出，C2的另一端接地，C3和C4分别接在地和正负15V电源之间。
优选的，所述串联超前补偿电路包括两个电阻元件和一个电容元件，其中，R3和C5并联，前端接信号输入，后端与R4和输出连接，R4的另一端接地。
优选的，所述滤波执行单元为全通滤波器，所述全通滤波器由三个阻值相同的电阻元件、一个放大器和一个电容元件构成，其中，R5一端接信号输入，另一端接运算放大器U2的反相输入端，R6是反馈电阻，接在运算放大器U2的反相输入端和输出端，R7和C6构成一阶无源滤波电路，前端与R5一起接信号输入，后端接运算放大器U2的同相输入端，R7的另一端接地。
优选的，所述二阶抗混叠低通滤波器可替换为N阶抗混叠低通滤波器，其中N为正整数；当电流传感器采集的采样信号经过放大电路放大后传送至N阶抗混叠低通滤波器时，N阶抗混叠低通滤波器可根据该采样信号中混叠分量的大小来自适应选择N；即，采样信号中混叠分量只需采用一阶抗混叠低通滤波器即可将该混叠分量降低为零，则N阶抗混叠低通滤波器自适应调整为一阶抗混叠低通滤波器，当采样信号中混叠分量增加，必须采用二阶抗混叠低通滤波器才可将该混叠分量降低为零，则N阶抗混叠低通滤波器自适应调整为二阶抗混叠低通滤波器，以此类推，随着采样信号中混叠分量的增加，N阶抗混叠低通滤波器的阶数也越高。
优选的，所述二阶抗混叠低通滤波器可替换为可调谐滤波器1，在所述可调谐滤波器中，串联臂谐振器电路S11和S12在连接输入端子22和输出端子23的串联臂中彼此串联连接；在串联臂谐振器电路S11中，电感Lx和Lx串联连接到串联臂谐振器S1两侧；在串联臂谐振器电路单元S12中，电感Lx和Lx串联连接到串联臂谐振器S2两侧；可变电容器C22串联连接到串联臂谐振器电路S11的输入侧；在串联臂谐振器电路S11的输入侧，电容器C11设置在连接串联臂和地电位的第一并联臂中；电感L1设置在连接串联臂谐振器电路S11和S12之间的连接点和地电位的第二并联臂中；可变电容器C33连接到串联臂谐振器电路S12的输出侧；电容器C44连接在输出端子23和地电位之间的第三并联臂上；电容器C11和C44是用于可调滤波器电路之前和之后的阻抗匹配的匹配元件；电感L1是用于串联臂谐振器电路S11和S12之间的阻抗匹配的耦合元件；可变电容器CP1并联连接到串联臂谐振器电路S11；可变电容器CP2并联连接到串联臂谐振器电路S12。
优选的，所述二阶抗混叠低通滤波器可替换为梯型可调谐滤波器61，所述梯型可调谐滤波器61具有输入端子62，输出端子63和连接到地电位的接地端子64；第一体波谐振器65和第二体波谐振器66彼此串联插入连接输入端子62和输出端子63的串联臂中；第一可变电容器CSs1连接在输入端子62和第一体波谐振器65之间；可变电容器CSp1并联连接到第一体波谐振器65；可变电容器CSp2并联连接到第二体波谐振器66；可变电容器CSs2连接在体波谐振器66和输出端子63之间；另一方面，第三体波谐振器67作为并联臂谐振器连接到连接第一体波谐振器65和第二体波谐振器66与接地端子64之间的连接点N的并联臂；可变电容器CPs连接在第三体波谐振器67和第一和第二体波谐振器65和66之间的连接点N之间；而且，可变电容器CPp并联连接到第三体波谐振器67。
本发明的有益技术效果是：(1)本装置通过电流互感器检测负载电流，经DSP计算，提取出负载电流中的谐波成分，再通过PWM信号发送给内部IGBT，然后控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的；可有效降低谐波电流；例如：可增大变压器的有效容量，相应地提高变压器的带载能力，减少扩容所需的投资，可有效降低变压器损耗，提高变压器的安全运行系数和使用寿命，减少对谐波敏感的保护装置和器件等发生误动作的可能性，可起节能降耗的作用，减小了集肤效应、热损、铜损、铁损、磁损，变压器运行噪音也大为降低，符合国家节能减排和可持续发展的要求，可有效抑制谐波电流以满足国标GB/T14549-93对10kV侧供电质量优化的要求，避免因谐波所造成的交流电波形畸变对电网计量具准确性的影响，从而避免被当地供电部门罚款等。
(2)本装置在负载发生变化后的第一个周期内和一个周期后采用不同的方式进行三相电流基波无功电流幅值，通过这种方式再结合基波有功电流正序分量算例求解出的谐波电流，能够在一个采样周期内将电网侧的三相电流调整至稳定状态；在进行谐波电流计算过程中每一步迭代的乘法因子都是常数，同时无需重构锁相环，因此运算量大大减少，从而大幅度提高了系统的相应速率，该方法适用于并联型有源电力滤波系统的谐波电流检测时，可以实现快速响应，并且改善THD(谐波失真)指标，从而实现指定次数谐波的补偿；能实现快速准确地完成谐波电流的检测，计算量小，抗干扰能力强，易于工程应用实现，其能够保证检测速度的同时保证检测精度。
(3)增设一个硬件串联超前补偿电路，用来补偿信号调理电路中的抗混叠模拟滤波器产生的延时，采用滤波执行单元，满足了实时性的要求，大幅度提高谐波控制装置的补偿效果。
附图说明
图1为本发明的一个实施例结构示意图。
图2为本发明的一个实施例操作面板示意图。
图3为本发明的一个实施例LCD显示屏示意图。
图4为本发明的一个实施例主菜单画面示意图。
图5为本发明的一个实施例测量画面示意图。
图6为本发明的一个实施例电网侧电网参数示意图。
图7为本发明的一个实施例电网侧电网谐波含量示意图。
图8为本发明的一个实施例电网侧电网谐波柱状图示意图。
图9为本发明的一个实施例负载侧负载参数示意图。
图10为本发明的一个实施例负载侧负载谐波含量示意图。
图11为本发明的一个实施例负载侧负载谐波柱状图示意图。
图12为本发明的一个实施例APF侧APF参数示意图。
图13为本发明的一个实施例APF侧APF谐波含量示意图。
图14为本发明的一个实施例APF侧APF谐波柱状图示意图。
图15为本发明的一个实施例测量菜单中电流波形示意图。
图16为本发明的一个实施例设定画面菜单示意图。
图17为本发明的一个实施例管理员密码输入画面示意图。
图18为本发明的一个实施例APF设定菜单示意图。
图19为本发明的一个实施例模式设定菜单示意图。
图20为本发明的一个实施例维护菜单画面示意图。
图21为本发明的一个实施例二阶抗混叠低通滤波器电路示意图。
图22为本发明的一个实施例串联超前补偿电路示意图。
图23为本发明的一个实施例全通滤波器电路示意图。
图24为本发明的一个实施例可调谐滤波器电路示意图。
图25为本发明的一个实施例梯型可调谐滤波器示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1-25，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1所示，一种谐波控制装置，包括谐波检测单元、DSP计算单元、中央控制单元和滤波执行单元，所述谐波检测单元、DSP计算单元、中央控制单元、滤波执行单元依次连接，所述谐波检测单元用于实时检测负载电流，所述DSP计算单元用于计算提取出负载电流中的谐波成分并向所述中央控制单元发送相应的滤波控制信号，所述滤波执行单元在所述中央控制单元的控制下对负载电流中的谐波进行滤波处理；
还包括工作状态检测单元，所述工作状态检测单元与所述中央控制单元连接，用于检测谐波控制装置的工作状态；还包括工作状态指示单元，所述工作状态指示单元包括正常状态指示灯、待机状态指示灯和故障状态指示灯，所述正常状态指示灯、待机状态指示灯和故障状态指示灯均与所述工作状态检测单元连接；
还包括启停控制单元，所述启停控制单元与所述中央控制单元连接，用于手动开关谐波控制装置；
还包括菜单选择单元，所述菜单选择单元与所述中央控制单元连接，用于手动选择相应的菜单选项；
还包括数据显示单元，所述数据显示单元与所述中央控制单元连接，用于显示与菜单选项对应的参数信息；
所述谐波检测单元包括电流传感器、信号调理电路和串联超前补偿电路，所述电流传感器用于对负载电流进行采样，所述信号调理电路包括放大电路和二阶抗混叠低通滤波器，所述电流传感器、放大电路、二阶抗混叠低通滤波器、串联超前补偿电路依次连接，所述信号调理电路用于对所述电流传感器采样信号经过放大和滤波，所述串联超前补偿电路用于对所述二阶抗混叠低通滤波器滤波时产生的延时进行补偿并将补偿后的信号发送至所述DSP计算单元。
其中，如图2所示，谐波控制装置的壳体上设置有一个操作面板，该操作面板设置有：绿色的NORMAL指示灯，该NORMAL指示灯亮时表示谐波控制装置正常工作；黄色的STANDBY指示灯，该STANDBY指示灯亮时表示谐波控制装置处于待机状态；红色的FAULT指示灯，该FAULT指示灯亮时表示谐波控制装置有故障发生；LCD显示屏，该LCD显示屏可现实中文字型和英文字型；ON/OFF键，ON键用于谐波控制装置开机，OFF键用于谐波控制装置关机；UP键，用于向上选择菜单和设定参数增加；DOWN键，用于向下选择菜单和设定参数减少；EAC键，用于返回上一层菜单和设定参数退出时是否要保存；ENTER键，用于进入下一层画面和参数设定确定。
如图3所示，LCD显示屏的显示画面包括：主菜单区域，用来显示菜单标题；内容区域，用来显示相对应标题的内容；故障信息区域，用来显示实时故障信息；时间区域，用来显示实时时间；功能区域，用来显示谐波控制装置的功能(例如补偿器、谐波源等)；接线方式区域，用来显示谐波控制装置的接线方式(例如三相三线、三相四线等)；运行状态区域，用来显示谐波控制装置的运行状态(例如运行、停止等)。
如图4所示，主菜单画面有：测量画面、设定画面、维护画面三个菜单选项。
在主菜单画面中，用UP键和DOWN键选中测量画面后，ENTER键进入测量画面；如图5所示，测量画面有：电网侧、负载侧、APF侧、电流波形四个菜单选项；在测量菜单画面中，用UP键和DOWN键选择欲进入的画面，用ENTER键进入，若要离开测量菜单，按EAC键，则会返回到主菜单画面。
在测量菜单中，用UP键和DOWN键选择电网侧后，按ENTER键进入电网侧参数画面，进入电网侧参数画面后，用UP键和DOWN键查看电网侧参数，如图6、图7和图8所示，电网侧参数有：电网参数、电网谐波含量、电网谐波柱状图。
在测量菜单中，用UP键和DOWN键选择负载侧后，按ENTER键进入负载侧参数画面，进入电网侧参数画面后，用UP键和DOWN键查看负载侧参数，如图9、图10和图11所示，负载侧参数有：负载参数、负载谐波含量、负载谐波柱状图。
在测量菜单中，用UP键和DOWN键选择APF侧后，按ENTER键进入APF侧参数画面，进入APF侧参数画面后，用UP键和DOWN键查看APF侧参数，如图12、图13和图14所示，APF侧参数有：APF参数、APF谐波含量、APF谐波柱状图。
在测量菜单中，用UP键和DOWN键选择电流波形后，按ENTER键进入电流波形画面，进入电流波形画面后，用UP键和DOWN键查看APF侧和负载侧的三相电流波形，如图15所示。
在主菜单画面中，用UP键和DOWN键选中设定画面后，ENTER键进入设定画面；如图16所示，设定画面有：APF设定、用户设定、通信设定，若要离开设定菜单，按EAC键，则会返回到主菜单画面。
以APF设定为例，APF设定需要输入管理员密码才可以进入设定画面，需要更改任何设定需联系管理员；管理员密码输入画面如图17所示，若要离开密码输入画面，按EAC键，则会返回到设定画面。APF设定包括：模式设定、补偿设定、优先设定、CT设定、系统设定五个菜单选项，如图18所示，模式设定、补偿设定、优先设定在RUN和STANDBY状态下都可以设定的，CT设定、系统设定只有在STANDBY状态下才能设定。若要离开APF设定画面，按EAC键，则会返回到设定菜单画面。在APF设定菜单画面中，用UP键和DOWN键选择模式设定后，按ENTER键进入模式设定画面，进入模式设定画面后，用UP键和DOWN键查看想要的设定模式，然后用ENTER键选择确定，如图19所示。同样的，补偿设定、优先设定、CT设定和系统设定的设定方式均与模式设定方式相同。其中，补偿设定包括谐波次数、无功、不平衡选项；谐波次数、无功、不平衡使能；谐波次数、无功、不平衡幅值；谐波次数相角等功能设定。CT设定包括方向、变比两种设定。系统设定包括软启时间、掉电重启时间、远程控制、自启动、模块数量、模块功能、系统百分比、无源电容器电流、降容系数等设定。
维护菜单画面需要输入管理员密码才可以进入，需要查看和更改任何设定需联系管理员在主菜单画面中，用UP键和DOWN键选中维护画面后，ENTER键进入维护画面；如图20所示，维护画面有：系统信息、模块信息、事件记录、清除历史事件、密码更换五个菜单选项，若要离开维护菜单，按EAC键，则会返回到主菜单画面。其中，系统信息包括模块名、系统名、系统序列号、连接的模块数量、累计运行时间、出厂时间、软件版本(可以查看每个模块的版本信息)、产品信息等；模块信息包括母线电压、温度、各个模块输出的谐波等信息；事件信息为整个系统的事件记录；清除历史事件包括清除事件记录和清除累计运行时间；密码更换用于更新密码。
在本实施例中优选的，所述DSP计算单元计算负载电流中谐波成分的方法如下：
对采集的负载电流做离散处理，负载电流分别为a相采集电流、b相采集电流和c相采集电流；
构建负载电流的基波有功电流幅值和基波无功电流幅值的计算模型：
其中，XA为采样负载电流的基波有功电流幅值；XB为采样负载电流的基波无功电流幅值；n为采样点的序号；N为一个采样周期内的采样点个数；i为采样负载电流；
通过滑窗迭代方法对采集电网侧的三相电流进行离散傅里叶变换正变换，分别得到三相电流的基波有功电流幅值和基波无功电流幅值：
当采样点的个数小于采样周期内的采样点个数时，三相电流的基波有功电流幅值和基波无功电流幅值的迭代公式：
当采样点的个数大于采样周期内的采样点个数时，三相电流的基波有功电流幅值和基波无功电流幅值的迭代公式：
采用坐标变换计算三相电流的基波有功电流正序分量：
其中，iA为a相基波有功电流正序分量；iB为b相基波有功电流正序分量；iC为c相基波有功电流正序分量；XaA为a相电流的有功幅值；XaB为a相电流的无功幅值；XbA为b相电流的有功幅值；XbB为b相电流的无功幅值；XcA为c相电流的有功幅值；XcB为c相电流的无功幅值；
根据采集的三相电流及基波有功电流正序分量，计算检测的三相谐波电流：
其中，iah为a相的谐波电流；ibh为b相的谐波电流；ich为c相的谐波电流；ia为a相采集电流；ib为b相采集电流；ic为c相采集电流。
在本实施例中优选的，如图21所示，所述二阶抗混叠低通滤波器中，R1和C1、R2和C2分别构成一阶无源滤波电路，二者与运算放大器U1串联构成有源的二阶抗混叠低通滤波器，C1的另一端接运算放大器U1的输出，C2的另一端接地，C3和C4分别接在地和正负15V电源之间。用于滤除干扰信号。
在本实施例中优选的，如图22所示，所述串联超前补偿电路包括两个电阻元件和一个电容元件，其中，R3和C5并联，前端接信号输入，后端与R4和输出连接，R4的另一端接地。用来补偿信号调理电路内的二阶抗混叠低通滤波器在滤波时产生的延时，并将补偿延时后的信号发送至DSP计算单元中。
在本实施例中优选的，如图23所示，所述滤波执行单元为全通滤波器，所述全通滤波器由三个阻值相同的电阻元件、一个放大器和一个电容元件构成，其中，R5一端接信号输入，另一端接运算放大器U2的反相输入端，R6是反馈电阻，接在运算放大器U2的反相输入端和输出端，R7和C6构成一阶无源滤波电路，前端与R5一起接信号输入，后端接运算放大器U2的同相输入端，R7的另一端接地。
在本实施例中优选的，所述二阶抗混叠低通滤波器可替换为N阶抗混叠低通滤波器，其中N为正整数；当电流传感器采集的采样信号经过放大电路放大后传送至N阶抗混叠低通滤波器时，N阶抗混叠低通滤波器可根据该采样信号中混叠分量的大小来自适应选择N；即，采样信号中混叠分量只需采用一阶抗混叠低通滤波器即可将该混叠分量降低为零，则N阶抗混叠低通滤波器自适应调整为一阶抗混叠低通滤波器，当采样信号中混叠分量增加，必须采用二阶抗混叠低通滤波器才可将该混叠分量降低为零，则N阶抗混叠低通滤波器自适应调整为二阶抗混叠低通滤波器，以此类推，随着采样信号中混叠分量的增加，N阶抗混叠低通滤波器的阶数也越高。
如图24所示，所述二阶抗混叠低通滤波器可替换为可调谐滤波器1，在所述可调谐滤波器中，串联臂谐振器电路S11和S12在连接输入端子22和输出端子23的串联臂中彼此串联连接；在串联臂谐振器电路S11中，电感Lx和Lx串联连接到串联臂谐振器S1两侧；在串联臂谐振器电路单元S12中，电感Lx和Lx串联连接到串联臂谐振器S2两侧；可变电容器C22串联连接到串联臂谐振器电路S11的输入侧；在串联臂谐振器电路S11的输入侧，电容器C11设置在连接串联臂和地电位的第一并联臂中；电感L1设置在连接串联臂谐振器电路S11和S12之间的连接点和地电位的第二并联臂中；可变电容器C33连接到串联臂谐振器电路S12的输出侧；电容器C44连接在输出端子23和地电位之间的第三并联臂上；电容器C11和C44是用于可调滤波器电路之前和之后的阻抗匹配的匹配元件；电感L1是用于串联臂谐振器电路S11和S12之间的阻抗匹配的耦合元件；在本实施例中，匹配元件是电容器，耦合元件是电感，但是，耦合元件可以是电容器。
此外，可变电容器CP1并联连接到串联臂谐振器电路单元S11。可变电容器CP2并联连接到串联臂谐振器电路单元S12。
也就是说，串联连接到串联臂谐振器电路S11和S12的可变电容器C2和C3是本发明中的第一可变电容器。与串联臂谐振器电路S11和S12并联连接的可变电容器CP1和CP2是本发明中的第二可变电容器。在本实施例中，第一可变电容器C2和C3以及第二可变电容器CP1和CP2分别连接到所有串联臂谐振器电路S11和S12。
在本发明中，第一可变电容器和第二可变电容器可以连接到至少一个串联臂谐振器电路部分。另外，在本实施方式中，设置了上述串联臂谐振电路部S11，S12，但也可以在并联臂上设置相同的谐振电路部。也就是说，并联臂可以设置有谐振器电路单元，其中带宽扩展电感与并联臂谐振器串联连接。此外，谐振器电路部分可以仅配置在并联臂中而不设置在串联臂中。另外，带宽扩展电感可以共同连接到设置在平行臂中的多个谐振器。通过以这种方式连接，可以减少带宽扩展电感的数量。这里，并联臂具有连接串联臂和地电位的电路单元，并且在图1中，电容器C1和电容器C4设置在并联臂上，但是设置电容器C1和C4。并联臂可以以与所提供的配置相同的方式配置，并且谐振器电路部分可以设置在并联臂上。
在本实施例中，串联臂谐振器S1和S2是表面声波谐振器。
在本实施例的可调谐滤波器1中，由于串联臂谐振器S1和S2是嵌入电极型的表面声波谐振器，所以可以增加表面声波谐振器的机电耦合系数k2。允许增加分数带宽。另外，由于形成SiO2膜，所以可以降低频率温度系数TCF的绝对值，并且可以减小由于温度变化引起的特性变化。
如图25所示，本实施例的梯型可调谐滤波器61具有输入端子62，输出端子63和连接到地电位的接地端子64。第一体波谐振器65和第二体波谐振器66彼此串联插入连接输入端子62和输出端子63的串联臂中。第一可变电容器CSs1连接在输入端子62和第一体波谐振器65之间。可变电容器CSp1并联连接到第一体波谐振器65。
可变电容器CSp2并联连接到第二体波谐振器66。可变电容器CSs2连接在体波谐振器66和输出端子63之间。另一方面，第三体波谐振器67作为并联臂谐振器连接到连接第一和第二体波谐振器65和66与接地端子64之间的连接点N的并联臂。
可变电容器CPs连接在第三体波谐振器67和第一体波谐振器65和第二体波谐振器66之间的连接点N之间。而且，可变电容器CPp并联连接到第三体波谐振器67。在本实施例的可调谐滤波器61中，可以通过调节可变电容器CSs1，CSs2，CSp1，CSp2，CPs和CPp的电容来调整通带的频率位置。
体波谐振器65至67利用由于激励压电薄膜或压电薄板产生的体波引起的谐振。
体波谐振器的振动模式包括厚度剪切振动和厚度纵向振动。可以根据要使用的振动模式适当地调节激励电极的尺寸。
如在本实施例中，在本发明的可调谐滤波器中，体波谐振器可以用作串联臂谐振器和并联臂谐振器。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系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，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的限制。
Claims (8)
1.一种谐波控制装置，其特征在于，包括谐波检测单元、DSP计算单元、中央控制单元和滤波执行单元，所述谐波检测单元、DSP计算单元、中央控制单元、滤波执行单元依次连接，所述谐波检测单元用于实时检测负载电流，所述DSP计算单元用于计算提取出负载电流中的谐波成分并向所述中央控制单元发送相应的滤波控制信号，所述滤波执行单元在所述中央控制单元的控制下对负载电流中的谐波进行滤波处理；
还包括工作状态检测单元，所述工作状态检测单元与所述中央控制单元连接，用于检测谐波控制装置的工作状态；还包括工作状态指示单元，所述工作状态指示单元包括正常状态指示灯、待机状态指示灯和故障状态指示灯，所述正常状态指示灯、待机状态指示灯和故障状态指示灯均与所述工作状态检测单元连接；
还包括启停控制单元，所述启停控制单元与所述中央控制单元连接，用于手动开关谐波控制装置；
还包括菜单选择单元，所述菜单选择单元与所述中央控制单元连接，用于手动选择相应的菜单选项；
还包括数据显示单元，所述数据显示单元与所述中央控制单元连接，用于显示与菜单选项对应的参数信息；
所述谐波检测单元包括电流传感器、信号调理电路和串联超前补偿电路，所述电流传感器用于对负载电流进行采样，所述信号调理电路包括放大电路和二阶抗混叠低通滤波器，所述电流传感器、放大电路、二阶抗混叠低通滤波器、串联超前补偿电路依次连接，所述信号调理电路用于对所述电流传感器采样信号经过放大和滤波，所述串联超前补偿电路用于对所述二阶抗混叠低通滤波器滤波时产生的延时进行补偿并将补偿后的信号发送至所述DSP计算单元。
2.根据权利要求1所述的一种谐波控制装置，其特征在于，所述DSP计算单元计算负载电流中谐波成分的方法如下：
对采集的负载电流做离散处理，负载电流分别为a相采集电流、b相采集电流和c相采集电流；
构建负载电流的基波有功电流幅值和基波无功电流幅值的计算模型：
其中，XA为采样负载电流的基波有功电流幅值；XB为采样负载电流的基波无功电流幅值；n为采样点的序号；N为一个采样周期内的采样点个数；i为采样负载电流；
通过滑窗迭代方法对采集电网侧的三相电流进行离散傅里叶变换正变换，分别得到三相电流的基波有功电流幅值和基波无功电流幅值：
当采样点的个数小于采样周期内的采样点个数时，三相电流的基波有功电流幅值和基波无功电流幅值的迭代公式：
当采样点的个数大于采样周期内的采样点个数时，三相电流的基波有功电流幅值和基波无功电流幅值的迭代公式：
采用坐标变换计算三相电流的基波有功电流正序分量：
其中，iA为a相基波有功电流正序分量；iB为b相基波有功电流正序分量；iC为c相基波有功电流正序分量；XaA为a相电流的有功幅值；XaB为a相电流的无功幅值；XbA为b相电流的有功幅值；XbB为b相电流的无功幅值；XcA为c相电流的有功幅值；XcB为c相电流的无功幅值；
根据采集的三相电流及基波有功电流正序分量，计算检测的三相谐波电流：
其中，iah为a相的谐波电流；ibh为b相的谐波电流；ich为c相的谐波电流；ia为a相采集电流；ib为b相采集电流；ic为c相采集电流。
3.根据权利要求1所述的一种谐波控制装置，其特征在于，所述二阶抗混叠低通滤波器中，R1和C1、R2和C2分别构成一阶无源滤波电路，二者与运算放大器U1串联构成有源的二阶抗混叠低通滤波器，C1的另一端接运算放大器U1的输出，C2的另一端接地，C3和C4分别接在地和正负15V电源之间。
4.根据权利要求1所述的一种谐波控制装置，其特征在于，所述串联超前补偿电路包括两个电阻元件和一个电容元件，其中，R3和C5并联，前端接信号输入，后端与R4和输出连接，R4的另一端接地。
5.根据权利要求1所述的一种谐波控制装置，其特征在于，所述滤波执行单元为全通滤波器，所述全通滤波器由三个阻值相同的电阻元件、一个放大器和一个电容元件构成，其中，R5一端接信号输入，另一端接运算放大器U2的反相输入端，R6是反馈电阻，接在运算放大器U2的反相输入端和输出端，R7和C6构成一阶无源滤波电路，前端与R5一起接信号输入，后端接运算放大器U2的同相输入端，R7的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种谐波控制装置，其特征在于，所述二阶抗混叠低通滤波器可替换为N阶抗混叠低通滤波器，其中N为正整数；当电流传感器采集的采样信号经过放大电路放大后传送至N阶抗混叠低通滤波器时，N阶抗混叠低通滤波器可根据该采样信号中混叠分量的大小来自适应选择N；即，采样信号中混叠分量只需采用一阶抗混叠低通滤波器即可将该混叠分量降低为零，则N阶抗混叠低通滤波器自适应调整为一阶抗混叠低通滤波器，当采样信号中混叠分量增加，必须采用二阶抗混叠低通滤波器才可将该混叠分量降低为零，则N阶抗混叠低通滤波器自适应调整为二阶抗混叠低通滤波器，以此类推，随着采样信号中混叠分量的增加，N阶抗混叠低通滤波器的阶数也越高。
7.根据权利要求1所述的一种谐波控制装置，其特征在于，所述二阶抗混叠低通滤波器可替换为可调谐滤波器(1)，在所述可调谐滤波器(1)中，串联臂谐振器电路S11和S12在连接输入端子(22)和输出端子(23)的串联臂中彼此串联连接；在串联臂谐振器电路S11中，电感Lx和Lx串联连接到串联臂谐振器S1两侧；在串联臂谐振器电路单元S12中，电感Lx和Lx串联连接到串联臂谐振器S2两侧；可变电容器C22串联连接到串联臂谐振器电路S11的输入侧；在串联臂谐振器电路S11的输入侧，电容器C11设置在连接串联臂和地电位的第一并联臂中；电感L1设置在连接串联臂谐振器电路S11和S12之间的连接点和地电位的第二并联臂中；可变电容器C33连接到串联臂谐振器电路S12的输出侧；电容器C44连接在输出端子(23)和地电位之间的第三并联臂上；电容器C11和C44是用于可调滤波器电路之前和之后的阻抗匹配的匹配元件；电感L1是用于串联臂谐振器电路S11和S12之间的阻抗匹配的耦合元件；可变电容器CP1并联连接到串联臂谐振器电路S11；可变电容器CP2并联连接到串联臂谐振器电路S12。
8.根据权利要求1所述的一种谐波控制装置，其特征在于，所述二阶抗混叠低通滤波器可替换为梯型可调谐滤波器(61)，所述梯型可调谐滤波器(61)具有输入端子(62)，输出端子(63)和连接到地电位的接地端子(64)；第一体波谐振器(65)和第二体波谐振器(66)彼此串联插入连接输入端子(62)和输出端子(63)的串联臂中；第一可变电容器CSs1连接在输入端子(62)和第一体波谐振器(65)之间；可变电容器CSp1并联连接到第一体波谐振器(65)；可变电容器CSp2并联连接到第二体波谐振器(66)；可变电容器CSs2连接在体波谐振器(66)和输出端子(63)之间；另一方面，第三体波谐振器(67)作为并联臂谐振器连接到连接第一体波谐振器(65)和第二体波谐振器(66)与接地端子(64)之间的连接点N的并联臂；可变电容器CPs连接在第三体波谐振器(67)和第一和第二体波谐振器(65)和(66)之间的连接点N之间；而且，可变电容器CPp并联连接到第三体波谐振器(67)。
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2019
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