CN206585325U - 一种应用于谐波和间谐波补偿的双dsp有源电力滤波器 - Google Patents

一种应用于谐波和间谐波补偿的双dsp有源电力滤波器 Download PDF

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魏景禹
接怡冰
王万乐
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Abstract

本实用新型公开了一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器，具体涉及谐波和间谐波补偿领域。一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器，包括相互连接的主控模块、主电路模块、开断保护模块、人机交互模块和为各用电模块供电的电源模块，主控模块上设置有双DSP控制单元、信号采集调理单元、模数转换单元、通信单元和外围开关量控制单元，主电路模块上设置有IGBT驱动器和逆变电路。

Description

一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器
技术领域
本实用新型涉及谐波和间谐波补偿领域，具体涉及一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器。
背景技术
随着新能源技术以及微电网概念的普及，在为人们带来了更加方便清洁能源的同时也给电力系统带来了挑战，由电力系统的电力电子化所引发的电能质量问题需要引起人们的广泛关注。在这其中，谐波污染是提高电能质量需要关注的的重要方面。目前对谐波的处理已经有比较完善的方法，但是对于间谐波的处理还有待提高，间谐波是指任何非基波频率整数倍的电压或电流信号。主要的间谐波源包括高压直流输电装置、电弧炉以及变频器等电力电子设备。国内外对间谐波的抑制方法，主要还是采用单调谐的无源滤波器，现有应用于并联有源电力滤波器的谐波检测及控制方法并不有效适用于间谐波环境下。所以，在电网中间谐波含量明显时，研究SAPF针对间谐波和谐波的共同检测及补偿方法具有重要理论价值和实际意义。
在电网中补偿谐波及间谐波所需容量不确定的情况下，对于在补偿全部谐波容量超过有源电力滤波器额定容量时，可以利用滤波器有限的容量只针对对系统危害较大的几次谐波进行补偿，从而提高滤波器的工作能力和效率，对提高电网的电能质量具有高效可观的实际意义。因此，研究一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器，主要涉及一种并联型有源电力滤波器在提高电能质量方面有重要意义。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提出了一种适用于抗谐波干扰能力强，能够充分补偿谐波和间谐波、并设置有本地控制和远程数据监测的一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器。
本实用新型具体采用如下技术方案：
一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器，包括相互连接的主控模块、主电路模块、开断保护模块、人机交互模块和为各用电模块供电的电源模块，所述主控模块上设置有双DSP控制单元、信号采集调理单元、模数转换单元、通信单元和外围开关量控制单元，主电路模块上设置有IGBT驱动器和逆变电路。
优选地，所述双DSP控制单元包括两块主芯片和一个双口RAM，其中一主芯片作为算法DSP，另一主芯片作为控制DSP，所述算法DSP采用TMS320F28335芯片，控制DSP采用TMS320F2812芯片。
优选地，所述人机交互模块包括一块DGUS串口屏。
优选地，所述开断保护模块包括避雷保护电路和接通保护电路。
优选地，所述信号采集调理单元包括连接在电网导线和补偿电流输出导线上的电压互感器和电流互感器，以及信号调理电路。
优选地，所述通信单元包括RS232和RS485通信接口电路。
优选地，所述IGBT驱动单元包括带有保护功能的驱动器，采用SKYPER-32PRO驱动器。
本实用新型具有如下有益效果：
（1）设备的主控部分采用双DSP控制平台，可以集成大量算法程序，有利于谐波和间谐波算法的执行，同时内嵌的乘法器可以快速处理信号数据，运算时间短，性能稳定，工作年限长；
（2）主电路部分采用带有保护功能的驱动器，省略了保护电路的设计，同时还附加有温度检测以及电源检测等功能，实现了设备的简洁优化设计；
（3）装配有强大的人机交互界面，利用DGUS屏可以实现人性化的模块设计，同时操作界面搭建简洁方便，可以为现场巡检人员提供方便；
（4）开断保护模块设置有避雷保护电路和带有保护电阻的开关组合，确保电路的安全稳定运行。
附图说明
图1为一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器的结构原理图。
图2为主控模块的结构原理图。
图3为主电路模块的结构原理图。
图4为信号采集模块的结构原理图。
图5为电压形成电路及低通滤波电路示意图。
图6为通信单元的结构原理图。
图7为RS-232通信接口电路示意图。
图8为RS-485通信接口电路示意图。
其中，1为主控模块，2为主电路模块，3为开断保护模块，4为人机交互模块，5为电源模块，6为双DSP控制单元，7为信号采集调理单元，8模数转换单元,9通信单元,10外围开关量控制单元，11为算法DSP，12为控制DSP，13为双口RAM。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的具体实施方式做进一步说明：
其中，DSP为数字信号处理器；RAM为随机存储器。
如图1-2所示，一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器，包括相互连接的主控模块1、主电路模块2、开断保护模块3、人机交互模块4和为各用电模块供电的电源模块5，所述主控模块上设置有双DSP控制单元6、信号采集调理单元7、模数转换单元8、通信单元9和外围开关量控制单元10，主电路模块2上设置有IGBT驱动器和逆变电路。
双DSP控制单元6包括两块主芯片和一个双口RAM13，其中一主芯片作为算法DSP11，另一主芯片作为控制DSP12。其中算法DSP11采用TMS320F28335芯片，控制DSP12采用TMS320F2812芯片，双口RAM13采用IDT70V24。
算法DSP中固化有谐波和间谐波检测分析的算法程序，通过接收模数转换单元8输入的电压电流信号，执行基于瞬时无功功率理论的PQ谐波检测算法程序，并将需要补偿的谐波和间谐波形成PWM信号传送给主电路模块2进行反向补偿，同时，通过双口RAM13将电压、电流以及功率等数据传送给控制DSP，再由控制DSP通过通信单元9传送给上位机并就地显示在人机交互模块4上。
控制DSP上还连接有外围开关量控制单元10，可以检测设备的各开关量的状态，并将状态通过控制DSP由通信单元9上传给上位机和显示在人机交互模块4上，同时，由上位机和人机交互模块4进行的控制命令也会通过控制DSP传送给外围开关量控制单元10进行执行。
模数转换单元8包括电压模数单元和电流模数转换单元，均设有6路模拟量差分输入通道，每路模拟量差分输入通道设置有采样保持器，可同时采样后逐个转换，并按照多种方式灵活输出。模数转换芯片采用ADS8364，电压模数转换单元和电流模数转换单元的主要功能是将电压转换单元和电流转换单元处理好的模拟信号转换为数字信号后传送给算法DSP，整个模数转换过程在算法DSP的控制下完成。
人机交互模块4采用DGUS串口屏，使用软件DGUS在PC机上进行变量规划、界面设计。在控制DSP控制下将电压、电流、功率等信息数据传送到人机交互单元进行显示，采用多界面操作，可以实现巡检人员的现场检查等操作。
如图3所示，主电路模块2包括IGBT驱动单元和逆变器，其中IGBT驱动单元包括带有保护功能的驱动器和散热器，逆变器采用IGBT功率单元构成三相桥式电路，其中驱动器采用SKYPER-32PRO驱动器。
如图4-5所示，信号采集调理单元7包括连接在电网导线和补偿电流输出导线上的电压互感器和电流互感器，以及信号调理电路，所述信号调理电路包括电压变换电路、电流变换电路。其中，所述电压变换电路包括基于运算放大器的线性衰减电路和低通滤波电路，所述电流变换电路包括电压形成电路和低通滤波电路。
如图6-8所示，通信单元9包括RS232通信接口电路和RS485通信接口电路。在RS-485电路中采用了高速光耦6N137实现信号的隔离传输，防止外部信号对内部系统的电磁干扰，提高了装置整体的稳定性，从而实现稳定的远程数据传输。
该应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器的工作原理为：首先利用信号采集调理单元7中的电压互感器和电流互感器对电网导线上的电压电流信号以及补偿输出导线上的电流信号进行采集，将采集到的电压电流信号传送到信号调理电路，利用里面基于运算放大器的线性衰减电路、电压形成电路和低通滤波电路对信号进行处理，形成能够进行处理的信号传送给模数转换单元8进行数字量转换，再将转换好的数字量传送到算法DSP11上。算法DSP11中固化有谐波和间谐波检测分析的算法程序，通过接收模数转换单元8输入的数字信号，执行基于瞬时无功功率理论的PQ谐波检测算法程序，并将需要补偿的谐波和间谐波形成PWM信号传送给主电路模块2进行反向补偿，同时，通过双口RAM13将电压、电流以及功率等数据传送给控制DSP12，再由控制DSP12通过通信单元9和人机交互模块4，有人机交互模块4实现本地实时操作，方便巡检人员操作，传送给通信单元9的信号分别通过RS232接口和RS485接口将信息传送给上位机和远程控制中心。由算法DSP11直接传送的PWM信号首先传送给主电路模块2的IGBT驱动单元，由驱动单元控制逆变器完成补偿电流的形成，并通过开断保护模块3传送回电网端对非线性负载产生的谐波和间谐波进行补偿。
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器，其特征在于，包括相互连接的主控模块、主电路模块、开断保护模块、人机交互模块和为各用电模块供电的电源模块，所述主控模块上设置有双DSP控制单元、信号采集调理单元、模数转换单元、通信单元和外围开关量控制单元，主电路模块上设置有IGBT驱动单元和逆变电路。
2.如权利要求1所述的一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器，其特征在于，所述双DSP控制单元包括两块主芯片和一个双口RAM，其中一主芯片作为算法DSP，另一主芯片作为控制DSP，所述算法DSP采用TMS320F28335芯片，控制DSP采用TMS320F2812芯片。
3.如权利要求1所述的一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器，其特征在于，所述人机交互模块包括一块DGUS串口屏。
4.如权利要求1所述的一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器，其特征在于，所述开断保护模块包括避雷保护电路和接通保护电路。
5.如权利要求1所述的一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器，其特征在于，所述信号采集调理单元包括连接在电网导线和补偿电流输出导线上的电压互感器和电流互感器，以及信号调理电路。
6.如权利要求1所述的一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器，其特征在于，所述通信单元包括RS232和RS485通信接口电路。
7.如权利要求1所述的一种应用于谐波和间谐波补偿的双DSP有源电力滤波器，其特征在于，所述IGBT驱动单元包括带有保护功能的驱动器，采用SKYPER-32PRO驱动器。
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