CN205489530U - 一种自动同步精确控制电网谐波装置 - Google Patents

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Abstract

一种自动同步精确控制电网谐波装置，属于电力系统控制领域。本实用新型旨在应用数字化计算各次谐波电压分量的复合信号与模拟电路发出的三角波信号直接比较输出抑制电网谐波的功率变换单元的驱动信号以实现精确抑制电网谐波。电网侧电压检测电路连接电压信号调理电路，电网侧电流检测电路连接电流信号调理电路，电流信号调理电路与控制芯片的A/D接口连接；控制芯片的D/A接口连接高通滤波器，高通滤波器和电压信号调理电路均连接加法器，加法器与比较器连接，三角波发生器连接比较器，比较器连接驱动电路，驱动电路连接功率变换单元，功率变换单元连接整流单元和电抗器，整流单元和电抗器分别连接电网。本实用新型实现了精确抑制电网谐波。

Description

一种自动同步精确控制电网谐波装置
技术领域
本实用新型涉及一种自动控制电网谐波装置，具体涉及一种自动同步精确控制电网谐波装置，属于电力系统控制领域。
背景技术
电网非线性用电设备的大量使用，特别是电力电子设备的应用，在提升工业控制水平的同时，电力电子器件的非线性使得电网谐波污染日趋严重。应用全数字化抑制电网谐波技术存在不能精确控制抑制电网谐波电压，因此无法真正解决电网谐波污染的问题；应用纯模拟技术无法实时依据电网谐波电压调整控制参数以治理电网谐波的问题。
实用新型内容
在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，根据本实用新型的一个方面，本实用新型旨在提出一种自动同步精确控制电网谐波装置，应用数字化计算各次谐波电压分量的复合信号与模拟电路发出的三角波信号直接比较输出抑制电网谐波的功率变换单元的驱动信号以实现精确抑制电网谐波。
本实用新型提出的一种自动同步精确控制电网谐波装置，包括三角波发生器、比较器、加法器、高通滤波器、DSP控制芯片、驱动电路、功率变换单元、电抗器、电网侧电压检测电路、电压信号调理电路、电网侧电流检测电路、电流信号调理电路和整流单元；
所述电网连接有电网侧电压检测电路和电网侧电流检测电路，电网侧电压检测电路连接电压信号调理电路，电网侧电流检测电路连接电流信号调理电路，电流信号调理电路与DSP控制芯片的A/D接口连接；DSP控制芯片的D/A接口连接高通滤波器，高通滤波器和电压信号调理电路均连接加法器，加法器与比较器连接，三角波发生器连接比较器，比较器连接驱动电路，驱动电路连接功率变换单元，功率变换单元连接整流单元和电抗器，整流单元和电抗器分别连接电网。
进一步地：所述三角波发生器发出频率可调、幅值固定的载波信号。
进一步地：所述功率变换单元的驱动信号为PWM信号。
进一步地：所述驱动电路控制功率变换单元各相输出电压的基波电压与电网电压同频率、同相位、同幅值、同相序。
功率器件驱动信号由应用模拟电路技术设计的三角波电路发出频率可调、幅值固定的载波信号和检测得到电网侧电压信号经过电压信号调理电路输出的调制信号直接比较输出SPWM信号，此驱动电路控制功率变换电路各相输出电压的基波电压与电网电压同频率、同相位、同幅值、同相序。控制器经电抗器并网后输出的基波电流很小；
检测电网侧电流，经电流信号调理电路转换为可进行A/D转换的直流信号，对数字化的电流信号做谐波运算分析谐波电流成分，并计算各谐波电流的大小和相位以确定抑制各次谐波电流的各次电压数值，将各次电压相加得到抑制谐波电流的复合电压信号值由控制芯片的D/A输出；
由加法器将D/A输出抑制电网侧谐波电压的复合信号叠加至电网侧检测并经调理的电压信号上与模拟电路发出的三角波直接比较输出抑制电网谐波电流的功率器件驱动信号。
功率变换单元的驱动信号为PWM信号，由电网电流谐波分析功能闭环调节包含了各次谐波电压幅值和相位的复合信号的大小以精确抑制电网谐波电流。
谐波抑制控制器输出的基波电流很小，功率器件的开关频率可以选择较高以提高抑制电网谐波电流的谐波电压分辨率，从而实现精确抑制电网谐波的功能。
本实用新型所达到的效果为：
本实用新型提出的一种自动同步精确控制电网谐波装置，结合数字控制和模拟控制的优点，简化了数字化控制下的计算载波和调制波交点产生功率器件PWM驱动信号的不精确算法，可以精确输出抑制电网侧谐波电流的各次谐波电压，实现精确抑制电网侧谐波，具有良好的动态控制响应性能，自动识别电网相序、电压幅值、频率和相位，谐波抑制控制器输出的基波电流很小，主要输出抑制电网各次谐波电流的谐波电流。
附图说明
图1是本实用新型实现电网谐波精确抑制的抑制电网谐波控制器原理示意图；
图2是SPWM驱动信号产生原理示意图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本实用新型的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本实用新型公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
本实施方式的一种自动同步精确控制电网谐波装置，参见图1可知，其包括三角波发生器、比较器、加法器、高通滤波器、DSP控制芯片、功率变换单元、电抗器、电网侧电压检测电路、电压信号调理电路、电网侧电流检测电路、电流信号调理电路和整流单元；
所述电网连接有电网侧电压检测电路和电网侧电流检测电路，电网侧电压检测电路连接电压信号调理电路，电网侧电流检测电路连接电流信号调理电路，电流信号调理电路与DSP控制芯片的A/D接口连接；DSP控制芯片的D/A接口连接高通滤波器，高通滤波器和电压信号调理电路均连接加法器，加法器与比较器连接，三角波发生器连接比较器，比较器连接驱动电路，驱动电路连接功率变换单元，功率变换单元连接整流单元和电抗器，整流单元和电抗器分别连接电网。
“模拟电路发出三角波信号”单元输出三角波幅值固定，频率可调的载波信号；
“调理电网侧电压检测信号与模拟电路发出三角波信号匹配”单元实现电网侧电压检测作为调制信号，其中x表示电网三相电压ABC，Um为电网电压幅值，ω＝2πf，为各相相角，由信号调理电路变换使得电网侧电压检测信号与模拟电路发出三角波信号匹配；
“比较输出功率器件的驱动信号”单元实现载波信号与调制波信号比较，由载波信号与调制波信号的交点确定功率器件的驱动信号如图2所示；
“功率变换经电抗器输出”单元为谐波抑制控制器输出各相输出电压的基波电压与电网各相电压同频率、同相位、同幅值、同相序，理想状态时，控制器输出的基波电流为零，因此为提高电网谐波电流抑制的精度，电抗器的阻抗选择大于常规电抗器的阻抗；
调理电网侧电流检测信号经控制芯片的A/D转换后实现电网侧电流检测数字化ix＝Imsin(ωt+θx)，其中x表示电网三相电流ABC，Im为电网电流幅值，ω＝2πf，θx为各相相角，由信号调理电路变换使得电网侧电流检测信号与控制芯片A/D接口匹配；
对数字化的电流信号进行运算得到谐波电流分量组成和谐波电流幅值大小及相位值，由此确定抑制各次谐波电流的各次谐波电压大小，将各次谐波电压值相加得到电压复合信号并由控制芯片的D/A接口输出，此信号为直流信号，经高通滤波器转换为交流信号；
电压复合信号与调理过的电网侧检测信号经加法器叠加再与三角波比较输出PWM驱动信号控制功率变换器输出包含了抑制电网侧谐波电流的各次谐波电压信号；
本装置分别计算电网各相谐波分布，因此可以针对各相谐波进行精确抑制；
因为谐波抑制控制器输出基波电流小，主要输出各次谐波电流，为了精确输出各次谐波电压，依据电网主要谐波阶次主要为5次、7次、11次的特点以工频50Hz、开关频率为10kHz说明各次谐波电压每周期经载波调制输出的驱动信号点数分别为40点、28点和18点。
虽然本实用新型所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本实用新型的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本实用新型所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (4)

1.一种自动同步精确控制电网谐波装置，包括三角波发生器、比较器、加法器、高通滤波器、DSP控制芯片、驱动电路、功率变换单元、电抗器、电网侧电压检测电路、电压信号调理电路、电网侧电流检测电路、电流信号调理电路和整流单元；
所述电网连接有电网侧电压检测电路和电网侧电流检测电路，电网侧电压检测电路连接电压信号调理电路，电网侧电流检测电路连接电流信号调理电路，电流信号调理电路与DSP控制芯片的A/D接口连接；DSP控制芯片的D/A接口连接高通滤波器，高通滤波器和电压信号调理电路均连接加法器，加法器与比较器连接，三角波发生器连接比较器，比较器连接驱动电路，驱动电路连接功率变换单元，功率变换单元连接整流单元和电抗器，整流单元和电抗器分别连接电网。
2.根据权利要求1所述的一种自动同步精确控制电网谐波装置，其特征在于：所述三角波发生器发出频率可调、幅值固定的载波信号与检测得到的电网电压信号经比较器输出功率器件的SPWM驱动信号。
3.根据权利要求1所述的一种自动同步精确控制电网谐波装置，其特征在于：所述功率变换单元的驱动信号为PWM信号，也就是由DSP核心控制单元的D/A接口输出复合了各次谐波电压的模拟信号由加法器叠加到调理后电网电压信号与三角波比较输出抑制电网侧谐波电流的PWM驱动信号。
4.根据权利要求1所述的一种自动同步精确控制电网谐波装置，其特征在于：所述驱动电路控制功率变换单元各相输出电压的基波电压与电网电压同频率、同相位、同幅值、同相序。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105811419A (zh) * 2016-04-25 2016-07-27 哈尔滨理工大学 一种精确抑制电网谐波的控制方法
CN109546655A (zh) * 2018-11-21 2019-03-29 中国舰船研究设计中心 多通道谐波有源抑制装置及方法

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CN105811419B (zh) * 2016-04-25 2018-08-21 哈尔滨理工大学 一种精确抑制电网谐波的控制方法
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