CN204190387U - 一种多模块并联式大容量有源滤波器控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种永磁动力装置，主要解决现有技术中存在的由于功率器件、电容器、电抗器等硬件参数的容量限制，使现有有源滤波器不能满足大功率负荷的实际应用需求的问题。该一种多模块并联式大容量有源滤波器控制系统，包括主控制器、模块组和开关单元，主控制器的光纤通讯接口与模块组的信号端口连接，模块组的输出端与开关单元的输入端连接，开关单元的输出端与电网和非线性负载连接，开关单元的控制端与主控制器的控制端连接；模块组由多个模块单元并联而成，模块单元为小容量有源滤波装置，模块单元的信号端口为模块组的信号端口。通过上述方案，本实用新型达到了能满足大功率负荷的实际应用需求的目的。

Description

一种多模块并联式大容量有源滤波器控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种有源滤波器控制系统，具体地说，是涉及一种多模块并联式大容量有源滤波器控制系统及其实现方法。

背景技术

电力电子技术的发展与应用有效促进了现代工业化的进程，但同时也给电力系统带来的严重的谐波污染问题。有源滤波器作为一种高效的电力电子设备，与传统的无源滤波器相比，在谐波治理方面具有显著的优势，将逐渐成为提高电能质量的主流产品。常规有源滤波器的基本工作原理是从负载电流中提取谐波电流，由补偿装置产生与该谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，以使得电网电流为标准基波电流。

现有有源滤波器存在以下缺陷：第一，由于功率器件、电容器、电抗器等硬件参数的容量限制，使现有有源滤波器不能满足大功率负荷的实际应用需求；第二，若为了大功率负荷的实际应用需求，而采用多台有源滤波器将会使成本增加，工作不稳定，且不便于操作和管理；第三，单台有源滤波装置的补偿能力有限，用于不能满足大功率负荷的实际应用需求。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种多模块并联式大容量有源滤波器控制系统及其实现方法，主要解决现有技术中存在的由于功率器件、电容器、电抗器等硬件参数的容量限制，使现有有源滤波器不能满足大功率负荷的实际应用需求的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种多模块并联式大容量有源滤波器控制系统，包括主控制器、模块组和开关单元，所述主控制器的光纤通讯接口与所述模块组的信号端口连接，所述模块组的输出端与所述开关单元的输入端连接，所述开关单元的输出端与电网和非线性负载连接，所述开关单元的控制端与所述主控制器的控制端连接。

具体地，所述主控制器的光纤通讯接口发送数据时，通过功率放大与复用形成发送数据总线，接收数据时则根据对各模块单元的顺序编号，通过查询方式依次接收各模块单元的反馈数据；使本发可根据单个模块单元容量与实际负荷需求选配模块单元个数，且由于主控制器与各模块单元通讯方式采用一路串口实现，而不需要额外增加主控制器的通讯接口，使本实用新型在使用上灵活性强，不受主控制器的通讯接口数量的限制。

进一步的，所述主控制器为能进行开关单元的控制、负载电流计算与平均分配、模块组反馈数据分析处理，所述电网装置基本电气参数计算、FFT频谱分析和所述电网电压电流装置电流采样的主控制器；各模块单元补偿电流采用平均分配原则，避免了相互竞争而导致的谐振问题，使本实用新型具有工作稳定性高的特点。

更具体地，所述模块组由多个模块单元并联而成，所述模块单元为小容量有源滤波装置，所述模块单元的信号端口为所述模块组的信号端口，多个所述模块单元并联的输出端为所述模块组的输出端；多个模块单元并联的方式，使本实用新型实现了大容量的要求，能满足大功率负荷的实际应用需求，主控制器对所有的模块单元统一控制，使本实用新型便于操作和管理。

更具体地，所述模块单元包括模块控制器、模块驱动单元和功率补偿单元，所述模块控制器的PWM信号输出端与所述模块驱动单元的PWM信号输入端连接，所述模块控制器的故障反馈输入端与所述模块驱动单元的故障反馈的输出端连接，所述模块驱动单元的驱动信号输出端与所述功率补偿单元的驱动信号输入端连接，所述模块驱动单元的实时监测信号输入端与所述功率补偿单元的实时监测信号输出端连接，所述功率补偿单元的输出端通过LCL连接后输出，所述LCL连接的输出端为所述模块单元的输出端。

更具体地，所述模块控制器具备采样接口、光纤通讯接口和PWM接口，所述采样接口分别为采集模块单元接口电压的采样接口、输出电流的采样接口、直流电压的采样接口和模块温度的采样接口，所述模块控制器的光纤通讯接口为所述模块单元的信号端口，所述PWM接口为所述模块控制器的PWM信号输出端和故障反馈输入端。

进一步的，所述模块驱动单元为具有PWM信号硬件互锁与故障报警功能的模块驱动单元，所述功率补偿单元采用IGBT功率器件；有效保证了模块单元的安全可靠运行，使本实用新型能安全可靠的运行。

更具体地，所述开关单元主要包括串电阻软启动回路与低压断路器包括串电阻软启动回路与低压断路器，所述串电阻软启动回路与所述低压断路器并联，所述低压断路器的输入端为所述开关单元的控制端，所述串电阻软启动回路与所述低压断路器并联后的输入端为所述开关单元的输入端，所述串电阻软启动回路与所述低压断路器并联后的输出端为所述开关单元的输出端。

进一步的，所述主控制器的通讯接口与人机界面的通讯接口连接；使工作人员能实时的观测到本实用新型的运行状况，为下一步的工作提出条件。

多模块并联式大容量有源滤波器控制系统的实现方法，包括以下步骤：

（1）所述主控制器采集电网电压、电网电流与装置总输出电流，计算出负载电流的FFT频谱，包含各次谐波电流的幅值与相位，根据所述模块单元的数量对各次谐波幅值进行平均分配。

（2）所述主控制器将谐波电流参数、模块控制命令与查询命令的数据通过发送数据总线同时发送给所有所述模块单元，各所述模块单元根据查询命令选择是否反馈数据，反馈数据包括：所述模块单元输出电流有效值、直流侧电压、模块内部温度、模块运行状态代码和模块应答标志。

（3）所述模块单元反馈数据中包含了模块应答标志，主控制器根据该应答标志判断所接收数据来自哪个模块单元，从而对各模块单元运行状态进行处理分析。

（4）根据所述模块单元容量，首先对接收的各次谐波电流幅值进行限幅，再根据真有效值算法对参考电流总有效值进行限幅保护，最后根据功率器件参数对参考电流的峰值进行限幅保护。

（5）所述主控制器对电网电压、电网电流、装置总输出电流进行FFT频谱分析，计算出电压电流的谐波含量、畸变率、有效值、功率因素等电气参数，并通过通讯接口与人机界面进行实时数据通讯。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

（1）本实用新型通过多个模块单元并联的方式，实现了大容量的要求，能满足大功率负荷的实际应用需求，主控制器对所有的模块单元统一控制，使本实用新型便于操作和管理。

（2）本发可根据单个模块单元容量与实际负荷需求选配模块单元个数，且由于主控制器与各模块单元通讯方式采用一路串口实现，而不需要额外增加主控制器的通讯接口，使本实用新型在使用上灵活性强，不受主控制器的通讯接口数量的限制。

（3）本实用新型中各模块单元补偿电流采用平均分配原则，避免了相互竞争而导致的谐振问题，使本实用新型具有工作稳定性高的特点。

（4）本实用新型中模块驱动单元具有PWM信号硬件互锁与故障报警功能，模块控制器能电流限幅，有效保证了模块单元的安全可靠运行，使本实用新型能安全可靠的运行。

（5）本实用新型与人机界面连接，使工作人员能实时的观测到本实用新型的运行状况，为下一步的工作提出条件。

附图说明

图1为本实用新型系统的结构示意图；

图2为主控制器与模块单元的通讯示意图；

图3为模块单元的内部结构示意图；

图4为模块控制器的谐波参考电流限幅的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1和图2所示，一种多模块并联式大容量有源滤波器控制系统，包括主控制器、模块组和开关单元，主控制器的光纤通讯接口与模块组的信号端口连接，模块组的输出端与开关单元的输入端连接，开关单元的输出端与电网和非线性负载连接，开关单元的控制端与主控制器的控制端连接；主控制器的光纤通讯接口发送数据时，通过功率放大与复用形成发送数据总线，接收数据时则根据对各模块单元的顺序编号，通过查询方式依次接收各模块单元的反馈数据；使本发可根据单个模块单元容量与实际负荷需求选配模块单元个数，且由于主控制器与各模块单元通讯方式采用一路串口实现，而不需要额外增加主控制器的通讯接口，使本实用新型在使用上灵活性强，不受主控制器的通讯接口数量的限制。

主控制器为能进行开关单元的控制、负载电流计算与平均分配、模块组反馈数据分析处理，电网装置基本电气参数计算、FFT频谱分析和电网电压电流装置电流采样的主控制器；各模块单元补偿电流采用平均分配原则，避免了相互竞争而导致的谐振问题，使本实用新型具有工作稳定性高的特点。

模块组由多个模块单元并联而成，模块单元为小容量有源滤波装置，模块单元的信号端口为模块组的信号端口，多个模块单元并联的输出端为模块组的输出端；主控制器的通讯接口与人机界面的通讯接口连接；使工作人员能实时的观测到本实用新型的运行状况，为下一步的工作提出条件。

通过上述结构使多个模块单元并联，实现了大容量的要求，能满足大功率负荷的实际应用需求，主控制器对所有的模块单元统一控制，使本实用新型便于操作和管理。

如图3所示，模块单元包括模块控制器、模块驱动单元和功率补偿单元，模块控制器的PWM信号输出端与模块驱动单元的PWM信号输入端连接，模块控制器的故障反馈输入端与模块驱动单元的故障反馈的输出端连接，模块驱动单元的驱动信号输出端与功率补偿单元的驱动信号输入端连接，模块驱动单元的实时监测信号输入端与功率补偿单元的实时监测信号输出端连接，功率补偿单元的输出端通过LCL连接后输出，LCL连接的输出端为模块单元的输出端。

模块控制器具备采样接口、光纤通讯接口和PWM接口，采样接口分别为采集模块单元接口电压的采样接口、输出电流的采样接口、直流电压的采样接口和模块温度的采样接口，模块控制器的光纤通讯接口为模块单元的信号端口，PWM接口为模块控制器的PWM信号输出端和故障反馈输入端。

模块驱动单元为具有PWM信号硬件互锁与故障报警功能的模块驱动单元，功率补偿单元采用IGBT功率器件；模块驱动单元具有PWM信号硬件互锁与故障报警功能，模块控制器能电流限幅，有效保证了模块单元的安全可靠运行，使本实用新型能安全可靠的运行。

开关单元主要包括串电阻软启动回路与低压断路器包括串电阻软启动回路与低压断路器，串电阻软启动回路与低压断路器并联，低压断路器的输入端为开关单元的控制端，串电阻软启动回路与低压断路器并联后的输入端为开关单元的输入端，串电阻软启动回路与低压断路器并联后的输出端为开关单元的输出端。

如图4所示，模块控制器具备参考电流限幅功能：根据模块单元容量，首先对接收的各次谐波电流幅值进行限幅，再根据真有效值算法对参考电流总有效值进行限幅保护，最后根据功率器件参数对参考电流的峰值进行限幅保护；模块控制器根据接口电压相位、限幅后的各次谐波幅值与相位，算出实际补偿电流参考值。

基于上述硬件设备，本实用新型提供一种多模块并联式大容量有源滤波器控制系统的实现方法，包括以下步骤：主控制器采集电网电压、电网电流与装置总输出电流，计算出负载电流的FFT频谱，包含各次谐波电流的幅值与相位，根据模块单元的数量对各次谐波幅值进行平均分配；主控制器将谐波电流参数、模块控制命令与查询命令的数据通过发送数据总线同时发送给所有模块单元，各模块单元根据查询命令选择是否反馈数据，反馈数据包括：模块单元输出电流有效值、直流侧电压、模块内部温度、模块运行状态代码和模块应答标志；模块单元反馈数据中包含了模块应答标志，主控制器根据该应答标志判断所接收数据来自哪个模块单元，从而对各模块单元运行状态进行处理分析；根据模块单元容量，首先对接收的各次谐波电流幅值进行限幅，再根据真有效值算法对参考电流总有效值进行限幅保护，最后根据功率器件参数对参考电流的峰值进行限幅保护；主控制器对电网电压、电网电流、装置总输出电流进行FFT频谱分析，计算出电压电流的谐波含量、畸变率、有效值、功率因素等电气参数，并通过通讯接口与人机界面进行实时数据通讯。

按照上述实施例，便可很好地实现本实用新型。

Claims (9)

1.一种多模块并联式大容量有源滤波器控制系统，其特征在于：包括主控制器、模块组和开关单元，所述主控制器的光纤通讯接口与所述模块组的信号端口连接，所述模块组的输出端与所述开关单元的输入端连接，所述开关单元的输出端与电网和非线性负载连接，所述开关单元的控制端与所述主控制器的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的多模块并联式大容量有源滤波器控制系统，其特征在于：所述主控制器的光纤通讯接口发送数据时，通过功率放大与复用形成发送数据总线，接收数据时则根据对各模块单元的顺序编号，通过查询方式依次接收各模块单元的反馈数据。

3.根据权利要求1所述的多模块并联式大容量有源滤波器控制系统，其特征在于：所述主控制器为能进行开关单元的控制、负载电流计算与平均分配、模块组反馈数据分析处理，所述电网装置基本电气参数计算、FFT频谱分析和所述电网电压电流装置电流采样的主控制器。

4.根据权利要求1所述的多模块并联式大容量有源滤波器控制系统，其特征在于：所述模块组由多个模块单元并联而成，所述模块单元为小容量有源滤波装置，所述模块单元的信号端口为所述模块组的信号端口，多个所述模块单元并联的输出端为所述模块组的输出端。

5.根据权利要求4所述的多模块并联式大容量有源滤波器控制系统，其特征在于：所述模块单元包括模块控制器、模块驱动单元和功率补偿单元，所述模块控制器的PWM信号输出端与所述模块驱动单元的PWM信号输入端连接，所述模块控制器的故障反馈输入端与所述模块驱动单元的故障反馈的输出端连接，所述模块驱动单元的驱动信号输出端与所述功率补偿单元的驱动信号输入端连接，所述模块驱动单元的实时监测信号输入端与所述功率补偿单元的实时监测信号输出端连接，所述功率补偿单元的输出端通过LCL连接后输出，所述LCL连接的输出端为所述模块单元的输出端。

6.根据权利要求5所述的多模块并联式大容量有源滤波器控制系统，其特征在于：所述模块控制器具备采样接口、光纤通讯接口和PWM接口，所述采样接口分别为采集模块单元接口电压的采样接口、输出电流的采样接口、直流电压的采样接口和模块温度的采样接口，所述模块控制器的光纤通讯接口为所述模块单元的信号端口，所述PWM接口为所述模块控制器的PWM信号输出端和故障反馈输入端。

7.根据权利要求5所述的多模块并联式大容量有源滤波器控制系统，其特征在于：所述模块驱动单元为具有PWM信号硬件互锁与故障报警功能的模块驱动单元，所述功率补偿单元采用IGBT功率器件。

8.根据权利要求5所述的多模块并联式大容量有源滤波器控制系统，其特征在于：所述开关单元主要包括串电阻软启动回路与低压断路器包括串电阻软启动回路与低压断路器，所述串电阻软启动回路与所述低压断路器并联，所述低压断路器的输入端为所述开关单元的控制端，所述串电阻软启动回路与所述低压断路器并联后的输入端为所述开关单元的输入端，所述串电阻软启动回路与所述低压断路器并联后的输出端为所述开关单元的输出端。

9.根据权利要求1所述的多模块并联式大容量有源滤波器控制系统，其特征在于：所述主控制器的通讯接口与人机界面的通讯接口连接。