CN204012709U - 有源电力滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种有源电力滤波器，涉及减少电力谐波或波纹的装置技术领域，包括补偿电流产生模块、过零检测模块、电流跟踪控制电路以及开关驱动电路。所述电力滤波器通过检测被补偿对象的电流瞬时值，经补偿电流产生模块得出谐波补偿电流的指令信号，控制开关驱动电路产生所需要的补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波成份及无功电流相抵消，最终获得期望的电源电流，具有补偿效果好，功耗低的特点。

Description

有源电力滤波器

技术领域

本实用新型涉及减少电力谐波或波纹的装置技术领域，尤其涉及一种响应速度快、工作效率高的有源电力滤波器。

背景技术

近年来，配电网中的电能质量谐波问题日益突出。为解决这一问题，现有技术提出了各种解决方案，其中采用有源电力滤波器(ActivePowerFilter，简称APF)进行补偿的解决方案得到普遍应用。有源电力滤波器的性能主要取决于电力电子开关器件、电路拓扑结构和控制模型。在电力电子开关器件和电路拓扑结构一定的情况下，源滤波器的性能主要取决于控制模型。

常规的控制模型包含积分环节，能够使系统输出无差地跟踪恒定信号，但只能保证参考信号为直流信号时系统无稳态误差。由于有源电力滤波器的参考信号是多个频率叠加在一起的周期性信号，控制模型无法做到对周期性信号的无误差跟踪，因此补偿精度差，即使采用增大比例参数的方法效果也十分有限，而且比例参数的增加还可能破坏系统的稳定性。基于内模原理的重复控制技术虽然很大程度上弥补了补偿精度的问题，但是重复控制技术自身有致命弱点，该控制技术对跟踪误差的控制作用滞后一个基波周期，因此在非线性负载突变动态过程中，输出补偿电流有一个基波周期基本处于失控状态，输出指令出现大幅度波动和畸变，系统的补偿性能变差。线性控制技术(如参考自适应控制、滑模变结构控制、神经网络控制和现代控制理论等)主要依据局部线性化方法，在特定的条件下可以得到良好的控制效果，但由于有源电力滤波器的动态方程是非线性的，因此线性控制技术也存在补偿性能差的缺陷。基于微分几何的非线性系统线性化控制模型虽然可以得到非线性控制规律，但忽略了系统的非线性环节；基于Lyapunov函数的控制模型虽然可以保证系统全局稳定性，但在遇到大的负荷波动干扰时，其状态变量会出现非零稳态误差。

为此，现有技术提出了一种无源性控制(Passivity-basedController，简称PBC)方法，主要用于直流侧电容电压和谐波电流的渐近跟踪。虽然上述各种无源性控制方法从不同角度改善了有源电力滤波器的性能，但均存在不能同时保证负载波动时的稳定性和系统控制规律与平衡点之间的协调。负载波动时的稳定性是指设计控制器时假定负载不变，当负载发生变化时，容易产生电流畸变，甚至使系统不稳定，从而使无源性控制等非线性方法的应用范围受到很大限制。系统控制规律与平衡点之间的协调是指求解控制规律时，模型方程出现一个冗余方程，对实际系统进行控制时，不能保证满足冗余方程的约束，使系统出现稳态偏差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种有源电力滤波器，所述滤波器具有具有补偿效果好、功耗低、响应速度快、工作效率高以及稳定性高的特点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种有源电力滤波器，其特征在于包括：补偿电流产生模块，通过外部的电流检测模块检测非线性负载的电流，该电流经过A/D模块进行信号调理后输入给补偿电流产生模块，补偿电流产生模块根据上述采集到的电流计算出补偿谐波和无功电流；过零检测模块，其输入端与主电路连接，其输出端经锁相环后将电流变换信号传输给补偿电流产生模块；电流跟踪控制电路，其中的一路输入端为D/A模块变换后的补偿谐波和无功电流信号，另一路输出端为主电路的电流信号，电流跟踪控制电路对主电路的电流与补偿谐波和无功电流信号进行滞环比较后输出端给开关驱动电路；开关驱动电路接收来自于电流跟踪控制电路输出的PWM信号并经隔离放大后驱动开关管，将与电流中的谐波成分大小相同方向相反的电流注入到主电路中。

所述补偿电流产生模块的主芯片使用TMS320F2407A。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述电力滤波器通过检测被补偿对象的电流瞬时值，经补偿电流产生模块得出谐波补偿电流的指令信号，控制开关驱动电路产生所需要的补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波成份及无功电流相抵消，最终获得期望的电源电流，具有补偿效果好，功耗低的特点。

此外，所述滤波器可同时滤除2-51次谐波或补偿用户指定次数谐波；采用功能强大的DSP作为处理器，响应时间<300μs，全响应时间＜10ms，响应速度快；可选择特定次数谐波补偿谐波；具有无功及不平衡负载三种补偿模式；>97％工作效率，损耗小，全数字控制方式；三电平逆变电路快速FFT及瞬时无功两种算法模式；模块化设计，系统稳定，可承受-40％-+20％电压波动。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的原理框图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

下面通过具体实施例进行说明。

实施例一

一种有源电力滤波器，包括：补偿电流产生模块，通过外部的电流检测模块检测非线性负载的电流，该电流经过A/D模块进行信号调理后输入给补偿电流产生模块，补偿电流产生模块根据上述采集到的电流计算出补偿谐波和无功电流，其中所述补偿电流产生模块的主芯片使用TMS320F2407A；过零检测模块，其输入端与主电路连接，其输出端经锁相环后将电流变换信号传输给补偿电流产生模块；电流跟踪控制电路，其中的一路输入端为D/A模块变换后的补偿谐波和无功电流信号，另一路输出端为主电路的电流信号，电流跟踪控制电路对主电路的电流与补偿谐波和无功电流信号进行滞环比较后输出端给开关驱动电路；开关驱动电路接收来自于电流跟踪控制电路输出的PWM信号并经隔离放大后驱动开关管，将与电流中的谐波成分大小相同方向相反的电流注入到主电路中。

需要指出的是本实用新型中使用的模块可以与现有技术中的模块是相同的，本实用新型的发明点在于各个模块之间的组合关系，以及采用DSP作为补偿电流产生模块的核心部件。

TMS320F2407A的显著优点是高速AD采样(最快达到500ns)，使得滤波器的控制周期仅为25μs，这意味着三相非线性负载电流采样频率达到了40kHz。负载电流采样周期越短，补偿谐波的实时性、准确性越高。兼顾A/D采样的准确性，取DSP一次A/D转换的时间为1μs，三相非线性负载电流和直流侧电压共需要4μs，谐波指令电流的D/A转换一共需要10μs，其他部分占用时间很少。

所述电力滤波器通过检测被补偿对象的电流瞬时值，经补偿电流产生模块得出谐波补偿电流的指令信号，控制开关驱动电路产生所需要的补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波成份及无功电流相抵消，最终获得期望的电源电流，具有补偿效果好，功耗低的特点。

此外，所述滤波器可同时滤除2-51次谐波或补偿用户指定次数谐波；采用功能强大的DSP作为处理器，响应时间<300μs，全响应时间＜10ms，响应速度快；可选择特定次数谐波补偿谐波；具有无功及不平衡负载三种补偿模式；>97％工作效率，损耗小，全数字控制方式；三电平逆变电路快速FFT及瞬时无功两种算法模式；模块化设计，系统稳定，可承受-40％-+20％电压波动。

Claims (2)

1.一种有源电力滤波器，其特征在于包括：补偿电流产生模块(1)，通过外部的电流检测模块检测非线性负载的电流，该电流经过A/D模块进行信号调理后输入给补偿电流产生模块，补偿电流产生模块根据上述采集到的电流计算出补偿谐波和无功电流；过零检测模块，其输入端与主电路连接，其输出端经锁相环后将电流变换信号传输给补偿电流产生模块；电流跟踪控制电路(2)，其中的一路输入端为D/A模块变换后的补偿谐波和无功电流信号，另一路输出端为主电路的电流信号，电流跟踪控制电路对主电路的电流与补偿谐波和无功电流信号进行滞环比较后输出端给开关驱动电路；开关驱动电路(3)接收来自于电流跟踪控制电路输出的PWM信号并经隔离放大后驱动开关管，将与电流中的谐波成分大小相同方向相反的电流注入到主电路中。

2.根据权利要求1所述的有源电力滤波器，其特征在于：所述补偿电流产生模块的主芯片使用TMS320F2407A。