專利名稱：用于電力系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種有源諧波消除裝置，尤其是涉及ー種用于電カ系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代エ業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來越高。因此不斷提高供電質(zhì)量成為電カ部門的當(dāng)務(wù)之急。諧波含量是衡量電カ系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要指標(biāo)?，F(xiàn)代エ業(yè)系統(tǒng)中，諸如煉鋼電弧爐、電氣化鉄道、可逆式大型軋鋼機(jī)等均屬于動(dòng)態(tài)變化的非線性負(fù)荷。這類負(fù)荷的特點(diǎn)是有功與無功功率隨時(shí)間作快速變化，導(dǎo)致供電電壓 的波動(dòng)和閃變、供電電壓的波形畸變、功率因數(shù)惡化以及不平衡負(fù)荷引起三相供電電壓的 上得到累加，最終形成線路絕緣老化，大大的提高了火災(zāi)的隱患。目前行業(yè)中普遍采用的消除諧波的方法是在系統(tǒng)側(cè)并聯(lián)安裝電カ有源濾波器，這種方法雖然能夠有效的抑制中線諧波電流，但同時(shí)也濾除了各相線的諧波電流。目前有源濾波器的造價(jià)較高，對(duì)于ー些只關(guān)心中線電流和操作空間有限的現(xiàn)場來說傳統(tǒng)的有源電カ濾波器不能滿足工程應(yīng)用上的需求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供ー種專門針對(duì)中線、濾波效果好、安裝方便的用于電カ系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置。本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)—種用于電カ系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置，其特征在于，該裝置包括主電路和控制電路，所述的主電路與控制電路相連，主電路的兩端分別連接負(fù)荷的中線回路和電カ系統(tǒng)的中線回路，控制電路通過采樣得到中線中的諧波阻抗，并控制主電路使主電路中的LC濾波通路的阻抗與中線諧波阻抗相匹配，消除中線的諧波含量。所述的主電路包括輸入端子、輸出端子、IGBT控制開關(guān)、LC濾波通路、電流互感器、電壓互感器和保護(hù)通路，所述的輸入端子的輸入端連接負(fù)荷的中線回路，輸出端通過電流互感器連接IGBT控制開關(guān)，所述的IGBT控制開關(guān)連接LC濾波通路，所述的LC濾波通路通過輸出端子連接電カ系統(tǒng)的中線回路，所述的電壓互感器一端接在IGBT控制開關(guān)的集電極上，另一端與LC濾波通路連接，所述的保護(hù)通路兩端分別連接輸入端子和輸出端子。所述的保護(hù)通路中設(shè)有雙向可控硅觸發(fā)開關(guān)。所述的LC濾波通路中的電抗器為鐵硅鋁材質(zhì)的高頻電抗器，電容為高頻薄膜電容。所述的控制電路包括米樣回路、控制回路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路，所述的采樣回路的輸入端分別與電壓互感器、電流互感器連接，采樣回路的輸出端與控制回路連接，所述的控制回路分別連接IGBT驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路，所述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路與IGBT控制開關(guān)連接，所述的保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路與保護(hù)通路連接。所述的采樣回路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片和差分輸入運(yùn)算放大器，采樣回路的采樣信號(hào)包括中線電流輸入信號(hào)、中線電流輸出信號(hào)和LC濾波通路兩端電壓信號(hào)，采樣信號(hào)通過采樣回路中的模轉(zhuǎn)換芯片和差分輸入運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)后輸出給控制回路。所述的控制回路包括基于DSP芯片的運(yùn)算電路，所述的控制回路接收采樣回路輸出的控制信號(hào)，通過運(yùn)算電路提取出中線中的諧波含量，并結(jié)合運(yùn)算電路中的開關(guān)信號(hào)調(diào)制機(jī)制發(fā)生觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)所述IGBT驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路。所述的運(yùn)算電路采用的算法為針對(duì)中線諧波電流的瞬時(shí)電流分解算法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)勢(shì)I)高精度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換本實(shí)用新型采用16位4通道高速A/D轉(zhuǎn)換器芯片和誤差僅 為千分之幾的差分輸入運(yùn)算放大器。數(shù)據(jù)采集通過運(yùn)算放大器，再傳輸?shù)礁呔鹊腁/D轉(zhuǎn)換芯片，并由算法及控制芯片最終通過算法算出精確的數(shù)據(jù)；2)專門針對(duì)中線的諧波濾除效果單線進(jìn)入，單線輸出，接線簡單，IGBT開關(guān)器件少；3)擁有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能本實(shí)用新型內(nèi)部配有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片，可存儲(chǔ)設(shè)備在工作過程中的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)，保護(hù)信息，諧波超標(biāo)信息，中線過流狀態(tài)；4)多種工作參數(shù)可設(shè)本實(shí)用新型提供了種類繁多的參數(shù)，可供用戶針對(duì)不同的現(xiàn)場進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，大大增加了裝置使用的靈活性；5)核心芯片的功能強(qiáng)大本實(shí)用新型采用最現(xiàn)代的微處理器和和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，DSP芯片的數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大，能迅速的對(duì)所采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，并且能同時(shí)處理大批量數(shù)據(jù)；6)更新進(jìn)、更有效的算法本實(shí)用新型采用新型的專門針對(duì)中線諧波電流的瞬時(shí)電流分析算法，能夠快速準(zhǔn)確的提取中線中的各種諧波含量，達(dá)到準(zhǔn)確的諧波分析的效果;7)安裝方便本裝置采用的是單點(diǎn)串入式安裝結(jié)構(gòu)因此裝置接線數(shù)量少，整體體積輕；8)濾波效果好串聯(lián)型的中線濾波裝置相當(dāng)于在中線上加裝了一個(gè)可靠地濾波閥門，將所有的諧波含量堵截在LC濾波回路中阻止諧波回灌系統(tǒng)。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的控制策略工作流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例一種ACT-N-Sine用于電力系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置，包括主電路和控制電路，所述的主電路與控制電路相連，主電路的兩端分別連接負(fù)荷的中線回路和電力系統(tǒng)的中線回路?？刂齐娐分胁捎脤ｉT的3N次諧波提取采樣模塊，由于諧波的特性決定了流入中線的諧波含量必定為3N次諧波，為了提高諧波分析的速度與精度，3N次諧波提取采樣模塊通過ー套高精度的模擬信號(hào)調(diào)制電路實(shí)時(shí)快速的從中線電流信號(hào)內(nèi)提取3N次諧波電流含量，將其數(shù)字化后通過分析運(yùn)算得到中線諧波的阻抗；控制電路調(diào)節(jié)LC濾波通路的阻抗并使其與中線的諧波阻抗匹配，最終讓諧波電流在LC濾波通路內(nèi)形成環(huán)流達(dá)到濾波的效果。如圖I所示，該裝置主電路的結(jié)構(gòu)包括輸入端子I、輸出端子2、IGBT控制開關(guān)ーIGBTl和IGBT2、LC濾波通路和保護(hù)通路。輸入端子I的輸入端連接負(fù)荷的中線回路，輸出端通過電流互感器CT連接IGBT控制開關(guān)；IGBT控制開關(guān)連接LC濾波通路；LC濾波通路通過輸出端子2連接系統(tǒng)的中線回路，LC濾波通路通的兩端連接有電壓互感器PT，LC濾波通路中的電抗器L為鐵硅鋁材質(zhì)的高頻電抗器，鐵硅鋁高頻電抗器具有工作穩(wěn)定、溫升低、無渦流損耗的特點(diǎn)，電容C為高頻薄膜電容；保護(hù)通路兩端并聯(lián)在輸入端子I和輸出端子2上，保護(hù)通路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè)雙向可控硅觸發(fā)開關(guān)SCR。該裝置控制電路的結(jié)構(gòu)包括采樣回路3、控制回路4、IGBT驅(qū)動(dòng)電路5和保護(hù)驅(qū)動(dòng) 電路6。采樣回路3的輸入端分別與電壓互感器PT、電流互感器CT連接，采樣回路3的輸出端與控制回路4連接，控制回路4分別連接IGBT驅(qū)動(dòng)電路5和保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路6，IGBT驅(qū)動(dòng)電路5通過LC濾波通路與IGBT控制開關(guān)連接，保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路6與保護(hù)通路連接。采樣回路3包括數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片和高精度的差分輸入運(yùn)算放大器，該回路具有采樣精度高，動(dòng)態(tài)范圍大，工作穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；采樣回路3的采樣信號(hào)包括中線電流輸入信號(hào)、中線電流輸出信號(hào)和LC濾波通路兩端電壓信號(hào)，采樣信號(hào)通過采樣回路中的模轉(zhuǎn)換芯片和差分輸入運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)后輸出給控制回路4?？刂苹芈?包括基于DSP芯片的運(yùn)算電路和外圍控制邏輯，控制回路4接收采樣回路3輸出的控制信號(hào)，通過運(yùn)算電路提取出中線中的諧波含量，并結(jié)合運(yùn)算電路中的開關(guān)信號(hào)調(diào)制機(jī)制發(fā)生觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)IGBT驅(qū)動(dòng)電路5和保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路6 ;本實(shí)施例DSP芯片采用的是美國TI公司的TMS320F28335系列高速浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，其中的外圍控制邏輯由通用的數(shù)字門電路組成，基于TMS320F28335的強(qiáng)大運(yùn)算功能，本實(shí)用新型的控制回路具有運(yùn)算速度快工作精度高反應(yīng)快速等優(yōu)點(diǎn)；運(yùn)算電路采用的算法為針對(duì)中線諧波電流的瞬時(shí)電流分解算法。IGBT驅(qū)動(dòng)電路5采用的是CONCEPT公司的專用IGBT驅(qū)動(dòng)電路，由隔離電源，驅(qū)動(dòng)模塊，和驅(qū)動(dòng)保護(hù)三部分組成，該驅(qū)動(dòng)電路工作穩(wěn)定，可靠性強(qiáng)，能有效地保護(hù)IGBT控制開關(guān)。保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路6由額外的一路電壓采樣、一路電流采樣，配合IO開關(guān)量的輸出信號(hào)共同組成，保護(hù)回路獨(dú)立于其他回路，在出現(xiàn)過壓的情況時(shí)用于直接導(dǎo)通回路中線讓負(fù)載正常運(yùn)行。由產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)可以得知，首先我們要將負(fù)載接入系統(tǒng)的中線斷開JfACT-N-Sine用于電カ系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置直接串聯(lián)接入斷開的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，裝置內(nèi)部的輸入端子與負(fù)載側(cè)中線的輸出節(jié)點(diǎn)相連；裝置內(nèi)部的輸出端子與電カ系統(tǒng)的中線節(jié)點(diǎn)相連；裝置還需要一路220V的控制電源接入；只要完成上述簡單的接線工作設(shè)備便能正常投入工作。上述ACT-N-Sine用于電カ系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置工作流程如圖2所示，具體包括以下步驟[0037]在步驟101中，設(shè)備上電；在步驟102中，上電后，裝置中的IGBT I、IGBT 2以及SCR同步投入，這時(shí)裝置內(nèi)部的LC濾波通路并沒有真正的投入運(yùn)行，負(fù)載的工作回路是通過保護(hù)通路和電力系統(tǒng)進(jìn)行能量交換；在步驟103中，等到系統(tǒng)穩(wěn)定后設(shè)備根據(jù)用戶設(shè)定的工作參數(shù)實(shí)時(shí)通過電流互感器CT采集中線電流，并分析中線中的諧波含量；在步驟104中，實(shí)時(shí)檢測并判斷電壓互感器PT采集到的LC濾波通路兩端的電壓信號(hào)是否超過保護(hù)設(shè)定值，若是，則執(zhí)行步驟105，若否，則執(zhí)行步驟106 ；在步驟105中，控制回路控制保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路打開SCR觸發(fā)信號(hào)，裝置進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)；在步驟106中，控制回路控制保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉SCR觸發(fā)信號(hào)在20ms后保護(hù)通路 退出系統(tǒng)，負(fù)載通過LC濾波回路與系統(tǒng)交換能量，控制回路根據(jù)步驟103得到的分析結(jié)果及用戶設(shè)定的裝置工作模式將調(diào)制信號(hào)發(fā)送至IGBT驅(qū)動(dòng)電路，IGBT驅(qū)動(dòng)電路通過調(diào)制開關(guān)IGBTl和IGBT2的頻率和占空比得到LC濾波通路不同的阻抗并將滿足諧振點(diǎn)的高次諧波全部控制在LC通路的內(nèi)部并形成振蕩回路達(dá)到濾波的效果，返回步驟103。ACT-N-Sine用于電力系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置在濾波工作的過程中實(shí)時(shí)檢測LC濾波通路的兩端電壓，當(dāng)端電壓超過保護(hù)限定值后控制回路迅速啟動(dòng)保護(hù)可控硅的觸發(fā)信號(hào)將保護(hù)短路通入再次接入中線回路中，此時(shí)負(fù)載再次直接與系統(tǒng)交換能量，LC濾波通路退出濾波。該保護(hù)的目的是當(dāng)濾波出現(xiàn)異常時(shí)設(shè)備能正常工作。但在實(shí)際應(yīng)用的工程中有些諧波是不允許流入電力系統(tǒng)的，在這樣的現(xiàn)場ACT-N-Sine用于電力系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置也可被設(shè)定為諧波超標(biāo)速斷裝置。當(dāng)LC濾波通路保護(hù)退出工作后，整個(gè)中線被截?cái)嘭?fù)載直接斷電退出工作。本實(shí)用新型的應(yīng)用靈活多變，它可以作為中線諧波濾除裝置使用，亦可作為智能諧波超標(biāo)速斷裝置使用，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和信息匯總。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通訊接口和Modbus通訊協(xié)議,使得組網(wǎng)輕松便捷。本實(shí)用新型作為一種先進(jìn)的智能能諧波消除裝置，可以應(yīng)用于各種配電系統(tǒng)，專門用于消除中線的諧波電流，或用于中線的諧波電流保護(hù)。相較與傳統(tǒng)的產(chǎn)品，本實(shí)用新型的成本控制更合理，造價(jià)更便宜，產(chǎn)品的使用群體和適用面更廣。本實(shí)用新型的使用將為綠色電網(wǎng)，凈化能源做出貢獻(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種用于電力系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置，其特征在于，該裝置包括主電路和控制電路，所述的主電路與控制電路相連，主電路的兩端分別連接負(fù)荷的中線回路和電力系統(tǒng)的中線回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于電力系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置，其特征在于，所述的主電路包括輸入端子、輸出端子、IGBT控制開關(guān)、LC濾波通路、電流互感器、電壓互感器和保護(hù)通路，所述的輸入端子的輸入端連接負(fù)荷的中線回路，輸出端通過電流互感器連接IGBT控制開關(guān)，所述的IGBT控制開關(guān)連接LC濾波通路，所述的LC濾波通路通過輸出端子連接電力系統(tǒng)的中線回路，所述的電壓互感器一端接在IGBT控制開關(guān)的集電極上，另一端與LC濾波通路連接，所述的保護(hù)通路兩端分別連接輸入端子和輸出端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于電力系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置，其特征在于，所述的保護(hù)通路中設(shè)有雙向可控硅觸發(fā)開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于電力系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置，其特征在于，所述的控制電路包括采樣回路、控制回路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路，所述的采樣回路的輸入端分別與電壓互感器、電流互感器連接，采樣回路的輸出端與控制回路連接，所述的控制回路分別連接IGBT驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路，所述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路與IGBT控制開關(guān)連接，所述的保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路與保護(hù)通路連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于電力系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置，其特征在于，所述的采樣回路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片和差分輸入運(yùn)算放大器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于電力系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置，其特征在于，所述的控制回路包括基于DSP芯片的運(yùn)算電路，所述的控制回路接收采樣回路輸出的控制信號(hào)，通過運(yùn)算電路提取出中線中的諧波含量，并結(jié)合運(yùn)算電路中的開關(guān)信號(hào)調(diào)制機(jī)制發(fā)生觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)所述IGBT驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于電力系統(tǒng)的中線有源諧波消除裝置，該裝置包括主電路和控制電路，所述的主電路與控制電路相連，主電路的兩端分別連接負(fù)荷的中線回路和電力系統(tǒng)的中線回路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度高、諧波消除效果好、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J3/01GK202524085SQ20122010416
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者舒觀瀾 申請(qǐng)人:上海利思電氣有限公司