一種有源動態濾波器的製作方法

2023-05-28 16:06:56

本實用新型涉及電力設備技術領域，具體涉及一種有源動態濾波器。

背景技術：

隨著社會的進步，照明系統、空調系統、電梯、計算機、UPS系統、整流器、逆變器、變頻器、變頻電機等非線性負載設備的大量應用，基波電流發生畸變產生諧波。而諧波汙染嚴重時，不僅會造成經濟損失，還會帶來很多問題，例如設備故障率高、設備使用壽命下降、生產率低、系統安全性下降以及一些很難查找出原因的問題。若要降低該類負效應帶來的危害，則需在電氣設備中進行濾波。通過有源動態濾波器，生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的電流，對諧波進行補償或抵消，主動消除電力諧波的需求。

電網中的電力負荷如照明系統、空調系統、電梯、計算機、UPS系統、整流器、逆變器、變頻器、變頻電機等，都需要濾波器進行相應的諧波濾波以避免上述問題。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於解決電網運行中的動態諧波及其不良影響問題，提供一種有源動態濾波器，通過該濾波器可實時主動消除電力諧波帶來的諸多問題，本實用新型的技術方案如下：

一種有源動態濾波器，由電流信號監測模塊、電流信號處理模塊、高速處理模塊、脈寬調製模塊、電流補償發生器、監測反饋模塊、預充電模塊和保護模塊八部分組成。

所述電流信號監測模塊與電源母線相連，用於實時監測電力系統主線電流信號變化。

所述電流信號處理模塊分別與電流信號監測模塊和高速處理模塊相連，該電流信號處理模塊將接收到的模擬電流信號處理成數值信號並傳送至高速處理模塊。

所述高速處理模塊與脈寬調製模塊和檢測反饋模塊相連，該高速處理模塊負責將數值信號進行諧波基波分離並接受監測反饋模塊反饋的監測數據。

所述脈寬調製模塊與電流補償發生器相連，該脈寬調製模塊接收高速處理模塊發出的指令後進行脈寬調製。

所述電流補償發生器與監測反饋模塊相連，該電流補償發生器接受脈寬調製模塊發出的指令後能生成補償電流。

所述監測反饋模塊還與預充電模塊相連，該監測反饋模塊能夠實時監測補償電流並反饋給高速處理模塊進行調整。

所述預充電模塊與監測反饋模塊相連，該預充電模塊可對電流補償發生器進行預充電。

所述預充電模塊與保護模塊相連，該預充電模塊可對電流補償發生器進行預充電。

所述保護模塊與電源母線相連，其能夠保護電流補償發生器。

所述電流信號監測模塊包括用於採集電流信號的電流互感器。

所述電流信號處理模塊包括用於將採集的模擬電流信號轉換成數位訊號的模數轉換器。

所述高速處理模塊包括諧波基波分離單元、諧波對比單元，所述諧波基波分離單元用於將電流信號處理模塊和監測反饋模塊發出的數位訊號進行諧波基波分離得到諧波波形；所述諧波對比單元用於對比電流信號處理模塊和監測反饋模塊發出的數位訊號，得到差值作為實時補償信號。

所述脈寬調製模塊包括基波參考單元、諧波基波對比單元，所述基波參考單元為標準基波波形，用於與諧波對比；所述諧波基波對比單元用於將諧波基波與基波參考單元對比得到開關信號。

所述電流補償發生器包括IGBT、電容器，所述IGBT用於接收脈寬調製模塊發出的開關信號並控制對應的電容器生成幅值相等、極性相反的補償電流；所述電容器用於提供生成補償電流的電能。

所述監測反饋模塊包括電流採集單元、模數轉換器，所述電流採集單元包括用於採集電流信號的電流互感器；所述模數轉換器用於將採集的模擬電流信號轉換成數位訊號並傳遞給高速處理模塊。

所述預充電模塊包括預充電電阻、電壓監測模塊、接觸器、電抗器，所述預充電電阻用於對電流補償發生器的電容器進行限流充電；所述電壓監測模塊用於監測充電後端的電壓；所述接觸器在充電電壓達到預定值，預充電結束後閉合；所述電抗器用於限制電流突變。

所述保護模塊包括用於限制電流過大的熔斷器。

本實用新型的有源動態濾波器具有以下有益效果：(1)實時監控電源母線上的電流信號，對電網諧波基波進行分離分析處理，然後進行脈寬調製生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流，主動消除電力諧波；(2)能夠對補償電流進行實時監測，並將監測數據反饋至高速處理器從而對生成的補償電流進行校正；(3)結構簡單、經濟實用，使用效果非常好。

附圖說明

圖1為本實用新型有源動態濾波器工作原理示意圖。

具體實施方式

為使本領域技術人員充分理解本實用新型的技術方案和有益效果，以下結合具體實施例及附圖進行進一步說明。以下僅為本實用新型較佳的具體實施方式，本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本領域的技術人員在本實用新型紕漏的技術範圍內，對本實用新型的技術方案、構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。

如圖1所示，一種有源動態濾波器，由電流信號監測模塊、電流信號處理模塊、高速處理模塊、脈寬調製模塊、電流補償發生器、監測反饋模塊、預充電模塊和保護模塊八部分組成。各個部分(功能模塊)之間的連接關係如下：電流信號監測模塊一端與電源母線相連另一端與電流信號處理模塊相連，電流信號處理模塊依次與高速處理模塊、脈寬調製模塊、電流補償發生器、監測反饋模塊、預充電模塊、保護模塊相連，保護模塊最後與電源母線相連形成一個閉合迴路。此外監測反饋模塊還與高速處理模塊相連形成第二個調節閉合迴路。

電流信號監測模塊包含電流互感器等，用於採集電源母線的電流信號。電流信號處理模塊包含模數轉換器等，所述模數轉換器用於將採集的模擬電流信號轉換成數位訊號。高速處理模塊包含諧波基波分離單元、諧波對比單元等，其中諧波基波分離單元用於將電流信號處理模塊和監測反饋模塊發出的數位訊號進行諧波基波分離得到諧波波形，諧波對比單元用於對比電流信號處理模塊和監測反饋模塊發出的數位訊號得到差值作為實時補償信號。脈寬調製模塊包含基波參考單元、諧波基波對比單元，其中基波參考單元是標準基波波形用於與諧波進行對比，諧波基波對比單元用於接收高速處理模塊發出的實時補償信號的基波波形並與基波參考單元進行對比，得到開關信號。電流補償發生器包含IGBT、電容器等，其中IGBT用於接收脈寬調製模塊發出的開關信號並控制對應的電容器生成幅值相等、極性相反的補償電流，電容器用於提供生成補償電流的電能。監測反饋模塊包含電流採集單元、模數轉換器等，其中電流採集單元包含用於採集電流信號的電流互感器，模數轉換器用於將採集的模擬電流信號轉換成數位訊號並傳遞給高速處理模塊。預充電模塊包含預充電電阻、電壓監測模塊、接觸器、電抗器等，其中預充電電阻用於對電流補償發生器的電容器進行限流充電，電壓監測模塊用於監測充電後端的電壓，接觸器用於當充電電壓達到預定值後，預充電結束接觸器閉合，電抗器用於限制電流突變對設備造成不可逆的損壞。保護模塊包含熔斷器，該熔斷器用於限制電流過大對設備造成不可逆的損壞。

當電力系統上連接有大量空調系統、電梯等非線性負載時，在電網中會產生有害的諧波。如果電網中連接有本實用新型的有源動態濾波器，則首先電流信號監測模塊會實時監測到電力系統中的電流變化，並將該信號傳遞給電流信號處理模塊進行處理(將模擬信號處理成數值信號)，高速處理模塊將電流信號處理模塊和監測反饋模塊發出的數位訊號進行諧波基波分離，並對比電流信號處理模塊的數位訊號和監測反饋模塊發出的數位訊號得到差值作為實時補償信號，接著由脈寬調製模塊根據實時補償信號進行脈寬調製得到開關信號。脈寬調製模塊發出的開關信號被電流補償發生器接收後生成幅值相等、極性相反的補償電流，補償電流通過監測反饋模塊、預充電模塊和保護模塊輸入電網中從而主動消除諧波。由於監測反饋模塊同時與高速處理模塊相連，因此其接收到補償電流後會實時反饋給高速處理模塊，高速處理模塊負責對比來自電網的諧波信號和補償後的諧波信號，根據對比得到的差值作為補償信號及時調整脈寬調製模塊和電流補償發生器。預充電模塊和保護模塊能夠對電流補償發生器進行預充電保護和限流保護，保護電流補償發生器免於不可逆的損壞。