CN204578100U - 一种模块化有源滤波装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模块化有源滤波装置，所述模块化有源滤波装置包含功率单元、控制单元以及一次辅助电气单元；所述功率单元经控制单元与一次辅助电气单元相连，所述功率单元、控制单元以及一次辅助电气单元分别设置在功率箱体、控制箱体和电气箱体内。本实用新型的技术方案采用模块化设计，使得整体结构紧凑，安装维护方便，体积较小。由于整套装置中上述三个部分相对独立，在不同工程应用时可以方便独立的进行定制，最大化的实现组件标准化和复用，便于生产制造部门大批量标准化生产，提高产品质量。

Description

一种模块化有源滤波装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子电能质量装置，主要涉及一种模块化有源滤波装置。

背景技术

智能电网是现代电网的发展方向和目标，电网发展都必须保证电能质量。分布式电源的接入、电力电子技术和集成通信技术的应用以及用电智能化等，产生更多电能质量问题。有源滤波主要针对供电环境中的电流进行进化。

目前电力系统应用的有源滤波工程需求差异较大，在功率等级，接线形式，补偿形式存在着各种需求。与一般电力电子设备不同，很难具有统一的规格，需要根据具体工程进行定制，而全部采用工程定制很难保证装置的可靠性。随着电力市场的发展，有必要建立一种组装式有源滤波装置，以使系统保持更高的安全性和更好的灵活性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种采用模块化、积木式设计技术，既便于实现有源滤波装置不同工程的定制需要，又能够保证良好的滤波效果的、可靠的有源滤波装置。

为了实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：一种模块化有源滤波装置，所述模块化有源滤波装置包含功率单元、控制单元以及一次辅助电气单元；所述功率单元经控制单元与一次辅助电气单元相连，所述功率单元、控制单元以及一次辅助电气单元分别设置在功率箱体、控制箱体和电气箱体内。

功率单元包括绝缘栅双极型晶体管模块、驱动单元、散热器、直流叠层母线和直流储能单元。

控制单元包括保护单元、采集单元、开入采集开出控制单元、功率器件控制信号生成单元以及信号中央处理单元。

一次辅助电气单元包括了交流滤波单元、接触器、断路器开关、辅助供电采集单元、机柜面板显示、操作单元、电力标准机柜和继电器逻辑部分。

功率箱体内设置有转接板，所述转接板用于集中功率箱体内部的需要向功率箱体外发送的电气信号。

转接板设置有电气接口，所述电气接口设置在功率箱体外侧。

功率箱体内部设置有固定支架；所述的固定支架在绝缘栅双极型晶体管模块上方。

绝缘栅双极型晶体管模块设置在散热器上。

散热器固定在功率箱体内部上方，所述散热器用于绝缘栅双极型晶体管模块的散热。

控制箱体为电力机箱。

所述功率单元提供了基于缘栅双极型晶体管模块的变换部件，控制单元用于控制缘栅双极型晶体管模块按照目标输出需要的电流，一次电气辅助单元提供了与外部连接的电气接口以及基本的保护与控制功能。

本实用新型的技术方案采用模块化设计，使得整体结构紧凑，安装维护方便，体积较小。由于整套装置中上述三个部分相对独立，在不同工程应用时可以方便独立的进行定制，最大化的实现组件标准化和复用，便于生产制造部门大批量标准化生产，提高产品质量。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种模块化有源滤波装置的功率单元的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的一种模块化有源滤波装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例

见图1所示，本实施例提供的一种模块化有源滤波装置，所述模块化有源滤波装置包含功率单元6、控制单元8以及一次辅助电气单元7；所述功率单元6经控制单元8与一次辅助电气单元7相连，所述功率单元6、控制单元8以及一次辅助电气单元7分别设置在功率箱体、控制箱体和电气箱体内。

功率单元6包括绝缘栅双极型晶体管模块2、驱动单元3、散热器1、直流叠层母线4和直流储能单元5。

控制单元8包括保护单元、采集单元、开入采集开出控制单元8、功率器件控制信号生成单元以及信号中央处理单元。

一次辅助电气单元7包括了交流滤波单元9、接触器、断路器开关、辅助供电采集单元、机柜面板显示、操作单元、电力标准机柜和继电器逻辑部分。

功率箱体内设置有转接板，所述转接板用于集中功率箱体内部的需要向功率箱体外发送的电气信号。

转接板设置有电气接口，所述电气接口设置在功率箱体外侧。

功率箱体内部设置有固定支架；所述的固定支架在绝缘栅双极型晶体管模块2上方。

绝缘栅双极型晶体管模块2设置在散热器1上。

散热器1固定在功率箱体内部上方，所述散热器1用于绝缘栅双极型晶体管模块2的散热。

控制箱体为电力机箱。

本实用新型的技术方案包括高功率密度的功率单元6、采用标准6U机箱的控制单元8，以及基于可编程逻辑控制器的一次辅助电气单元7；功率单元6提供了基于缘栅双极型晶体管模块的变换部件，控制单元8用于控制缘栅双极型晶体管模块按照目标输出需要的电流，一次电气辅助单元提供了与外部工作的电气接口以及基本的保护与控制功能。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案主要包含三大方面：

一种用于有源滤波的模块化功率单元6，由机箱壳体、散热器1、缘栅双极型晶体管模块模块、直流电容器、驱动板、直流叠层母排、驱动及保护信号转接板、霍尔采集传感器、温度继电器及内部固定支架组成；其中直流电容器固定在机箱壳体底座上，并安装于直流叠层母排上，电容器用于存储装置逆变所需直接电压；散热器1固定在机箱壳体的上方，用于缘栅双极型晶体管模块的散热；散热器1上固定安装有缘栅双极型晶体管模块，缘栅双极型晶体管模块用于将电容器的直流电变换成可控的电压输出，缘栅双极型晶体管模块通过直流母排与直流电容器相连；缘栅双极型晶体管模块的交流端与交流母排的一端相连，交流母排的另一端穿过霍尔传感器，与外部电抗器单元连接；所述的固定支架在与缘栅双极型晶体管模块上方，方便驱动板安装；转接板用于将内部信号集中起来，并提供与外部电路统一的电气接口方便不开箱的情况下，与外部实现控制信号等的电气连接；

一种用于有源滤波的模块化控制单元8，由电源供电板，主处理器板，脉宽信号调制板，模拟及数字信号输入输出板，总线母板、显示及按键处理板及6U标准电力机箱组成。电源板交流输入，输出提供各个功能模块所需要工作的各种直流电压；主处理器板用于接受来自模拟及数字信号输入输出板的信号，并进行对应的信号处理，一部分送出缘栅双极型晶体管模块单元工作所需要的脉冲信号到脉宽信号调制板，经过驱动板驱动缘栅双极型晶体管模块工作，另一方面根据系统当前工况输出对应的数字信号到模拟及数字信号输入输出板，控制系统启停及实现故障保护等功能；显示按键板提供了人机接口界面，方便系统参数输入及即时了解系统运行信息；总线母板提供了各个功能子板之间的电气连接及物理固定；6U标准电力机箱提供了实际的物理空间容纳各个功能板，采用背插的形式方便接线，及模块独立安装升级。

一种用于有源滤波的模块化一次辅助电气单元7，由可编程逻辑控制器、信号同步板、供电变压器，交流滤波器，继电器及按钮指示灯组成。信号同步板将外部各种接线形式下的交流电转换成控制器能接受的同步电压信号；供电变压器满足在系统没有220V交流输入情况下的交流供电，其输出经过交流滤波器直供上述控制单元8的电源板；按钮和指示灯提供了装置的交互功能；可编程逻辑控制器可以独立于上述控制单元8，实现包括装置软起，远程通信，装置启停，延时启动以及部分保护监测功能。

本实用新型通过上述三个主体部分结合滤波电抗器实现了有源滤波装置的组件模块化设计。各个部分相对独立，可以较为方便地装于各种柜体之中，从而可以极大地提高产品质量和快速生产；同时根据设计需要，构成各种规格柜体的成套的有源滤波装置。

本实用新型设计了一种模块化有源滤波装置。将组件化设计技术应用在有源滤波装置设计中，使得装置具备更灵活的装配方式和可靠性。解决了现有一体化设计中组件无法标准化，工程定制时无法迅速实现不同工程应用的问题，克服了一体化设计方案的缺陷。其特征在于：将三大部分功能独立化、模块化设计，并通过标准接口实现组件间功能连接，满足有源滤波装置整体的快速安装，差异化定制的工程需求。

本实用新型创造的工作原理及工作过程：

有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制。

有源滤波装置均包括一次电气系统及二次控制系统两部分。一次电气系统可以分为以功率器件为主，集成了驱动单元3、散热单元、直流叠层母线4和直流储能单元5的功率单元6；一次系统还包含了滤波回路以及外围辅助电路。

二次控制系统通常是作为电力电子装置的主控单元存在的，集成了保护单元、采集单元、开入采集开出控制单元8、功率器件控制信号生成单元以及信号中央处理单元。二次控制单元通过电流电压互感器检测电流电压信号，并通过内部运算单元进行计算，根据不同的控制目标生成相应的指令信号，然后通过脉冲信号发生单元发送给内部缘栅双极型晶体管模块，控制功率单元6产生对应的电流或者电压输出，达到预期的功率输出目的。

项目技术原理图如图所示，包含以下三个部分：

第一部分为组件装置具体应用的一次电气部分，主要包括了交流滤波单元9，接触器和断路器开关，辅助供电采集单元，机柜面板显示和操作单元，电力标准机柜和继电器逻辑部分。

第二部分为相对比较固定的功率单元6，包含了功率器件，缓冲电路，驱动板，散热器1及风扇，采集传感器，直流侧电容阵列和直流叠层母线4，是组件产品的一个重要部分。

第三部分包括了控制单元8，主要包含了电源板，信号处理板，模拟量输入输出板，数字量开入开出板，脉宽信号调制板，显示按键板和总线母板。

本实用新型对有源滤波装置进行模块化、组件化设计。通过对装置关键控制器和功率单元6的模块化、组件化设计，为电力电子装置推广提供全新的组件化设计。本实用新型在传统有源滤波装置一体式设计的基础上对各个功能区域进行分类并进行相对独立的模块化设计，不仅大大提高了系统设计的可靠性，还加强的模块之前的通用性，降低了系统维护及升级的难度。关键技术包含了有源滤波统一控制器设计，抽屉式功率模组设计；技术创新点包括：控制器平台采用模块化设计并具有随不同应用灵活扩充的能力。

Claims (10)

1.一种模块化有源滤波装置，其特征在于，所述模块化有源滤波装置包含功率单元、控制单元以及一次辅助电气单元；所述功率单元经控制单元与一次辅助电气单元相连，所述功率单元、控制单元以及一次辅助电气单元分别设置在功率箱体、控制箱体和电气箱体内。

2.根据权利要求1所述的模块化有源滤波装置，其特征在于，所述功率单元包括绝缘栅双极型晶体管模块、驱动单元、散热器、直流叠层母线和直流储能单元。

3.根据权利要求1所述的模块化有源滤波装置，其特征在于，所述控制单元包括保护单元、采集单元、开入采集开出控制单元、功率器件控制信号生成单元以及信号中央处理单元。

4.根据权利要求1所述的模块化有源滤波装置，其特征在于，所述一次辅助电气单元包括了交流滤波单元、接触器、断路器开关、辅助供电采集单元、机柜面板显示、操作单元、电力标准机柜和继电器逻辑部分。

5.根据权利要求1所述的模块化有源滤波装置，其特征在于，所述功率箱体内设置有转接板，所述转接板用于集中功率箱体内部的需要向功率箱体外发送的电气信号。

6.根据权利要求5所述的模块化有源滤波装置，其特征在于，所述转接板设置有电气接口，所述电气接口设置在功率箱体外侧。

7.根据权利要求1所述的模块化有源滤波装置，其特征在于，所述功率箱体内部设置有固定支架；所述的固定支架在绝缘栅双极型晶体管模块上方。

8.根据权利要求2所述的模块化有源滤波装置，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管模块设置在散热器上。

9.根据权利要求2所述的模块化有源滤波装置，其特征在于，所述散热器固定在功率箱体内部上方，所述散热器用于绝缘栅双极型晶体管模块的散热。

10.根据权利要求1所述的模块化有源滤波装置，其特征在于，所述控制箱体为电力机箱。