CN204967269U - 一种混合式综合电能质量治理装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种混合式综合电能质量治理装置，属于电力电子技术领域。该装置主要应用于含分布式电源的配电网电能质量的治理，主要包括D-STATCOM主电路、TSC主电路、信号采样调理电路、电压过零比较电路、基于DSP的控制电路、基于ARM的控制电路、TSC的触发电路、D-STATCOM的驱动电路和工控机。所述的信号采样调理电路与D-STATCOM主电路、TSC主电路、电网、电压过零比较电路相连，所述的基于DSP的控制电路分别与基于ARM的控制电路、驱动电路、电压过零比较电路以及工控机相连，而基于ARM的控制电路、触发电路和TSC的主电路依次相连。所述的驱动电路与D-STATCOM主电路相连。本实用新型的优点在于能够实现低成本、大容量、快速、精确的连续无功补偿以及治理电压偏差、波动与闪变的目的。

Description

一种混合式综合电能质量治理装置
一、技术领域
本实用新型涉及一种含分布式电源的配电网的混合式综合电能质量治理装置，属于电力电子技术领域。
二、背景技术
随着技术的发展，光伏发电、风力发电、燃料电池、微型燃气轮机等越来越多的分布式电源被接入到电网或者被直接安装在用户近旁。由于大量电力电子器件的使用，致使配电网的电压波形畸变、无功、谐波污染等电能质量问题变得更加严重，从而使得配电网的安全性和稳定性受到了很大的影响。对于分布式电源对配电网电能质量引起的负面影响，在现阶段的治理过程中，以晶闸管投切电容器(ThyristorSwitchedCapacitor-TSC)为代表的静止无功补偿装置(StaticVarCompensator-SVC)虽然生产成本低、容量大，但也具有只能分级，不能连续补偿的缺点；大容量的配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)虽然具有可以实现动态连续调节、响应速度快等优点，但适用于高压电路，且较高的生产成本也制约了其在工程中的广泛应用。而适用于低压电路的小容量D-STATCOM同样具有可以实现动态连续补偿、但成本低，适合大规模工程应用中，然而小容量使得其不能满足实际工程的补偿容量要求。此外，对于控制器的设计，选择正确的处理器是非常重要的。ARM处理器具有控制性能强，价格低、速度快的优点，但在数据处理方面却不如DSP强大；而DSP有强大的数据处理能力和较高的运行速度，但是其成本缺比较高。在配电网治理装置中，大量的数据处理、通信、显示等复杂事件，会使得处理器的运算时间变长，运算精度变低，而高性能、高成本的处理器被大批量使用，也不符合构建经济电网的要求，因此单一的处理器已经无法满足高性能低成本的高要求。
三、发明内容
鉴于现在技术存在上述不足，本实用新型的目的在于提供一种基于ARM和DSP的TSC和D-STATCOM混合式综合电能质量治理装置，实现低成本、大容量、快速、精确的连续无功补偿和电压偏差、波动与闪变治理的目的。
本实用新型技术装置如下：
本实用新型的电能质量治理装置，主要包括D-STATCOM主电路、TSC主电路、信号采样调理电路、电压过零比较电路、基于DSP的控制电路、基于ARM的控制电路、TSC的触发电路、D-STATCOM的驱动电路和工控机。所述的信号采样调理电路与D-STATCOM主电路、TSC主电路、电网、电压过零比较电路相连，所述的基于DSP的控制电路分别与基于ARM的控制电路、驱动电路、电压过零比较电路以及工控机相连，而基于ARM的控制电路、触发电路和TSC的主电路依次相连。所述的驱动电路与D-STATCOM主电路相连。
所述的D-STATCOM主电路选用电压型桥式电路，电路中开关器件选用IGBT。
所述的TSC主电路采用Y联接，每一相的电容值分级设置，而每一相均串联一个小的电感用来抑制电容器投入电网时造成的冲击电流。
所述的信号采样调理电路，对所需的13路电压、电流信号进行采集和调理。互感器获得的采样信号，通过电阻取样，然后信号通过RC滤波器进行滤波，再经过反并联二极管的限幅保护，最后进入放大电路后，得到所需信号。
所述的电压过零比较电路，对电网的a相电压进行采样，信号通过П型滤波电路后，经过反并联二极管钳位，最后经过运放的电压信号进入DSP触发过零中断。
所述的基于DSP的控制电路，选用DSP处理器TMS320X2812。
所述的基于ARM的控制电路，选用ARM处理器STM32F103RBT6。
所述的驱动电路，选用MC14504；如果D-STATCOM主电路选用的是IPM模块，IPM一般是把功率开关元件和驱动电路集成在一起的，因此就不用外加驱动电路。
所述的触发电路，选用74LSO4和TD62004。
本实用新型的优点如下：
本电能质量治理装置，应用于治理含分布式电源的配电网的电压和无功等电能质量问题。本装置不但是D-STATCOM和TSC相结合的混合式电能质量治理系统，同时在控制部分，将DSP和ARM同时应用到控制系统中，分别控制D-STATCOM和TSC。本实用新型中，D-STATCOM和TSC的混合使用，能够实现含分布式电源的配电网基于低成本大容量的连续无功补偿和电压偏差、波动与闪变的治理。此外，TSC的控制选用ARM处理器，D-STATCOM的控制选用DSP处理器，两者结合使用，充分利用了ARM和DSP合理分工，并行处理的优点，大大提高了系统的处理速度和精度，ARM的价格也较低，更能能够被工程广泛应用。
四、附图说明
图1为所述的D-STATCOM和TSC接入系统结构图。
图2为所述的电能质量治理装置控制装置的模块示意图。
图3为所述的信号采样调理电路图。
图4为所述的电压过零比较电路图。
图5为所述的基于DSP的控制电路图。
图6为所述的基于ARM的控制电路图。
图7为所述的驱动电路图。
图8为所述的触发电路图。
五、具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，在含有分布式电源的配电网中接入D-STATCOM和TSC，D-STATCOM的主电路拓扑为电压型逆变器，由电压支撑电容C和IGBTV1、V2、V3、V4、V5、V6组成的三相全桥逆变器组成。TSC主电路由抑制冲击电流的小电感、反并联晶闸管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、电容器组成。
如图2所示，电能质量治理装置包括D-STATCOM主电路、TSC主电路、信号采样调理电路、电压过零比较电路、基于DSP的控制电路、基于ARM的控制电路、TSC的触发电路、D-STATCOM的驱动电路和工控机。所述的信号采样调理电路与D-STATCOM主电路、TSC主电路、电网、电压过零比较电路相连，所述的基于DSP的控制电路分别与基于ARM的控制电路、驱动电路、电压过零比较电路以及工控机相连，而基于ARM的控制电路、触发电路和TSC的主电路依次相连。所述的驱动电路与D-STATCOM主电路相连。
如图3所示，信号采样调理电路主要构成：互感器T连接取样电阻R1，电阻R2一端与电阻R1相连，另一端与电容C1正极和运算放大器LM324引脚1相连，电阻R2与电容C1组成RC滤波器。运算放大器LM324引脚1与二极管D1的正极和D2的负极相连，二极管D1的负极连+15V电压，二极管D2的正极连-15V电压。运放LM324引脚2与电阻R3、R4相连，而R3的另一端与所说的R1、C1的另一端均接地，电阻R4的另一端相连运放LM324引脚5。而运放LM324的输出信号三相电压Ua、Ub、Uc，三相电流Ia、Ib、Ic，D-STATCOM直流侧电压Udc，D-STATCOM三相电流Isa、Isb、Isc，TSC三相电流Ita、Itb、Itc的信号端分别连接DSP的ADCINA0-7引脚和ADCINB0-4引脚。
如图4所示，电压过零比较电路主要构成：信号采样调理电路的Ua输出端与电容C2正极相连，电阻R5两端分别与电容C2、C3的正极相连。电容C3的正极、二极管D3的正极、D4的负极均与运放LM393引脚2相连。所述的电容C2、C3的负极、二极管D3的负极、D4的正极、运放LM393引脚1和引脚4均接地，运放LM393引脚3交流电压VCC。电容C4一端与运放LM393引脚3相连，另一端接地。电容C5两端分别与LM393引脚2和引脚5相连，运放LM393输出端b与DSP的XINT1引脚相连。
如图5所示，基于DSP的控制电路，DSP的引脚XINT1与图4所示的LM393输出端b相连；引脚PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6分别与图7所示的引脚Ain、Bin、Cin、Din、Ein、Fin相连；DSP引脚SPICLKA与图6所示的引脚SPI1_SCK相连，DSP引脚SPISTEA与图6所示的引脚SPI1_NSS相连，DSP引脚SPISIMOA与图6所示的引脚SPI1_SOMI相连，DSP引脚SPISOMIA与图6所示的引脚SPI1_SIMO相连；引脚ADCINA0-7和引脚ADCINB0-4分别和图3所示的Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、Udc、Isa、Isb、Isc、Ita、Itb、Itc信号端相连。
如图6所示，基于ARM的控制电路，引脚SPI1_NSS与图5所示的引脚SPISTEA相连，引脚SPI1_SCK与图5所示的DSP引脚SPICLKA相连，引脚SPI1_SIMO与图5所示的DSP引脚SPISOMIA相连，引脚SPI1_SOMI与图5所示的DSP引脚SPISIMOA相连。引脚PA0、PA1、PA2、PA3、PA4、PA5分别连接图8所示的芯片74LS04的引脚1、2、3、4、5、6。
如图7所示，驱动电路，引脚VCC接3.3V电源，引脚VTD接15V电源，引脚VSS和引脚MODE接地，引脚Ain、Bin、Cin、Din、Ein、Fin分别与图5所示的引脚PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6，引脚Aout、Bout、Cout、Dout、Eout、Fout分别与图1所示的V1、V2、V3、V4、V5、V6的栅极相连。
如图8所示，触发电路，芯片74LS04的引脚7和芯片TD62004的引脚8接地，芯片74LS04的引脚14接VCC，芯片74LS04的引脚8、9、10、11、12、13分别通过电阻R14、R13、R12、R11、R10、R9与芯片TD62004的引脚7、6、5、4、3、2相连。芯片74LS04的引脚1-6分别连接图6所示的引脚PA0-PA5，芯片TD62004的引脚10、11、12、13、14、15分别与图1所示的VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的门极相连。

Claims (1)

1.一种混合式综合电能质量治理装置，主要包括D-STATCOM主电路、TSC主电路、信号采样调理电路、电压过零比较电路、基于DSP的控制电路、基于ARM的控制电路、TSC的触发电路、D-STATCOM的驱动电路和工控机，其特征在于：所述的信号采样调理电路与D-STATCOM主电路、TSC主电路、电网、电压过零比较电路相连，所述的基于DSP的控制电路分别与基于ARM的控制电路、驱动电路、电压过零比较电路以及工控机相连，而基于ARM的控制电路、触发电路和TSC的主电路依次相连；所述的驱动电路与D-STATCOM主电路相连；
在含有分布式电源的配电网中接入D-STATCOM和TSC，D-STATCOM的主电路拓扑为电压型逆变器，由电压支撑电容C和IGBTV1、V2、V3、V4、V5、V6组成的三相全桥逆变器组成；TSC主电路由抑制冲击电流的小电感、反并联晶闸管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、电容器组成；
信号采样调理电路主要构成：互感器T连接取样电阻R1，电阻R2一端与电阻R1相连，另一端与电容C1正极和运算放大器LM324引脚1相连，电阻R2与电容C1组成RC滤波器；运算放大器LM324引脚1与二极管D1的正极和D2的负极相连，二极管D1的负极连+15V电压，二极管D2的正极连-15V电压；运放LM324引脚2与电阻R3、R4相连，而R3的另一端与所说的R1、C1的另一端均接地，电阻R4的另一端相连运放LM324引脚5；而运放LM324的输出信号三相电压Ua、Ub、Uc，三相电流Ia、Ib、Ic，D-STATCOM直流侧电压Udc，D-STATCOM三相电流Isa、Isb、Isc，TSC三相电流Ita、Itb、Itc的信号端分别连接DSP的ADCINA0-7引脚和ADCINB0-4引脚；
电压过零比较电路主要构成：信号采样调理电路的Ua输出端与电容C2正极相连，电阻R5两端分别与电容C2、C3的正极相连；电容C3的正极、二极管D3的正极、D4的负极均与运放LM393引脚2相连；所述的电容C2、C3的负极、二极管D3的负极、D4的正极、运放LM393引脚1和引脚4均接地，运放LM393引脚3交流电压VCC；电容C4一端与运放LM393引脚3相连，另一端接地；电容C5两端分别与LM393引脚2和引脚5相连，运放LM393输出端b与DSP的XINT1引脚相连；
基于DSP的控制电路，DSP的引脚XINT1与LM393输出端b相连；引脚PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6分别与引脚Ain、Bin、Cin、Din、Ein、Fin相连；DSP引脚SPICLKA与引脚SPI1_SCK相连，DSP引脚SPISTEA与引脚SPI1_NSS相连，DSP引脚SPISIMOA与引脚SPI1_SOMI相连，DSP引脚SPISOMIA与引脚SPI1_SIMO相连；引脚ADCINA0-7和引脚ADCINB0-4分别和Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、Udc、Isa、Isb、Isc、Ita、Itb、Itc信号端相连；
基于ARM的控制电路，引脚SPI1_NSS与引脚SPISTEA相连，引脚SPI1_SCK与DSP引脚SPICLKA相连，引脚SPI1_SIMO与DSP引脚SPISOMIA相连，引脚SPI1_SOMI与DSP引脚SPISIMOA相连；引脚PA0、PA1、PA2、PA3、PA4、PA5分别连接芯片74LS04的引脚1、2、3、4、5、6；
驱动电路：引脚VCC接3.3V电源，引脚VTD接15V电源，引脚VSS和引脚MODE接地，引脚Ain、Bin、Cin、Din、Ein、Fin分别与引脚PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6，引脚Aout、Bout、Cout、Dout、Eout、Fout分别与V1、V2、V3、V4、V5、V6的栅极相连；
触发电路：芯片74LS04的引脚7和芯片TD62004的引脚8接地，芯片74LS04的引脚14接VCC，芯片74LS04的引脚8、9、10、11、12、13分别通过电阻R14、R13、R12、R11、R10、R9与芯片TD62004的引脚7、6、5、4、3、2相连；芯片74LS04的引脚1-6分别连接引脚PA0-PA5，芯片TD62004的引脚10、11、12、13、14、15分别与VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的门极相连。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108227541A (zh) * 2016-12-14 2018-06-29 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 一种非连续模拟差分信号频率与相位采集方法

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