模塊化並聯數字控制電力諧波有源抑制裝置的製作方法
2023-05-20 17:08:46 1
專利名稱：模塊化並聯數字控制電力諧波有源抑制裝置的製作方法
技術領域：
本發明是申請號為200510049420.X，申請日為2005年3月22日，發明名稱為模塊化並聯數字控制電力諧波有源抑制方法及裝置的分案申請。
技術領或本發明涉及一種模塊化並聯數字控制電力諧波有源抑制裝置。
背景技術：
1976年Gyugyi最早提出有源電力濾波器(Active Power Filter)，1983年赤木泰文等人提出「三相電路瞬時無功功率理論」，以該理論為基礎的諧波電流檢測方法在有源電力濾波器中得到了成功的應用[1]，極大地促進了有源電力濾波器的發展，近年來有源電力濾波器一直是學術界和產業界關注的熱點之一。有源電力濾波器的結構型式主要有並聯型、串聯型，為了應用於大容量的諧波抑制場合，又出現了混合型、多重化主電路、多模塊並聯等方式。多模塊並聯補償方式比較靈活，採用不同數量補償模塊並聯後，可以應用於不同容量及要求的諧波抑制場合。
目前的多模塊並聯補償方式的主要區別是諧波電流的採樣及均流控制策略，如圖1所示[2]，以往較多採用一套電流傳感器採樣含諧波電網電流，然後將它經過均流單元均流後，再送至各個有源電力濾波器模塊，缺點是可靠性較低，抗幹擾性差。
參考文獻[1].王兆安，楊君，劉進軍《諧波抑制和無功功率補償》，機械工業出版社，1998.9[2].Chiang，S.J.；Chang，J.M.Design and implementation of theparallelable active power filter，Power Electronics SpecialistsConference，1999.PESC 99.30th Annual IEEE，Volume1，27 June-1July1999，Pages406-411 vol.1發明內容本發明的目的是提供一種模塊化並聯數字控制電力諧波有源抑制裝置。
模塊化並聯數字控制電力諧波有源抑制方法N+1臺數字控制電力諧波有源抑制模塊並聯補償諧波，N+1臺模塊中的一臺模塊是冗餘模塊，每臺模塊都有一套電流傳感器，這些電流傳感器從非線性負載側同一點採樣電網電流，每臺模塊從採樣的電網電流中計算出諧波電流分量，再將諧波電流分量反相後乘以均流係數，得到電流指令，然後，採用滯環控制或者三角波比較控制，控制輸出電流跟蹤電流指令變化。均流係數是通過各個數字控制電力諧波有源抑制模塊之間進行RS485通信確定，均流係數等於正常工作的模塊的臺數的倒數，並且，均流係數隨正常工作的模塊的臺數的變化而變化。N+1臺模塊並聯接入電網。
模塊化並聯數字控制電力諧波有源抑制裝置具有依次連接的單片機監控單元、DSP控制單元、滯環控制/三角波比較控制單元、驅動電路、三相半橋式逆變電路，DSP控制單元分別與電壓傳感器1、電壓傳感器2、電流傳感器2相接，滯環控制/三角波比較控制單元與電流傳感器1相接。
本發明的優點是1)模塊化結構，便於標準化生產，用戶擴容便利；2)N+1多機冗餘，當其中有一臺數字控制電力諧波有源抑制模塊出現故障停止工作後，其餘N臺模塊仍然能保證提供100％的諧波補償電流，提高了系統可靠性；3)並聯均流控制方法，均流係數等於正常工作的數字控制電力諧波有源抑制模塊的臺數的倒數，平均利用每臺模塊的功率容量，均流係數隨正常工作的模塊的臺數的變化而變化，提高了系統的靈活、實時性和可靠性；4)電流測量傳感方法，每臺數字控制電力諧波有源抑制模塊都有一套電流傳感器，這些電流傳感器從非線性負載側同一點採樣電網電流，提高了系統採樣電流的可靠性和抗幹擾性；5)採用DSP數字控制技術，保證了優良的補償性能和高度的實時性。
圖1是以往的模塊化並聯諧波抑制裝置接線圖；圖2是本發明的模塊化並聯數字控制電力諧波有源抑制裝置接線圖；圖3是本發明的單個諧波有源抑制模塊的電路方框圖；圖4是本發明的單個諧波有源抑制模塊的三相半橋式逆變電路拓撲圖；圖5是本發明的單個諧波有源抑制模塊的滯環控制/三角波控制單元的電路方框圖；圖6是本發明的單個諧波有源抑制模塊的DSP控制單元的電路方框圖；圖7是本發明的單個諧波有源抑制模塊的單片機監控單元的電路方框圖。
具體實施例方式
如圖2所示，N+1臺數字控制電力諧波有源抑制模塊並聯接到電網，補償電網諧波電流，每臺數字控制電力諧波有源抑制模塊都有一套電流傳感器，這些電流傳感器從非線性負載側同一點採樣電網電流，將採樣的電網電流送至每臺模塊的DSP控制單元，通過基於瞬時無功功率理論的諧波電流檢測方法[1]，計算出採樣的電網電流中的諧波電流分量，再將諧波電流分量反相後乘以來自單片機監控單元的均流係數，得到電流指令，然後，DSP控制單元將電流指令送至滯環控制/三角波比較控制單元，在滯環控制/三角波比較控制單元中，電流指令和來自電流傳感器1的輸出電流的誤差信號，經過滯環控制器或者三角波比較控制器，產生PWM脈衝控制信號，再通過驅動電路，驅動三相半橋式逆變電路中IGBT模塊，向電網輸出電流。均流係數是通過各個模塊的單片機監控單元之間進行RS485通信確定，均流係數等於正常工作的模塊的臺數的倒數，並且，均流係數隨正常工作的模塊的臺數的變化而變化。
如圖3所示，每臺數字控制電力諧波有源抑制模塊的結構相同，包括三相半橋式逆變電路、驅動電路、滯環控制/三角波比較控制單元、DSP控制單元、單片機監控單元、電壓傳感器1、電壓傳感器2、電流傳感器1、電流傳感器2。圖2中驅動電路採用三菱公司驅動晶片M57962實現。
如圖4所示，三相半橋式逆變電路是三橋臂加電容中點引出式結構，具備零序電流補償功能，其中三橋臂採用雙單元IGBT模塊實現。
如圖5所示，滯環控制/三角波控制單元包括滯環比較環節和三角波比較環節，滯環比較環節由圖5所示的依次連接的減法器1、遲滯型比較器組成，減法器1、遲滯型比較器採用集成運放LF412實現；三角波比較環節由圖5所示的依次連接的減法器2、比例調節器、壓控振蕩器、減法器3、比較器組成，減法器2、比例調節器、壓控振蕩器、減法器3、比較器採用集成運放LF412實現，壓控振蕩器採用ICL8038實現。本發明的模塊化並聯數字控制電力諧波有源抑制裝置中單個數字控制電力諧波有源抑制模塊的電流跟蹤控制可以選擇滯環控制，或者三角波比較控制。滯環控制/三角波控制單元將來自DSP控制單元的電流指令信號和來自電流傳感器1的補償電流信號相減，經過滯環比較環節，或者三角波比較環節，產生PWM信號，將PWM信號送至驅動電路。
如圖6所示，DSP控制單元具有依次連接的數位訊號處理晶片、電阻分壓電路、1/2比例電路、減法器1、減法器2、PI調節器1、PI調節器2、採樣保持器、數/模變換電路組成，數位訊號處理晶片採用TMS320F240，1/2比例電路、減法器1、減法器2、PI調節器1、PI調節器2採用集成運放LF412實現，採樣保持器採用LF398實現，數/模變換電路採用MAX526實現。DSP控制單元送至滯環控制/三角波比較控制單元的電流指令包括三個部分補償電流指令、總壓控制信號、均壓控制信號。補償電流指令產生方式通過基於瞬時無功功率理論的諧波電流檢測方法[1]，計算出來自電流傳感器2的電網電流中的諧波電流分量，再將諧波電流分量反相後乘以來自單片機監控單元的均流係數，得到補償電流指令。總壓控制信號產生方式來自電壓傳感器1的電容總電壓與電阻分壓電路產生的總電壓參考值經過減法器1相減後，經PI調節器1，產生總壓控制信號。均壓控制信號產生方式來自電壓傳感器2的上電容電壓與電容總電壓的1/2比較後經PI調節器2，產生均壓控制信號。數位訊號處理晶片將計算出的電流指令通過D0～D7口送至數/模變換電路，將數字形式的電流指令轉換為模擬形式。
如圖7所示，單片機監控單元具有依次連接的單片機、雙口RAM組成，單片機採用MCS-51實現，雙口RAM採用IDT71342實現。單片機監控單元一方面將人機界面輸入的指令、均流係數通過雙口RAM傳遞給DSP控制單元；另一方面，通過雙口RAM接收DSP控制單元傳來的補償前三相電網電流信號用於顯示；同時，單片機監控單元通過RS485通信和其它並聯數字控制電力諧波有源抑制模塊進行多機通信，實時監控並聯補償系統的狀態，實現快速、自動均流。
權利要求
1.一種模塊化並聯數字控制電力諧波有源抑制裝置，其特徵在於具有依次連接的單片機監控單元、DSP控制單元、滯環控制/三角波比較控制單元、驅動電路、三相半橋式逆變電路，DSP控制單元分別與電壓傳感器(1)、電壓傳感器(2)、電流傳感器(2)相接，滯環控制/三角波比較控制單元與電流傳感器(1)相接。
2.根據權利要求1所述的一種模塊化並聯數字控制電力諧波有源抑制裝置，其特徵在於所述的三相半橋式逆變電路是三相半橋加電容中點引出式結構。
全文摘要
本發明公開了一種模塊化並聯數字控制電力諧波有源抑制裝置。它具有依次連接的單片機監控單元、DSP控制單元、滯環控制/三角波比較控制單元、驅動電路、三相半橋式逆變電路，DSP控制單元分別與電壓傳感器1、電壓傳感器2、電流傳感器2相接，滯環控制/三角波比較控制單元與電流傳感器1相接。發明採用模塊化結構，便於標準化生產，擴容便利；N+1多機冗餘，提高系統可靠性；並聯均流控制方法，提高系統實時性和可靠性；電流測量傳感方法，提高系統採樣電流的可靠性、抗幹擾性；DSP數字控制技術，保證優良補償性能和實時性。
文檔編號H02J3/01GK101013815SQ200710084569
公開日2007年8月8日 申請日期2005年3月22日 優先權日2005年3月22日
發明者徐德鴻, 鞠建永, 陳敏, 陳仲, 王華鳳, 徐君 申請人:浙江大學