CN202159977U - 一种基于多dsp控制的模块化有源滤波装置 - Google Patents

Abstract

一种基于多DSP控制的模块化有源滤波装置。包括电压互感器，电流互感器，三相IGBT逆变桥，A/D转换模块，处理器，驱动模块，通过采集电网侧电压电流信号，经A/D转换模块转换为数字信号后传送至处理器分离出谐波分量，并根据谐波分量的比较值生成PWM脉宽信号，通过驱动模块实现对三相IGBT逆变桥通断，动态产生反向谐波，消除谐波对电网测信号的干扰。

Description

一种基于多DSP控制的模块化有源滤波装置

技术领域

本实用新型涉及一种有源滤波装置，特别涉及一种由多DSP控制的有源滤波装置。

背景技术

随着电力电子器件如整流装置、开关电源、逆变器及变频器等非线性负载的的广泛使用，其产生的谐波电流使电网基波电流就发生了畸变产生了谐波。谐波会诱发电网谐振造成谐波过电压和过电流引起严重事故，谐波还会对各类电器装置产生严重干扰，降低使用寿命并会导致装置误动作，谐波导致线路电阻增大，线线损加大，发热增加，使绝缘过早老化，极易发生接地短路故障引起火灾等。根据非线性负载的应用不同，会产生各次谐波，这对于传统模式上的无源谐波治理带来了空前的挑战。

目前，我国国内的各级配电网及厂矿企业仍采用传统的无源滤波装置，进行电能质量的治理和改善。但无源型滤波装置是由电容器、电抗器和电阻适当组合而成，其基本原理是利用电路谐振的特点，形成某次或某些次谐波的低阻抗通道以实现滤除某此谐波的功能。通常意义上讲每一种频率的谐波需要使用一组无源滤波器，不仅占地面积大同时由于无源滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至产生谐振现象。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种有源滤波装置，用于动态跟踪补偿各次谐波量，以降低闪变和降低电网谐波畸变。

本实用新型的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置，包括传感器，A/D转换模块，处理器，驱动模块，三相IGBT逆变桥，传感器采集电网侧电压电流信号，经A/D转换模块转换为数字信号后传送至处理器分离出谐波分量，并根据谐波分量的比较值生成PWM脉宽信号，通过驱动模块实现对三相IGBT逆变桥通断的控制。

本实用新型的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置，还包括A相电流传感器，B相电流传感器，C相电流传感器，电抗器，将采集的电路数出侧电流、电压信号经A/D转换模块转换为数字信号后传送至处理器分离出谐波分量，并根据与电网侧谐波分量的比较值生成PWM脉宽信号，通过驱动模块实现对三相IGBT逆变桥通断的控制。

本实用新型的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置，还包括A相电压互感器，B相电压互感器，C相电压互感器，用来检测电网侧的电压变化信号。

本实用新型的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置，还包括A相电流互感器，B相电流互感器，C相电流互感器，用来检测电网侧的电流变化信号。

本实用新型的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置，还包括直流电容器组，通过控制三相IGBT逆变桥的通断，将直流侧电容器组的直流电压逆变成需要的各次谐波的反向电流谐波量。

本实用新型的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置，还包括电抗器，滤波器，用来滤除三相IGBT逆变桥的通断产生的高次谐波。

本实用新型的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置，还包括显示模块，驱动模块将采集得到的电网侧和输出侧的电流电压信号、各保护状态以及各模块开关、启停动作等送至显示模块。

直流电容器组包括A相第一电容与A相第二电容，A相电感线圈，B相第一电容与B相第二电容，B相电感线圈，C相第一电容与C相第二电容，C相电感线圈；A相第一电容与A相第二电容串联接地，B相第一电容与B相第二电容串联接地，C相第一电容与C相第二电容串联接地；A相电感线圈与A相第二电容并联，B相电感线圈与B相第二电容并联，C相电感线圈与C相第二电容并联。

本实施例不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点。

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例中采集控制电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中补偿电流发生电路的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置包括补偿电流发生电路和采集控制电路。

如图1所示，采集控制电路包括传感器209，A/D转换模块203，显示模块207，处理器201和驱动模块205。传感器209包括A相电压互感器V3，B相电压互感器V2，C相电压互感器V1，和A相电流互感器1LHa，B相电流互感器1LHb，C相电流互感器1LHc，将采集到的电流和电压变化信号传递给A/D转换模块203，A/D转换模块203将模拟信号转换为数字信号，传递给处理器201。

处理器201由多个DSP和存储器组成，DSP选取TMS系列数字运算处理芯片，该CPU为32位浮点型，其主频225MHz，指令周期在4-6ns实现了数据处理的高速度及高精度，芯片内部采用哈佛总线结构运算功能强大。芯片采用多DSP分工合作的控制方式，有效提高单个部分的工作效率，各部分之间采用令牌型总线拓扑结构，保持极高的总线占用率。同时，总线上我们采用快速双口RAM做为存储芯片，最大读写周期在4ns以内，并可实现同时的双边读写功能，缩短了数据读写周期实现了数据传输的无滞后性。处理器201的这种电路结构保证了整体装置的谐波治理响应时间大大的缩小在10ms以内。

处理器201经过傅里叶分解得到电网波形的有功分量和无功分量及谐波分量，将谐波分量和本实用新型的有源滤波装置输出电流进行滞环比较，生成控制补偿电流发生电路中IGBT通断的PWM脉宽信号传送至驱动模块205。

驱动模块205由CPLD(Complex Programmable Logic Device复杂可编程逻辑器件)组成，具有丰富的接口和信号驱动能力。根据PWM脉宽信号实现对补偿电流发生电路的控制。同时通过总线拓扑结构，利用驱动模块205丰富的接口将采集得到的电网侧和输出侧的电流电压信号、各保护状态以及各模块开关、启停动作(即开入开出状态)等送至显示模块207。

如图2所示，补偿电流发生电路由直流电容器组101，三相IGBT逆变桥103，电抗器105，滤波器107和隔离开关KM2依次串联组成。补偿电流发生电路输出侧连接有A相电流传感器3LHa，B相电流传感器3LHb，C相电流传感器3LHc，传感器将电流信号传送至A/D转换模块203，电抗器105将电压变化信号传送至A/D转换模块203。

直流电容器组101包括A相第一电容C01与A相第二电容C02，A相电感线圈L01，B相第一电容C03与B相第二电容C04，B相电感线圈L02，C相第一电容C05与C相第二电容C06，C相电感线圈L03；A相第一电容C01与A相第二电容C02串联接地，B相第一电容C03与B相第二电容C04串联接地，C相第一电容C05与C相第二电容C06串联接地；A相电感线圈L01与A相第二电容C02并联，B相电感线圈L02与B相第二电容C04并联，C相电感线圈L03与C相第二电容C06并联。三条串联电路共接地点。

在装置并网前，利用整流装置将电网侧交流电压进行整流，将与三相IGBT逆变桥103直流侧相连的直流电容器组101的电压升高至所需要的值，然后断开整流装置，隔离开关KM2合闸，装置进入并网运行的状态。装置并网运行后，通过电网侧的A相电压互感器V3，B相电压互感器V2，C相电压互感器V1，和A相电流互感器1LHa，B相电流互感器1LHb，C相电流互感器1LHc，将采集到的电流和电压变化信号传递给A/D转换模块203，A/D转换模块203将模拟信号转换为数字信号，传递给处理器201。经过处理器201中DSP进行傅里叶分解得到有功分量和无功分量及谐波分量，采集到的电网波形除去有功分量和无功分量得到所需要的谐波分量。然后将谐波分量与A相电流传感器3LHa，B相电流传感器3LHb，C相电流传感器3LHc采集的电流信号进行滞环比较，生成控制IGBT通断的PWM脉宽信号，传送至驱动模块205实现对IGBT通断的控制。脉宽信号通过控制功率模块的通断，将直流侧电容器组101的直流电压逆变成需要的各次谐波的反向电流谐波量，再经过电抗器105和滤波器107将IGBT产生的高次谐波量滤除，从而得到我们所需的纯谐波量送至电网侧，达到治理电网谐波的目的。主回路工作的同时，我们通过总线拓扑结构，将采集得到的电网侧和输出侧的电流电压信号、各保护状态以及各模块开关动作(即开入开出状态)等通过驱动模块205送至显示模块207。

本实用新型的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置采用了多DSP模块化控制，采用总线拓扑结构进行数据传递达到了最大程度的数据分享与计算控制，从而实现了真正意义上的有源滤波动态跟踪。此外，各保护单元虽然不参与主电路的运算和逆变控制，但对装置的自身运行参数、运行状态和系统相关参数进行了采集和监督并将实时监测结果通过光纤传输送至人机界面显示，以便控制人员对现场运行状况的数据进行浏览和控制工作。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于多DSP控制的模块化有源滤波装置，包括传感器(209)，A/D转换模块(203)，处理器(201)，驱动模块(205)，三相IGBT逆变桥(103)，其特征在于：传感器(209)采集电网侧电压电流信号，经A/D转换模块(203)转换为数字信号后传送至处理器(201)分离出谐波分量，并根据谐波分量的比较值生成PWM脉宽信号，通过驱动模块(205)实现对三相IGBT逆变桥(103)通断的控制。

2.如权利要求1所述的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置，其特征在于：包括A相电流传感器(3LHa)，B相电流传感器(3LHb)，C相电流传感器(3LHc)，电抗器(105)，将采集的电路输出侧电流、电压信号经A/D转换模块(203)转换为数字信号后传送至处理器(201)分离出谐波分量，并根据与电网侧谐波分量的比较值生成PWM脉宽信号，通过驱动模块(205)实现对三相IGBT逆变桥(103)通断的控制。

3.如权利要求2所述的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置，其特征在于：包括A相电压互感器(V3)，B相电压互感器(V2)，C相电压互感器(V1)，用来检测电网侧的电压变化信号。

4.如权利要求3所述的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置，其特征在于：包括A相电流互感器(1LHa)，B相电流互感器(1LHb)，C相电流互感器(1LHc)，用来检测电网侧的电流变化信号。

5.如权利要求4所述的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置，其特征在于：包括直流电容器组(101)，通过控制三相IGBT逆变桥(103)的通断，将直流侧电容器组(101)的直流电压逆变成需要的各次谐波的反向电流谐波量。

6.如权利要求5所述的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置，其特征在于：包括电抗器(105)，滤波器(107)，用来滤除三相IGBT逆变桥(103)的通断产生的高次谐波。

7.如权利要求6所述的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置，其特征在于：包括显示模块(207)，驱动模块(205)将采集得到的电网侧和输出侧的电流电压信号、各保护状态以及各模块开关、启停动作等送至显示模块(207)。

8.如权利要求7所述的基于多DSP控制的模块化有源滤波装置，其特征在于：直流电容器组(101)包括A相第一电容(C01)与A相第二电容(C02)，A相电感线圈(L01)，B相第一电容(C03)与B相第二电容(C04)，B相电感线圈(L02)，C相第一电容(C05)与C相第二电容(C06)，C相电感线圈(L03)；A相第一电容(C01)与A相第二电容(C02)串联接地，B相第一电容(C03)与B相第二电容(C04)串联接地，C相第一电容(C05)与C相第二电容(C06)串联接地；A相电感线圈(L01)与A相第二电容(C02)并联，B相电感线圈(L02)与B相第二电容(C04)并联，C相电感线圈(L03)与C相第二电容(C06)并联。

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