專利名稱：一種電能質量綜合治理裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電能質量綜合治理裝置。
背景技術：
近年來，隨著新型配電和用，設備的不斷的發(fā)展，特別是電力電子設備的規(guī)模使用， 在給人們帶來高效的工作和方便的生活同時，也帶來電網的污染的問題——諧波問題和 功率因數的降低，電網的污染使我們的用電環(huán)境逐步惡化，極大影響用電安全和用電效 率，電網質量的治理已迫在眉睫，普通的電網質量治理設備普遍存在功能單一、治理效 果差、響應速度慢、應變能力差、綜合造價高、甚至自身的安全性在復雜的電網污染環(huán) 境下都得不到保證的嚴重缺陷，在嚴重和復雜的電網污染環(huán)境面前越來越顯得無能為力， 使電網質量治理工作受到很大的限制。
目前，并聯電容器治理系統無功已被廣泛采用，它具有結構簡單、容易控制、容量 大、易擴展等優(yōu)點。但是并聯電容器不能有效濾除系統諧波，而且存在與系統阻抗發(fā)生 串并聯諧振的可能。在需要同時補償大容量無功和濾除諧波的應用場合， 一般采用并聯 電容器組和有源電力濾波器并聯的方法，二者并聯后會改變負荷的等效諧波阻抗且存在 電流耦合問題。由于通常二者獨立控制，可能引起諧波短路或者諧振故障，需要特殊設 計才可以穩(wěn)定運行。
發(fā)明內容
本實用新型所要解決的技術問題是為了解決現有并聯電容器組和有源電力濾波器并 聯后會改變負荷的等效諧波阻抗且存在電流耦合的問題，以及二者獨立控制，可能引起 諧波短路或者諧振故障，提供一種結構簡單，能夠補償大的無功功率，同時能夠治理電 網中的諧波，并能避免并聯電容器組與系統阻抗發(fā)生諧振的電能質量綜合治理裝置。
本實用新型是這樣實現的'
一種電能質量綜合治理裝置，包括并聯在電網上的含有電容器、接觸器的并聯電容器 組，以及含有IGBT電能變換器、電容儲能電路、緩啟動電路和高頻濾波電路組成的有源 電力濾波器，還包括由依次相連的接口板、DSP核心板、驅動板、以及所述DSP核心板通 過人機界面模塊與輸入/輸出模塊相連組成的控制裝置；所述接口板與所述電網中的源側 電流傳感器和負載側電流傳感器分別相連，將采集的三相電壓、電源側電流和負載側電流信號變換后送入DSP核心板；所述輸入/輸出模塊與所述并聯電容器組中的接觸器相連，
控制所述接觸器的通斷；所述驅動板將放大后的驅動脈沖信號送入IGBT電能變換器以控 制IGBT電能變換器中IGBT的通斷。
所述DSP核心板中含有依次相連的低通濾波器、數模轉換器、數字信號處理器和現場 可編程門陣列。
所述低通濾波器和數字信號處理器之間設有過零比較電路。 所述驅動板中的驅動芯片分別與光耦、電壓檢測電路和推挽放大電路相連。 所述接口板由分壓電路和電流采樣電阻構成。
本實用新型的有益效果1)并聯電容器組補償系統的大部分無功，有源電力濾波器 對剩余動態(tài)變化的無功進行補償，可以提高無功補償的效果，降低有源電力濾波器的容 量。2)有源電力濾波器同時補償負載諧波，可以避免系統與電容器產生諧振，省去了與 電容器組串聯的電抗器，降低了設備成本，同時提高了系統的穩(wěn)定性。3)使用一套控制 裝置，對并聯電容器和有源電力濾波器進行協調控制，增加了系統的穩(wěn)定性和易用性， 降低了設備成本。


圖l是本實用新型的結構圖； 圖2是本實用新型的控制裝置邏輯框圖； 圖》是本實用新型的驅動板電路框圖； 圖4是本實用新型的等效電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進一步說明。
參見圖l，本實用新型是一種并聯電容器組與有源電力濾波器混合使用的電能質量綜 合治理裝置，主要包括并聯電容器組、有源電力濾波器和控制裝置。其中并聯電容器 組個數可選，每組電容器包括熔絲FUn，接觸器KMn和電容器Cn。有源電力濾波器通過 斷路器QF并聯在電網上，有源電力濾波器包括IGBT電能變換器，儲能電容C1，高頻電抗 器L1,緩啟動電路和高頻濾波電路,控制裝置包括驅動板，接口板，DSP核心板，人機界 面模塊和IO模塊。
系統還包括兩組電流傳感器源側電流傳感器CT1和負載側電流傳感器CT2，分別檢 測電源側電流is和負載側電流b電源側電流is、負載側電流ii、系統電壓us都接到接口板上，經過分壓和采樣后連接到DSP核心板。DSP核心板完成諧波補償的核心控制算法，產 生PWM驅動脈沖并經過驅動板放大后控制IGBT電能變換器的開關。此外，DSP核心板還 實時計算系統的無功功率和功率因數。人機界面模塊與DSP核心板進行通訊，監(jiān)控APF 運行狀態(tài)并讀取當前的無功功率和功率因數，根據目標功率因數等設定值通過IO模塊控 制電容器組中接觸器的通斷，從而控制電容器的投切，補償無功。
有源電力濾波器工作時，儲能電容提供一相對恒定的直流電壓。在斷路器QF合上瞬 間，如果該直流電壓尚未建立，則會形成很大的沖擊電流，因此，在斷路器QF合上初期， 先通過緩啟動電路對儲能電容C1進行預充電，在充電到一定閾值時，將緩啟動電路短路， 再通過PWM控制進行升壓。
APF通過IGBT的PWM工作跟蹤參考諧波電流，輸出會疊加與開關頻率相同的高頻諧 波，采用高頻濾波電路將此部分電流濾除以確保大部分高頻諧波電流不會流入電網。
參見圖2，系統三相電壓信號連接到接口板，電源側電流is和負載側電流i,經CT采樣 后也連接到接口板。接口板上有分壓電路和電流采樣電阻，將電源側電流is、負載側電流 i,、系統電壓Us變換為適合于DSP核心板的電壓信號后送入DSP核心板。DSP核心板對接收 到的電壓、電流信號進行濾波，將高頻噪聲濾除后接到數模轉換器上，同時AB線電壓通 過一個過零比較電路，轉化為方波信號。該方波信號連接到數字信號處理器TMS320F2812 的外部中斷，為系統提供同步信號。數字信號處理器利用此同步信號采用定時中斷的方 式產生一個固定的采樣脈沖，在每個采樣脈沖的上升沿啟動數模轉換器采樣并讀取相應 通道的采樣數值。
在數據采樣完成一個工頻周期后，對數據進行傅立葉變換。通過諧波指令提取程序 產生指令電流信號，送入現場可編程門陣列(FPGA) EP1C20F324。 FPGA完成PWM功 能并將產生的驅動信號送入驅動板。驅動板將驅動脈沖信號放大后連接到IGBT的相應管 腳以控制IGBT的通斷，并且反饋IGBT過流信號到FPGA，實現過流關斷保護功能。DSP 同時計算系統當前的功率因數和無功功率。DSP通過通用異步收發(fā)器(UART)模塊與人 機界面模塊串行通信，監(jiān)控設備的運行狀態(tài)并讀取當前的功率因數和無功功率，運行相 應的算法計算出需要投切的電容器組，通過串行通信控制IO模塊的通斷，該IO模塊又控 制并聯電容器組中接觸器的通斷，從而達到投切電容器的目地。DSP核心板還具有看門 狗，增加了控制裝置的穩(wěn)定性。
參見圖3，來自DSP核心板的PWM驅動脈沖信號經過驅動芯片EXB841后，連接到推 挽放大電路。放大后的驅動脈沖信號連接到IGBT相應管腳控制IGBT的通斷。Vce檢測電路檢測IGBT柵極C和發(fā)射極E之間的電壓，連接到驅動芯片EXB841的電壓檢測腳。驅動 芯片EXB841的過流報警信號OOS經光耦隔離后反饋到DSP核心板，提供IGBT過流關斷保 護功能。
參見圖4，其中，Zsh為系統等效阻抗，Zch為電容器組等效阻抗。^為電源側諧波電 流，"為電容器上的諧波電流，^為APF輸出電流，^為負載諧波電流?？梢郧蟮?br> "=~~二% z' a = ~二、 (、 +Z;)
"=7 二v z."=7 :v (、+
'APF采用負載側電流控制，理想狀態(tài)下電流控制為
^ =、 (3) 則Z/ft+&=0，可見接入ApF后，可以抑制系統與并聯電容器可能產 生的諧振。
以上參照本實用新型的具體實'施方式描述了本實用新型，但本領域的普通技術人員顯然 可以對具體實施方式
作各種修改、變化和改進，但這些修改、變化和改進都應該屬于本實用 新型的保護范圍。
權利要求1.一種電能質量綜合治理裝置，包括并聯在電網上的含有電容器、接觸器的并聯電容器組，以及含有IGBT電能變換器、電容儲能電路、緩啟動電路和高頻濾波電路組成的有源電力濾波器，其特征在于還包括由依次相連的接口板、DSP核心板、驅動板、以及所述DSP核心板通過人機界面模塊與輸入/輸出模塊相連組成的控制裝置；所述接口板與所述電網中的源側電流傳感器和負載側電流傳感器分別相連，將采集的三相電壓、電源側電流和負載側電流信號變換后送入DSP核心板；所述輸入/輸出模塊與所述并聯電容器組中的接觸器相連，控制所述接觸器的通斷；所述驅動板將放大后的驅動脈沖信號送入IGBT電能變換器以控制IGBT電能變換器的通斷。
2. 根據權利要求l所述的電能質量綜合治理裝置，其特征在于所述DSP核心板中含有 依次相連的低通濾波器、數模'轉換器、數字信號處理器和現場可編程門陣列。
3. 根據權利要求2所述的電能質量綜合治理裝置，其特征在于所述低通濾波器和數字 信號處理器之間設有過零比較電路。
4. 根據權利要求l所述的電能質量綜合治理裝置，其特征在于所述驅動板中的驅動芯片分別與光耦、電壓檢測電路和推挽放大電路相連。
5. 根據權利要求l所述的電能質量綜合治理裝置，其特征在于所述接口板由分壓電路和電流采樣電阻構成。
專利摘要本實用新型涉及一種電能質量綜合治理裝置。它包括并聯在電網上的并聯電容器組，以及有源電力濾波器，還包括由依次相連的接口板、DSP核心板、驅動板、以及所述DSP核心板通過人機界面模塊與輸入/輸出模塊相連組成的控制裝置；所述接口板與所述電網中的源側電流傳感器和負載側電流傳感器分別相連所述輸入/輸出模塊與所述并聯電容器組中的接觸器相連，控制所述接觸器的通斷；所述驅動板將放大后的驅動脈沖信號送入IGBT電能變換器以控制IGBT電能變換器的通斷。本實用新型解決了現有并聯電容器組和有源電力濾波器并聯后會改變負荷的等效諧波阻抗且存在電流耦合的問題，以及二者獨立控制，可能引起的諧波短路或者諧振故障等問題。
文檔編號H02J3/01GK201435610SQ200920074250
公開日2010年3月31日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權日2009年7月9日
發(fā)明者嚴懷忠, 張守信, 瓊 杜, 王永紅, 剛 盛, 偉 竺 申請人:上海艾帕電力電子有限公司