專利名稱：諧波治理與動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償綜合控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)的控制裝置，特別是涉及一種用于濾除電網(wǎng)諧波和提高功率因數(shù)的諧波治理與動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償綜合控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字控制設(shè)備與電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)中用電負(fù)荷的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，如變頻裝置、電弧爐、電氣化鐵道等非線性或沖擊性負(fù)荷造成電能質(zhì)量的降低與破壞。非線性負(fù)荷引起的無(wú)功和諧波污染問(wèn)題給電力系統(tǒng)、供電部門和電力用戶都帶來(lái)了嚴(yán)重的危害。電網(wǎng)中無(wú)功和諧波含量的增加，將導(dǎo)致電氣設(shè)備的壽命縮短， 網(wǎng)損增大，系統(tǒng)發(fā)生諧振的可能性增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成危險(xiǎn)的過(guò)電壓、過(guò)電流；同時(shí)還可能引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作、儀表指示和電度計(jì)量不準(zhǔn)、干擾通信系統(tǒng)等一系列問(wèn)題。 而且惡劣的動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此該問(wèn)題已成為電工領(lǐng)域的前沿性課題，國(guó)內(nèi)外對(duì)其相關(guān)指標(biāo)與改善措施已經(jīng)做了大量的研究。我國(guó)迄今為止已頒布了 7項(xiàng)關(guān)于電能質(zhì)量指標(biāo)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，其中《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(GB/T 14529 -1993)規(guī)定了各電壓等級(jí)的總諧波畸變率、各單次奇次電壓諧波含有率和各單次偶次電壓諧波含有率的限制值，以滿足人們對(duì)電能質(zhì)量的更高需求。為了解決動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)于無(wú)功功率補(bǔ)償主要通過(guò)在負(fù)荷兩端并聯(lián)一定容量的電容器，達(dá)到提高負(fù)荷功率因數(shù)的目的，這種方法只在負(fù)荷恒定時(shí)才能取得最佳效果。 針對(duì)變化的負(fù)荷，目前主要采用電容器、電抗器分組投切的方式，如隸屬于靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器 (SVC)的晶閘管投切電容器(TSC)、晶閘管控制電抗器(TCR)等。但仍普遍存在欠補(bǔ)償和過(guò)補(bǔ)償以及切換過(guò)程的振蕩問(wèn)題，還可能在系統(tǒng)中產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。而對(duì)于非線性負(fù)荷引起的諧波污染問(wèn)題，主要采用電感和電容組成的特定頻率的無(wú)源濾波器來(lái)消除諧波的影響。如負(fù)荷電流包含多種諧波成分，則針對(duì)不同頻率的諧波都要設(shè)置相應(yīng)的諧振電路，這將增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低使用的可靠性。有源濾波(APF)具有良好的濾波特性，并且不會(huì)與系統(tǒng)發(fā)生諧振。有源型諧波治理與無(wú)功控制性價(jià)比高，在目前工程中具有廣闊應(yīng)用前景。然而， 已有的同類裝置存在著三相之間控制容量固定、維護(hù)困難的問(wèn)題，因此，需要設(shè)計(jì)依據(jù)具體需要可簡(jiǎn)單便捷的在三相之間變換控制容量和在線更換的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，以提高裝置適用靈活性與可維護(hù)性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種根據(jù)實(shí)際需求可簡(jiǎn)單便捷的在三相之間變換控制容量并且方便維護(hù)的諧波治理與動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償綜合控制裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種諧波治理與動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償綜合控制裝置，其特征是包括多個(gè)獨(dú)立的抽拉式有源濾波器組合模塊，多個(gè)獨(dú)立的抽拉式有源濾波器組合模塊與一套雙DSP與FPGA組合控制器連接，雙DSP與FPGA組合控制器與基于DSP控制的液晶觸摸屏連接；所述有源濾波器組合模塊是由可抽拉的功率逆變模塊和LCL濾波器模塊通過(guò)接插件對(duì)接構(gòu)成的，可以并聯(lián)到任意一相，有源濾波器組合模塊通過(guò)LCL濾波器模塊并入電網(wǎng)；雙DSP與FPGA組合控制器對(duì)每相可以根據(jù)實(shí)際容量配置的需求發(fā)出相應(yīng)路數(shù)的相同PWM控制信號(hào)，控制相應(yīng)數(shù)量的有源濾波器組合模塊。裝置采用模塊化設(shè)計(jì)的柜體結(jié)構(gòu)，柜體內(nèi)有六個(gè)有源濾波器組合模塊。多個(gè)獨(dú)立的抽拉式有源濾波組合模塊構(gòu)成裝置的全分相補(bǔ)償?shù)耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，每一個(gè)有源濾波器組合模塊可以并聯(lián)到任意一相，而任意一相可以由多個(gè)有源濾波組合模塊并聯(lián)構(gòu)成。有六個(gè)獨(dú)立的控制容量為150A的抽拉式有源濾波組合模塊構(gòu)成裝置的全分相補(bǔ)償?shù)耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，單相控制容量最大達(dá)900A。組合控制器中的一個(gè)DSP實(shí)現(xiàn)采樣、驅(qū)動(dòng)輸出以及保護(hù)功能，另一個(gè)DSP實(shí)現(xiàn)雙校正新型工頻鎖相算法、諧波檢測(cè)算法、計(jì)算補(bǔ)償參考電流等控制算法，F(xiàn)PGA協(xié)調(diào)兩個(gè)DSP間的通信，信號(hào)輸入輸出的緩存和鎖存以及各個(gè)子模塊之間的邏輯關(guān)系。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，柜體結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)，柜內(nèi)模塊化組合，在線更換模塊容易，提高裝置適用的靈活性與可維護(hù)性。可根據(jù)實(shí)際容量配置需求簡(jiǎn)單便捷的在三相之間變換控制容量，單相控制容量最大可達(dá)900A。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本實(shí)用新型工作原理示意圖。圖2是本實(shí)用新型中有源濾波組合模塊結(jié)構(gòu)圖。圖3是本實(shí)用新型中全分相補(bǔ)償拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、2、3分別為電網(wǎng)A、B、C相電壓源，4為電網(wǎng)N相線，5非線性負(fù)載，6 LCL濾波模塊，7功率逆變模塊，8 PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)板，9有源濾波器組合模塊，10雙DSP與FPGA組合控制器，11液晶觸摸屏，12 A相系統(tǒng)電流互感器，13 A相裝置電流互感器，14避雷器，15 斷路器，16接觸器，17軟啟動(dòng)繼電器，18預(yù)充電電阻，19、20、21為濾波電容，22快速熔斷器， 23、24耦合電抗器，25濾波電容，26 IGBT橋臂及吸收電容，27濾除高頻無(wú)極性電容，29過(guò)壓保護(hù)器，30接插件，31、32、33分別為并聯(lián)在A、B、C相的有源濾波器組合模塊。
具體實(shí)施方式
一種諧波治理與動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償綜合控制裝置，包括多個(gè)獨(dú)立的抽拉式有源濾波器組合模塊，多個(gè)獨(dú)立的抽拉式有源濾波器組合模塊與一套雙DSP與FPGA組合控制器連接， 雙DSP與FPGA組合控制器與基于DSP控制的液晶觸摸屏連接；所述有源濾波器組合模塊是由可抽拉的功率逆變模塊和LCL濾波器模塊通過(guò)接插件對(duì)接構(gòu)成的，可以并聯(lián)到任意一相，有源濾波器組合模塊通過(guò)LCL濾波器模塊并入電網(wǎng)；雙DSP與FPGA組合控制器對(duì)每相可以根據(jù)實(shí)際容量配置的需求發(fā)出相應(yīng)路數(shù)的相同PWM控制信號(hào)，控制相應(yīng)數(shù)量的有源濾波器組合模塊。裝置采用模塊化設(shè)計(jì)的柜體結(jié)構(gòu)，柜體內(nèi)有六個(gè)有源濾波器組合模塊。[0020]多個(gè)獨(dú)立的抽拉式有源濾波組合模塊構(gòu)成裝置的全分相補(bǔ)償?shù)耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，每一個(gè)有源濾波器組合模塊可以并聯(lián)到任意一相，而任意一相可以由多個(gè)有源濾波組合模塊并聯(lián)構(gòu)成。有六個(gè)獨(dú)立的控制容量為150A的抽拉式有源濾波組合模塊構(gòu)成裝置的全分相補(bǔ)償?shù)耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，單相控制容量最大達(dá)900A。組合控制器中的一個(gè)DSP實(shí)現(xiàn)采樣、驅(qū)動(dòng)輸出以及保護(hù)功能，另一個(gè)DSP實(shí)現(xiàn)雙校正新型工頻鎖相算法、諧波檢測(cè)算法、計(jì)算補(bǔ)償參考電流等控制算法，F(xiàn)PGA協(xié)調(diào)兩個(gè)DSP間的通信，信號(hào)輸入輸出的緩存和鎖存以及各個(gè)子模塊之間的邏輯關(guān)系。以控制一個(gè)有源濾波組合模塊為例說(shuō)明。雙DSP與FPGA組合控制器與功率逆變模塊的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)板連接，并且通過(guò)光纖與液晶觸摸屏通信，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。本實(shí)用新型中有源濾波器組合模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示，有源濾波模塊組合由功率逆變模塊和LCL濾波模塊通過(guò)接插件對(duì)接構(gòu)成；功率逆變模塊由PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)板、電壓源逆變器與直流側(cè)電容組成；電壓源逆變器主要由橋式IGBT逆變器、散熱器和風(fēng)扇構(gòu)成。直流側(cè)由兩個(gè)濾除高頻的無(wú)極性電容、兩個(gè)電解電容以及放電電阻組成；LCL濾波模塊由兩個(gè)快速熔斷器、兩個(gè)濾波電容和兩個(gè)耦合電抗器組成。PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)板輸出控制橋式IGBT逆變
ο本實(shí)用新型中典型的全分相補(bǔ)償拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，每一相由兩個(gè)有源濾波組合模塊并聯(lián)構(gòu)成，控制容量為300A?？梢罁?jù)實(shí)際容量配置的需求，實(shí)現(xiàn)三相之間不同控制容量的變換。例如A相并聯(lián)三個(gè)有源濾波組合模塊，控制容量為450A ；B相并聯(lián)兩個(gè)有源濾波組合模塊，控制容量為300A ；C相并聯(lián)一個(gè)有源濾波組合模塊，控制容量為150A。如果六個(gè)有源濾波組合模塊并聯(lián)到一相，單相控制容量最大可達(dá)900A。
權(quán)利要求1.一種諧波治理與動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償綜合控制裝置，其特征是包括多個(gè)獨(dú)立的抽拉式有源濾波器組合模塊，多個(gè)獨(dú)立的抽拉式有源濾波器組合模塊與一套雙DSP與FPGA組合控制器連接，雙DSP與FPGA組合控制器與基于DSP控制的液晶觸摸屏連接；所述有源濾波器組合模塊是由可抽拉的功率逆變模塊和LCL濾波器模塊通過(guò)接插件對(duì)接構(gòu)成的，可以并聯(lián)到任意一相，有源濾波器組合模塊通過(guò)LCL濾波器模塊并入電網(wǎng)；雙DSP與FPGA組合控制器對(duì)每相可以根據(jù)實(shí)際容量配置的需求發(fā)出相應(yīng)路數(shù)的相同PWM控制信號(hào)，控制相應(yīng)數(shù)量的有源濾波器組合模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧波治理與動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償綜合控制裝置，其特征是裝置采用模塊化設(shè)計(jì)的柜體結(jié)構(gòu)，柜體內(nèi)有六個(gè)有源濾波器組合模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧波治理與動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償綜合控制裝置，其特征是多個(gè)獨(dú)立的抽拉式有源濾波組合模塊構(gòu)成裝置的全分相補(bǔ)償?shù)耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，每一個(gè)有源濾波器組合模塊可以并聯(lián)到任意一相，而任意一相可以由多個(gè)有源濾波組合模塊并聯(lián)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的諧波治理與動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償綜合控制裝置，其特征是有六個(gè)獨(dú)立的控制容量為150A的抽拉式有源濾波組合模塊構(gòu)成裝置的全分相補(bǔ)償?shù)耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)， 單相控制容量最大達(dá)900A。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種諧波治理與動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償綜合控制裝置，多個(gè)獨(dú)立的抽拉式有源濾波器組合模塊與一套雙DSP與FPGA組合控制器連接，組合控制器與液晶觸摸屏連接；有源濾波器組合模塊是由可抽拉的功率逆變模塊和LCL濾波器模塊通過(guò)接插件對(duì)接構(gòu)成的，有源濾波器組合模塊通過(guò)LCL濾波器模塊并入電網(wǎng)；雙DSP與FPGA組合控制器對(duì)每相可根據(jù)實(shí)際容量配置的需求發(fā)出相應(yīng)路數(shù)的相同PWM控制信號(hào)，控制相應(yīng)數(shù)量的有源濾波器組合模塊。本實(shí)用新型柜體結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)，柜內(nèi)模塊化組合，在線更換模塊容易，提高裝置適用的靈活性與可維護(hù)性?？筛鶕?jù)實(shí)際容量配置需求簡(jiǎn)單便捷的在三相之間變換控制容量，單相控制容量最大可達(dá)900A。
文檔編號(hào)H02J3/01GK202159976SQ20112026346
公開(kāi)日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者周荔丹, 夏武, 姚鋼, 宋玉鋒, 施博一, 王新明 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué), 江蘇現(xiàn)代電力電容器有限公司