CN205544279U - 一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置，包括外部壳体（1）和安装在外部壳体（1）内部的滤波装置本体（2）。本实用新型将滤波装置本体产生的热量带走，从而为滤波装置降温，进而增加滤波装置的使用寿命；并且在很大程度上确保了滤波装置工作过程中，自下空腔补入的气体在上空腔中的均匀性，从而提高了有源电力滤波装置散热的均匀性，结构简单，较为实用；同时本实用新型利用具有高速硬件并行算法和高工作频率的FPGA 为主控芯片内部构建的硬件数据处理电路对采样数据进行量化处理、数字滤波以及限幅处理，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。

Description

一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置

技术领域

本实用新型涉及一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置。

背景技术

有源电力滤波器（APF：Active power filter）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，之所以称为有源，是相对于无源LC滤波器，只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵销负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。利用可控功率半导体向电网注入与谐波源电流幅值相等相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零达到实时补偿谐波电流的目的，现有滤波器由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。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高速数字处理器DSP 对信号进行处理，将谐波基波分离并以脉冲调制信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲驱动IGBT 功率模块生长电网谐波电流幅值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置，包括外部壳体和安装在外部壳体内部的滤波装置本体，所述外部壳体的横断面呈圆形，外部壳体的内部通过一水平隔板分成上空腔和下空腔两部分，其中所述的滤波装置本体安装在上空腔内，与所述上空腔相对的外部壳体的上端设有排气口，与所述下空腔相对的外部壳体上设置有一组进气管；所述的进气管分别包括水平部，以及设置在水平部一端的第一弯曲部和设置在水平部另一端的第二弯曲部，第二弯曲部位于外部壳体内，第一弯曲部位于外部壳体外，各第二弯曲部的出气口的开口朝向同一圆周方向，各第一弯曲部的出气口的开口竖直向下；位于滤波装置本体与所述外部壳体的侧壁之间的水平隔板上设有用于连通上空腔和下空腔的连通孔，所述的连通孔均匀分布；所述的滤波装置本体包括FPGA 主控芯片和A\D 转换电路，所述的FPGA 主控芯片与A\D 转换电路连接；所述的FPGA 主控芯片内部设置有一级处理电路、谐波分析电路和调制电路，所述A\D 转换电路的输出端与一级处理电路连接，所述的一级处理电路的输出端与谐波分析电路连接，所述的调制电路的输出端与谐波分析电路连接；其中，一级处理电路用于将经过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；谐波分析电路，连接一级处理电路，用于将一级处理电路输出的限幅信号进行谐波分析，并将谐波与基波分离；调制电路，连接谐波分析电路，用于以脉宽调制PWM 信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动外部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。

所述的第二弯曲部的出气口的开口方向水平，且与外部壳体的内侧壁相切。

所述的排气口上安装有排气扇。

所述的外部壳体的顶盖的外沿上设有用于遮雨的弯折板，所述的弯折板斜向下倾斜。

所述外部壳体的下端设有具有自锁功能的行走轮。

所述连通孔的直径为1cm，两连通孔孔心之间的距离为2.5cm。

在所述的FPGA主控芯片内还设置有微处理器，所述的微处理器连接谐波分析电路；其中，微处理器用于进行各电量参数显示处理以及人机交互控制处理，并与通讯端口和显示端口相连接。

所述的滤波装置本体还包括与A\D 转换电路的输入端相连接的信号处理电路，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。

所述的滤波装置本体还包括与顺次连接的驱动电路、逆变电路和滤波电路，所述的驱动电路的输入端与调制电路连接；其中，由调制电路所产生的PWM 调制脉冲通过所述的驱动电路将PWM 脉冲放大到外部IGBT功率模块所需的电平；由驱动电路所输出的PWM 脉冲经过所述的逆变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；利用所述的滤波电路将补偿电流中高频载波电流滤除，使得从滤波电路中注入电网中的补偿电流完全为电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流。

所述的逆变电路为IGBT逆变电路。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型通过水平隔板将外部壳体的内腔划分成上下两个腔体，并将滤波装置本体安装在上空腔中，且在与上空腔相对的外部壳体的上端设有排气口，在与下空腔相对的外部壳体上设置有一组进气管；使用时，滤波装置本体与上空腔内的气体进行热交换，上空腔内的气体在热交换之后温度升高，之后通过排气口排出，此时上空腔内形成负压区，下空腔中的气体向上空腔中补入，之后下空腔成为负压区，外部壳体外的气体通过各进气管源源不断的补入下空腔内，如此循环往复，将滤波装置本体产生的热量带走，从而为滤波装置降温，进而增加滤波装置的使用寿命。

（2）本实用新型所述的进气管分别包括水平部，以及设置在水平部一端的第一弯曲部和设置在水平部另一端的第二弯曲部，第二弯曲部位于壳体内，第一弯曲部位于壳体外，各第二弯曲部的出气口的开口朝向同一圆周方向，经进气管补入的外界空气在下空腔中形成一涡旋，所述的涡旋产生一种吸力，从而便于将外部壳体外的空气更为快速的吸进下空腔中，进而便于下空腔得以快速充满气体，以便满足上空腔中的热交换需求。

（3）本实用新型在位于滤波装置本体与所述壳体的侧壁之间的水平隔板上设有用于连通上空腔和下空腔的连通孔，所述的连通孔均匀分布，这在很大程度上确保了滤波装置工作过程中，自下空腔补入的气体在上空腔中的均匀性，从而提高了有源电力滤波装置散热的均匀性，结构简单，较为实用。

（4）本实用新型的外部壳体的顶盖的外沿上设有用于遮雨的弯折板，所述的弯折板斜向下倾斜，遮雨板的使用，可在一定程度上防止下雨天雨水进入滤波装置，结构简单、较为实用。

（5）本实用新型利用具有高速硬件并行算法和高工作频率的FPGA 为主控芯片内部构建的硬件数据处理电路对采样数据进行量化处理、数字滤波以及限幅处理，再经谐波分析处理并及时以脉宽调制PWM 信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT 逆变电路，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，对谐波电流进行及时的补偿或抵消，主动消除电力谐波，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。

（6）本实用新型所述的调制电路能够以脉宽调制PWM 脉冲形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，具有噪声抵抗能力超强且可将噪声影响降低到最小的优点。

附图说明

图1为本实用新型外部壳体结构示意图；

图2为第二弯曲部示意图；

图3为滤波装置本体原理框图；

图中，1-外部壳体，2-滤波装置本体，3-水平隔板，4-上空腔，5-下空腔，6-排气口，7-连通孔，8-进气管，81-第一弯曲部，82-第二弯曲部，9-顶盖，10-弯折板，11-排气扇，12-行走轮。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案：

如图1和图2所示，一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置，包括外部壳体1和安装在外部壳体1内部的滤波装置本体2，所述外部壳体1的横断面呈圆形，外部壳体1的内部通过一水平隔板3分成上空腔4和下空腔5两部分，其中所述的滤波装置本体2安装在上空腔4内，与所述上空腔4相对的外部壳体2的上端设有排气口6，与所述下空腔5相对的外部壳体1上设置有一组进气管8；所述的进气管8分别包括水平部，以及设置在水平部一端的第一弯曲部81和设置在水平部另一端的第二弯曲部82，第二弯曲部82位于外部壳体1内，第一弯曲部81位于外部壳体1外，各第二弯曲部82的出气口的开口朝向同一圆周方向，各第一弯曲部81的出气口的开口竖直向下；位于滤波装置本体2与所述外部壳体1的侧壁之间的水平隔板3上设有用于连通上空腔4和下空腔5的连通孔7，所述的连通孔7均匀分布。

所述的第二弯曲部82的出气口的开口方向水平，且与外部壳体1的内侧壁相切。所述连通孔7的直径为1cm，两连通孔7孔心之间的距离为2.5cm。这在很大程度上确保了滤波装置工作过程中，自下空腔5补入的气体在上空腔4中的均匀性，从而提高了有源电力滤波装置散热的均匀性，结构简单，较为实用。

使用时，滤波装置本体2与上空腔4内的气体进行热交换，上空腔4 内的气体在热交换之后温度升高，之后通过排气口6排出，此时上空腔4内形成负压区，下空腔5中的气体向上空腔4中补入，之后下空腔5成为负压区，外部壳体1外的气体通过各进气管8源源不断的补入下空腔5内。在滤波装置工作的过程中，上空腔4中热交换后的气体不断的通过排气口6排出，下空腔5中的气体不断的补入上空腔4中，而外部壳体1外的空气不断的补入下空腔5中，如此循环往复，将滤波装置本体2产生的热量带走，从而为滤波装置降温，进而增加滤波装置的使用寿命。其中，经各进气管8补入的外界空气在下空腔5中形成一涡旋，外部壳体1外的空气在上述涡旋的吸力作用下，更为快速的补入下空腔5，进而便于下空腔5得以快速充满，以便不间断的满足上空腔4中的热交换需求，进而提高滤波装置的散热效率。

滤波装置本体2安装在水平隔板3上，且为了提高滤波装置的散热效率，本实用新型在与滤波装置本体2的底部与外部壳体1之间的水平隔板3上也设有通孔，且在本实施方式中，上述水平隔板3上的通孔与水平隔板3上的连通孔7具有相同的形状与大小。其中，上述通孔的使用，增大了气体与滤波装置本体2之间的接触面积，从而在一定程度上提高了滤波装置的散热效率。

所述的有源电力滤波装置的外部壳体1的顶盖9的外沿上设有用于遮雨的弯折板10，所述的弯折板10斜向下倾斜，在将本实用新型用于室外时，所述的弯折板10可用于为滤波装置进行挡雨，尤其是可用于防止雨水通过排气口6进去滤波装置内，结构简单，较为实用；本实施方式所述的有源电力滤波装置的外部壳体1的下端设有具有自锁功能的行走轮12，不仅便于依据实际需要快速移动滤波装置，且在将滤波装置移动至所需的位置时，可通过行走轮12的锁止机构进行锁止，从而将滤波装置固定在某合适的位置；此外，在本实施方式中，在所述的排气口6上安装有排气扇11，排气扇11的使用，进一步加快了滤波装置外部壳体1中气流交换的速率，进而进一步提高了滤波装置的散热效率。

如图3所示，所述的滤波装置本体2包括FPGA 主控芯片和A\D 转换电路，所述的FPGA 主控芯片与A\D 转换电路连接；所述的FPGA 主控芯片内部设置有一级处理电路、谐波分析电路和调制电路，所述A\D 转换电路的输出端与一级处理电路连接，所述的一级处理电路的输出端与谐波分析电路连接，所述的调制电路的输出端与谐波分析电路连接；其中，一级处理电路用于将经过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；谐波分析电路，连接一级处理电路，用于将一级处理电路输出的限幅信号进行谐波分析，并将谐波与基波分离；调制电路，连接谐波分析电路，用于以脉宽调制PWM 信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动外部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。利用具有高速硬件并行算法和高工作频率的FPGA主控芯片内部由一级处理电路、谐波分析电路、和调制电路所搭载的数据采集处理电路对采样数据进行量化处理、数字滤波以及限幅处理，再经谐波分析处理并及时以脉宽调制PWM信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT 逆变电路，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，对谐波电流进行及时的补偿或抵消，主动消除电力谐波，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。

在所述的FPGA主控芯片内还设置有微处理器，所述的微处理器连接谐波分析电路；其中，微处理器用于进行各电量参数显示处理以及人机交互控制处理，并与通讯端口和显示端口相连接。利用通讯端口与人机交互组件进行沟通，并通过显示端口将经过FPGA 主控芯片处理后的各电量参数输出到显示设备上进行显示。

所述的滤波装置本体还包括与A\D 转换电路的输入端相连接的信号处理电路，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。

所述的滤波装置本体还包括与顺次连接的驱动电路、逆变电路和滤波电路，所述的驱动电路的输入端与调制电路连接；其中，由调制电路所产生的PWM 调制脉冲通过所述的驱动电路将PWM 脉冲放大到外部IGBT功率模块所需的电平；由驱动电路所输出的PWM 脉冲经过所述的逆变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；利用所述的滤波电路将补偿电流中高频载波电流滤除，使得从滤波电路中注入电网中的补偿电流完全为电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流。

所述的逆变电路为IGBT逆变电路。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT( 双极型三极管) 和MOS( 绝缘栅型场效应管) 组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET 的高输入阻抗和GTR 的低导通压降两方面的优点。较之其他功率管具有驱动功率小、输出电流大、击穿电压高、工作频率高等优点。

Claims (10)

1.一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置，包括外部壳体（1）和安装在外部壳体（1）内部的滤波装置本体（2），其特征在于：所述外部壳体（1）的横断面呈圆形，外部壳体（1）的内部通过一水平隔板（3）分成上空腔（4）和下空腔（5）两部分，其中所述的滤波装置本体（2）安装在上空腔（4）内，与所述上空腔（4）相对的外部壳体（1）的上端设有排气口（6），与所述下空腔（5）相对的外部壳体（1）上设置有一组进气管（8）；所述的进气管（8）分别包括水平部，以及设置在水平部一端的第一弯曲部（81）和设置在水平部另一端的第二弯曲部（82），第二弯曲部（82）位于外部壳体（1）内，第一弯曲部（81）位于外部壳体（1）外，各第二弯曲部（82）的出气口的开口朝向同一圆周方向，各第一弯曲部（81）的出气口的开口竖直向下；位于滤波装置本体（2）与所述外部壳体（1）的侧壁之间的水平隔板（3）上设有用于连通上空腔（4）和下空腔（5）的连通孔（7），所述的连通孔（7）均匀分布；所述的滤波装置本体（2）包括FPGA 主控芯片和A\D 转换电路，所述的FPGA 主控芯片与A\D 转换电路连接；所述的FPGA 主控芯片内部设置有一级处理电路、谐波分析电路和调制电路，所述A\D 转换电路的输出端与一级处理电路连接，所述的一级处理电路的输出端与谐波分析电路连接，所述的调制电路的输出端与谐波分析电路连接；其中，一级处理电路用于将经过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；谐波分析电路，连接一级处理电路，用于将一级处理电路输出的限幅信号进行谐波分析，并将谐波与基波分离；调制电路，连接谐波分析电路，用于以脉宽调制PWM 信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动外部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。

2.根据权利要求1所述的一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置，其特征在于：所述的第二弯曲部（82）的出气口的开口方向水平，且与壳体的内侧壁相切。

3.根据权利要求1所述的一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置，其特征在于：所述的排气口（6）上安装有排气扇（11）。

4.根据权利要求1所述的一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置，其特征在于：所述的外部壳体（1）的顶盖（9）的外沿上设有用于遮雨的弯折板（10），所述的弯折板（10）斜向下倾斜。

5.根据权利要求1所述的一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置，其特征在于：所述外部壳体（1）的下端设有具有自锁功能的行走轮（12）。

6.根据权利要求1所述的一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置，其特征在于：所述连通孔的直径为1cm，两连通孔孔心之间的距离为2.5cm。

7.根据权利要求1所述的一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置，其特征在于：在所述的FPGA主控芯片内还设置有微处理器，所述的微处理器连接谐波分析电路；其中，微处理器用于进行各电量参数显示处理以及人机交互控制处理，并与通讯端口和显示端口相连接。

8.根据权利要求1所述的一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置，其特征在于：所述的滤波装置本体还包括与A\D 转换电路的输入端相连接的信号处理电路，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。

9.根据权利要求1所述的一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置，其特征在于：所述的滤波装置本体还包括与顺次连接的驱动电路、逆变电路和滤波电路，所述的驱动电路的输入端与调制电路连接；其中，由调制电路所产生的PWM 调制脉冲通过所述的驱动电路将PWM 脉冲放大到外部IGBT功率模块所需的电平；由驱动电路所输出的PWM 脉冲经过所述的逆变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；利用所述的滤波电路将补偿电流中高频载波电流滤除，使得从滤波电路中注入电网中的补偿电流完全为电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流。

10.根据权利要求9所述的一种安全可靠的智能电网有源电力滤波装置，其特征在于：所述的逆变电路为IGBT逆变电路。