CN204441889U - 带有vsc电路的有源滤波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带有VSC电路的有源滤波器，包括数字化控制系统和主电路；所述数字化控制系统包括浮点DSP和ARM；所述主电路包括电压源变流器、三相整流电路、直流侧电容器和电抗器；所述电压源变流器包括逆变电路和可控电容器的LCL滤波电路；所述逆变电路两端分别与三相电源与零线连接；所述三相整流电路两端分别与三相电源的一相电源和零线连接；所述直流侧电容器两端与所述逆变电路输出端连接；电抗器在三相电源和零线中串联。本实用新型做到自适应跟踪补偿，自动识别负荷整体变化及负荷谐波含量的变化而迅速跟踪补偿。本实用新型动态补偿基波无功，提高功率因数能够提供从感性到容性的连续、平滑、动态、快速的无功功率补偿。
Description
技术领域
本实用新型属于滤波器领域，具体地说，涉及一种新型配电网低压无功与谐波治理的带有VSC电路的有源滤波器。
背景技术
随着电力电子技术的迅猛发展和成熟，电力系统中的大型功率电子装置日益增多，在提高工业自动化水平和效益的同时，由于是各种使用传统相控整流技术的大容量非线性负荷，在运行过程中所产生的高谐波和低功率因数的运行状态，严重危害着电力系统的安全和电网供电质量。
传统的谐波抑制和无功补偿的方法是将电力无源滤波器与需补偿的非线性负载并联，为谐波提供一个低阻通路的同时也提供负载所需的无功功率。无源滤波器(PF)具有结构简单，使用方便，技术成熟以及成本低等优点。同时，它的缺点也很明显：
1)、无源滤波器的补偿特性受电网及负载影响较大，其滤波效果依赖于电网和负载的参数，滤波特性较差。
2)、无源滤波器给电网带来一定隐患，可能发生电网与滤波器间的串、并联谐振。
3)、无源滤波器只能补偿固定的无功功率，对变化的无功功率不能进行精确的补偿，不能对谐波和无功实现动态补偿。
4)、无源滤波器所需储能元件的体积大。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种整个结构具有科学合理、技术先进、补偿及时、稳定性高、精确滤除谐波等特点的有 源滤波器。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种使得整个结构具有科学合理、技术先进、补偿及时、稳定性高、精确滤除谐波等特点的带有VSC电路的有源滤波器。
为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案是：
带有VSC电路的有源滤波器，其特征在于：包括数字化控制系统和主电路；所述数字化控制系统包括浮点DSP和ARM；所述主电路包括电压源变流器、三相整流电路、直流侧电容器和电抗器；所述电压源变流器包括逆变电路和可控电容器的LCL滤波电路；所述电压源变流器包括逆变电路和可控电容器的LCL滤波电路；所述逆变电路两端分别与三相电源和零线连接；所述三相整流电路两端分别与三相电源的一相电源和零线连接；所述直流侧电容器两端与所述逆变电路输出端连接；电抗器在三相电源和零线中串联。
作为一种优化的技术方案，所述数字化控制系统包括3个浮点DSP和1个ARM；所述浮点DSP负责一相的数据采集和控制计算，PWM数据的生成，以及控制逆变电路生产所需电平；所述ARM功能包括对三个浮点DSP的协调、对装置中控制系统的控制。
作为一种优化的技术方案，所述的数字化控制系统还包括A/D转换电路、以及与A/D转换电路相连接的信号处理电路和电平转换电路；由电网所采集的电压信号和负载电流信号经信号处理电路进行信号放大和整形处理以备传输到A/D转换电路进行高速A/D转换；所述的电平转换电路连接有调制电路，由调制电路所产生的PWM调制脉冲通过电平转换电路将PWM脉冲放大到所需的电平；所述电平转换电路与电压源变流器连接。
作为一种优化的技术方案，所述数字化控制系统采用SPWM控制技术的浮点DSP控制器作为主控芯片。
作为一种优化的技术方案，所述可控电容器的LCL滤波电路中滤波电容与电源线间的连接由数字化控制系统控制；数字化控制系统输出PWM脉冲经过可控电容器的LCL滤波电路调制生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流。
本发明中包括浮点DSP和ARM的数字化控制系统用于将经过A/D转换电路转换为数字信号的采样数据进行量化处理、数字滤波以及限幅处理，连接电压源变流器，以脉宽调制PWM信号形式向电压源变流器送出驱动脉冲，驱动IGBT功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。
主电路用于采集电路上的谐波和无功功率，通过直流侧电容器、三相整流电路和连接电抗器降低电路中的杂波和干扰，电压源变流器将浮点DSP+ARM的数字化控制系统产生的控制信号转换为可控电容器的LCL滤波电路的滤波电容。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型有益效果：
1)、本实用新型可以高效的滤除负荷电流中2～50次的各次谐波，从而使得配电网清洁高效，满足国标对配电网谐波的要求。本实用新型真正做到自适应跟踪补偿，自动识别负荷整体变化及负荷谐波含量的变化而迅速跟踪补偿。
2)、本实用新型动态补偿基波无功，提高功率因数能够提供从感性到容性的连续、平滑、动态、快速的无功功率补偿。
3)、本实用新型可完全消除因谐波引起的系统不平衡，在设备容量许可的情况下，可根据用户设定补偿系统基波负序和零序不平衡分量并适度补偿无功 功率。在确保滤除谐波功能的基础上有效改善系统不平衡状况。
4)、本实用新型具备过流、过压、欠压、温度过高、测量电路故障、雷击等多种保护功能，以确保装置和电力系统安全运行，并可在负荷较轻时自动退出运行，充分考虑运行的经济性。
5)、本实用新型可以保存电网的主要参数，并通过通信接口传送给电力用户，方便统计和管理。
同时下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1为本实用新型一种实施例中主电路的电路图。
具体实施方式
实施例：
带有VSC电路的有源滤波器，包括数字化控制系统和主电路。所述数字化控制系统包括浮点DSP和ARM。
如图1所示，所述主电路包括电压源变流器、三相整流电路、直流侧电容器6和电抗器1。所述电压源变流器(Voltage Source Converter，VSC)包括逆变电路5和可控电容器的LCL滤波电路3。所述逆变电路5两端分别与三相电源与零线连接；所述三相整流电路两端分别与三相电源的一相电源和零线连接；所述直流侧电容器6两端与所述逆变电路5输出端连接；电抗器1在三相电源和零线中串联。
所述数字化控制系统包括3个浮点DSP和1个ARM。所述浮点DSP负责一相的数据采集和控制计算，PWM数据的生成，以及控制可控电容器的LCL滤波电路3的滤波电容2与电源线的连接；所述ARM功能包括对三个浮点DSP的协调、对装置中控制系统的控制。所述的数字化控制系统还包括A/D转换电 路、以及与A/D转换电路相连接的信号处理电路和电平转换电路；由电网所采集的电压信号和负载电流信号经信号处理电路进行信号放大和整形处理以备传输到A/D转换电路进行高速A/D转换；所述的电平转换电路连接有调制电路，由调制电路所产生的PWM调制脉冲通过电平转换电路将PWM脉冲放大到所需的电平；所述电平转换电路与电压源变流器的可控电容器的LCL滤波电路3连接。
包括浮点DSP和ARM的数字化控制系统用于将经过A/D转换电路转换为数字信号的采样数据进行量化处理、数字滤波以及限幅处理，连接电压源变流器，以脉宽调制PWM信号形式向电压源变流器送出驱动脉冲，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。
所述数字化控制系统的电平转换电路与可控电容器的LCL滤波电路3连接。所述数字化控制系统将其输出的PWM脉冲经过可控电容器的LCL滤波电路3调制生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流。
主电路用于采集电路上的谐波和无功功率，通过直流侧电容器6、三相整流电路和连接电抗器1降低电路中的杂波和干扰，电压源变流器将浮点DSP+ARM的数字化控制系统产生的控制信号转换为可控电容器的LCL滤波电路3的滤波电容2。主电路中最主要的是电压源变流器中采用IGBT的逆变电路5。逆变电路5选用瑞士CONCEPT公司的2SC0435双通道驱动器，该驱动器专门为要求高可靠性的应用领域而设计。该驱动器内嵌的并联功能使得它可以支持驱动器的并联(多个驱动器并联在一起)，同时，它还支持多电平拓扑应用，是目前工业应用中同等功率等级中最紧凑的驱动内核，使装置设计更加紧凑可靠。
所述数字化控制系统采用SPWM控制技术的浮点DSP控制器 TMS320F28335作为主控芯片，通过控制策略及设计可靠的控制电路保证了输出信号的高速和稳定。
考虑到在本实施例中，有源滤波器还包括与A/D转换电路相连接的信号处理电路4，由电网所采集的电压信号和负载电流信号经信号处理电路进行信号放大和整形处理以备传输到A/D转换电路进行高速A/D转换。
所述有源滤波器的电平转换电路连接调制电路，由调制电路所产生的PWM调制脉冲通过电平转换电路将PWM脉冲放大到可控电容器的LCL滤波电路3控制滤波电容2与电源线连通或断开所需的电平。所述有源滤波器的可控电容器的LCL滤波电路3连接电平转换电路，由电平转换电路所输出的PWM脉冲经过可控电容器的LCL滤波电路3调制生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流。
有源滤波器利用可控电气元件，通过主动监测电流，进行运算得到指令来改变电气元件特性以达到消除谐波和无功功率的效果。指令电流运算电路实时监视线路中的电流并将模拟电流信号转换为数字信号并送入控制器对信号进行处理，通过改变元件特性来相应的改变电网电气特性已达到消除谐波和无功功率的效果。
有源滤波器的补偿特性受电网及负载影响很小，避免了与电网发生串、并联谐振的危险，同时还可抑制串并联谐振的发生；实现了动态补偿，可以对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行迅速的动态跟踪补偿；可以同时对谐波和无功进行补偿，且补偿无功的大小可做到连续调节，既可对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和无功源进行综合补偿；有源滤波器补偿无功功率时不需储能元件，补偿谐波时所需储能元件容量不大。
本实用新型可以高效的滤除负荷电流中2～50次的各次谐波，从而使得配 电网清洁高效，满足国标对配电网谐波的要求。本实用新型真正做到自适应跟踪补偿，自动识别负荷整体变化及负荷谐波含量的变化而迅速跟踪补偿。
本实用新型动态补偿基波无功，提高功率因数能够提供从感性到容性的连续、平滑、动态、快速的无功功率补偿。
本实用新型可完全消除因谐波引起的系统不平衡，在设备容量许可的情况下，可根据用户设定补偿系统基波负序和零序不平衡分量并适度补偿无功功率。在确保滤除谐波功能的基础上有效改善系统不平衡状况。
本实用新型具备过流、过压、欠压、温度过高、测量电路故障、雷击等多种保护功能，以确保装置和电力系统安全运行，并可在负荷较轻时自动退出运行，充分考虑运行的经济性。
本实用新型可以保存电网的主要参数，并通过通信接口传送给电力用户，方便统计和管理。
本实用新型不局限于上述的优选实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下做出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或者相近似的技术方案，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.带有VSC电路的有源滤波器，其特征在于：包括数字化控制系统和主电路；
所述数字化控制系统包括浮点DSP和ARM；
所述主电路包括电压源变流器、三相整流电路、直流侧电容器和电抗器；
所述电压源变流器包括逆变电路和可控电容器的LCL滤波电路；所述电压源变流器的逆变电路两输入端分别与三相电源和零线连接；所述电压源变流器的逆变电路两输出端与直流侧电容器连接；所述电压源变流器的可控电容器的LCL滤波电路两端分别与三相电源和零线连接；所述三相整流电路两端分别与三相电源的一相电源和零线连接；电抗器在三相电源和零线中串联。
2.根据权利要求1所述的带有VSC电路的有源滤波器，其特征在于：所述数字化控制系统包括3个浮点DSP和1个ARM；
所述浮点DSP负责一相的数据采集和控制计算，控制所述可控电容器的LCL滤波电路的滤波电容接入三相电源与零线的PWM数据的生成；所述ARM功能包括对三个浮点DSP的协调、对装置中控制系统的控制。
3.根据权利要求2所述的带有VSC电路的有源滤波器，其特征在于：其数字化控制系统还包括A/D转换电路、以及与A/D转换电路相连接的信号处理电路和电平转换电路；由电网所采集的电压信号和负载电流信号经信号处理电路进行信号放大和整形处理以备传输到A/D转换电路进行高速A/D转换；
所述的电平转换电路连接有调制电路，由调制电路所产生的PWM调制脉冲通过电平转换电路将PWM脉冲放大到所需的电平；所述电平转换电路与电压源变流器的可控电容器的LCL滤波电路连接；所述电平转换电路控制可控电容器的LCL滤波电路的滤波电容接入三相电源与零线。
4.根据权利要求3所述的带有VSC电路的有源滤波器，其特征在于：所 述数字化控制系统采用SPWM控制技术的浮点DSP控制器作为主控芯片。
5.根据权利要求4所述的带有VSC电路的有源滤波器，其特征在于：所述可控电容器的LCL滤波电路与数字化控制系统连接；数字化控制系统通过PWM脉冲经过可控电容器的LCL滤波电路调制生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流。
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| CN106936133A (zh) * | 2017-05-02 | 2017-07-07 | 国网江苏省电力公司睢宁供电公司 | 一种拓扑电能质量治理系统及其控制方法 |
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