專利名稱：多機全補償與分次補償組合式完全有源型諧波治理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力電子應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多機全補償與分次補償組合式完全有源型諧波治理裝置。
背景技術(shù)：
電力電子裝置的廣泛應(yīng)用使得電網(wǎng)的諧波含量在不斷上升，而諧波對于電力系統(tǒng)的運行存在以下危害①增加輸電線路損耗②消耗無功儲備③使電能測量產(chǎn)生較大誤差④ 影響功率處理器的正常運行⑤造成自動控制和保護裝置工作紊亂，可靠性下降等。目前抑制諧波的方法主要為利用無源濾波器(PF)和有源濾波器(APF)，以及基于這兩種方法的混合型濾波方法。當(dāng)需要補償?shù)闹C波電流較大時，無源濾波器體積和重量會很大，所以不適合單獨使用。瞬時無功功率理論的發(fā)展以及基于該理論的諧波電流瞬時檢測方法的提出，大大促進了有源濾波器的發(fā)展。有源濾波器通過向電網(wǎng)注入同幅值、反相位的補償電流，從而使得電網(wǎng)側(cè)電壓電流波形呈近似標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。針對APF所應(yīng)用的不同場合(如功率不同)，需要采用不同的補償方法。對于低功率的工業(yè)應(yīng)用場合，可以采用單獨的變流器進行諧波補償，其耐壓能力和負(fù)載電流可以通過半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)或并聯(lián)實現(xiàn)；對于大功率應(yīng)用場合，考慮到半導(dǎo)體開關(guān)技術(shù)水平的限制以及串并聯(lián)開關(guān)器件所帶來的一系列問題，無法用單獨的變流器同時達到較高的額定功率以及較高的開關(guān)頻率。針對大功率工業(yè)應(yīng)用中不能使用單獨變流器進行諧波補償?shù)膯栴}，目前可以采用如下兩種方案——多機全補償、多機全補償+無源濾波器。第一種方案基于平均功率分割方法，即把濾波任務(wù)平均分配給N個功率單元，各個模塊的結(jié)構(gòu)相同，其額定功率取決于總電流畸變的峰值，該方案的優(yōu)點是可以對諧波電流進行全補償，補償電流頻譜范圍寬；各個模塊相同，從而使得維修較為方便；隨著串并聯(lián)模塊的增加，總的開關(guān)損耗會逐漸降低。但是，在補償高次諧波時，開關(guān)頻率將會很高，導(dǎo)致補償容量受到限制，不適合應(yīng)用于大電流場合。第二種方案將多機全補償與無源濾波器結(jié)合，由于低壓側(cè)電流較大，其諧波電流也相應(yīng)較大，使得無源濾波器的體積和重量都會很大，同樣也不適合應(yīng)用于大電流場合。

實用新型內(nèi)容實用新型目的針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本實用新型的目的是提供一種多機全補償與分次補償組合式完全有源型諧波治理裝置，可以有效抑制電網(wǎng)諧波，改善電網(wǎng)質(zhì)量。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為一種多機全補償與分次補償組合式完全有源型諧波治理裝置，包括主控制器、多機全補償單元和多機分次補償單元、第一電流傳感器、第二電流傳感器和第一電壓傳感器，所述多機全補償單元包括若干多機全補償組，所述多機分次補償單元包括若干多機分次補償組，多機全補償組和多機分次補償組分別包括若干功率單元，所述功率單元包括三相電壓型PWM變流器和從控制器，所述第一電流傳感器采集電網(wǎng)側(cè)的電流信號并輸入所述主控制器，所述第二電流傳感器采集負(fù)載側(cè)的電流信號并輸入所述主控制器，所述第一電壓傳感器采集電網(wǎng)側(cè)的電壓信號并輸入所述主控制器，所述主控制器根據(jù)電網(wǎng)側(cè)的電流和電壓信號以及負(fù)載側(cè)的電流信號形成補償指令電流和同步信號，輸入所述從控制器，從控制器根據(jù)所述補償指令電流和同步信號形成控制所述三相電壓型PWM變流器的PWM信號，所述三相電壓型PWM變流器輸出諧波補償電流到電網(wǎng)。所述主控制器可包括低頻段諧波分次檢測模塊、高頻段諧波閉環(huán)分次檢測模塊、補償指令電流生成和分配模塊和功率單元時基同步模塊；所述低頻段諧波分次檢測模塊用于處理負(fù)載側(cè)電流，生成用于補償?shù)皖l段諧波的補償電流信號；所述電網(wǎng)側(cè)電流與負(fù)載側(cè)電流通過高頻段諧波閉環(huán)分次檢測模塊，通過閉環(huán)控制，從而生成補償高頻段諧波的補償電流以及消除低頻開關(guān)器件注入電網(wǎng)的高頻紋波電流；所述補償指令電流生成和分配模塊用于接收第一電流傳感器和第二電流傳感器的電流信號，從而生成各功率單元的補償指令電流，分配給各個功率單元；所述功率單元時基同步模塊用于向各功率單元發(fā)送同步信號，協(xié)調(diào)各功率單元同步運行，實現(xiàn)補償單元的多重化，減小輸出補償電流的紋波。所述第一電壓傳感器可采集電網(wǎng)側(cè)的電壓信號并輸入所述從控制器，還包括第二電壓傳感器和第三電流傳感器，所述第二電壓傳感器采集所述三相電壓型PWM變流器的直流母線電壓并輸入所述從控制器，所述第三電流傳感器采集三相電壓型PWM變流器的橋臂電流信號并輸入所述從控制器。所述從控制器可包括直流母線電壓閉環(huán)控制模塊、補償電流閉環(huán)控制模塊、時基同步模塊和混合PWM調(diào)制模塊；所述直流母線電壓閉環(huán)控制模塊用于穩(wěn)定直流側(cè)電容電壓；所述補償電流閉環(huán)控制模塊用于接收主控制器的補償指令電流，并與橋臂電流作比較；所述時基同步模塊用于接收主控制器的同步信號；所述混合PWM調(diào)制模塊用于控制三相電壓型PWM變流器生成補償電流。從控制器接收來自主控制器的補償指令電流和同步信號，通過采集變流器的橋臂電流、網(wǎng)側(cè)電壓和直流母線電壓，控制三相電壓型PWM變流器發(fā)出給定補償電流。所述多機全補償組可用于補償高次諧波以及限制低頻段開關(guān)器件注入電網(wǎng)的高頻紋波電流。所述多機分次補償組可用于補償指定低頻段諧波電流。所述多機全補償單元，由結(jié)構(gòu)相同的功率單元組成，由第一電流傳感器檢測得到的網(wǎng)側(cè)電流信號經(jīng)過主控制器處理后形成補償指令電流及同步信號通過光纖通訊送入從控制器，從控制器根據(jù)補償指令電流及同步信號形成用于控制各三相電壓型PWM變流器的PWM信號，從而使各三相電壓型PWM變流器輸出諧波補償電流。所述多機分次補償單元，由第二電流傳感器檢測得到的負(fù)載側(cè)電流信號經(jīng)過主控制器處理后形成補償指令電流及同步信號通過光纖通訊送入從控制器，從控制器根據(jù)該信號形成用于控制各三相電壓型PWM變流器的PWM信號，從而使各三相電壓型PWM變流器輸出指定低頻段諧波補償電流。有益效果(I)采用多機全補償與分次補償組合式諧波治理方法，補償后的網(wǎng)側(cè)電流畸變比單獨采用其中一種方式的電流畸變更小。(2)多機分次補償單元可以實現(xiàn)對特定頻段諧波電流進行補償，且補償精度和響應(yīng)速度將大大提高。[0014](3)多機全補償單元對于高次諧波有很好的補償效果，并且可以有效限制低頻段開關(guān)器件注入電網(wǎng)的高頻紋波電流。(4)由于采用了多機全補償單元，補償電流頻譜范圍變寬，可以對各次諧波進行補償，減小了分次補償單元的補償容量。(5)分次補償單元中各次補償組的開關(guān)頻率與補償電流的頻段成正比例關(guān)系，這樣IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)的實際使用容量可以得到充分利用，不需要無源濾波器。(6)采用多重化技術(shù)，可以有效抑制輸出補償電流的紋波。

圖I是多機全補償與分次補償組合式完全有源型諧波治理裝置整體結(jié)構(gòu)框圖；圖2是功率單元結(jié)構(gòu)框圖；圖3是主控制器模塊框圖；圖4是多機全補償與分次補償組合式方案仿真結(jié)果圖；圖5是多機全補償與分次補償組合式方案FFT仿真結(jié)果圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本實用新型，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。如圖I所示，多機全補償組I 多機全補償組n用于補償高次諧波以及限制低頻段開關(guān)器件注入電網(wǎng)的高頻紋波電流；多機分次補償組I 多機分次補償組n用于補償指定頻段諧波電流。如圖I所示，在網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)都通過電流傳感器(圖中未示出)進行電流檢測，檢測信號通過主控制器形成補償指令電流和同步信號，通過光纖通訊提供給多機全補償單元和分次補償單元，從控制器根據(jù)補償指令電流和同步信號形成控制各三相電壓型PWM變流器的PWM信號分配給各個三相電壓型PWM變流器，從而輸出諧波補償電流到電網(wǎng)。功率單元結(jié)構(gòu)如圖2所示。從控制器由直流母線電壓閉環(huán)控制模塊、補償電流閉環(huán)控制模塊、時基同步模塊和混合PWM調(diào)制模塊組成。從控制器接收來自主控制器的補償指令電流和同步信號，通過采集三相電壓型PWM變流器的橋臂電流、網(wǎng)側(cè)電壓和直流母線電壓，形成PWM信號，控制三相電壓型PWM變流器發(fā)出給定補償指令電流，通過并網(wǎng)連接電路輸送到電網(wǎng)。其中，時基同步模塊用于接收由主控制器發(fā)送的同步信號。主控制器模塊框圖如圖3所示。主控制器由低頻段諧波分次檢測模塊、高頻段諧波閉環(huán)分次檢測模塊、補償指令電流生成和分配模塊、功率單元時基同步模塊組成。主控制器通過采集網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)電流以及網(wǎng)側(cè)電壓，生成各功率單元補償指令電流，通過光纖通訊下發(fā)至各功率單元。多機全補償與分次補償組合式方案仿真結(jié)果如圖4、圖5所示。圖4中，由上向下分別為①補償后電流②補償前電流③5、7次諧波補償電流④11、13次諧波補償電流⑤高次諧波補償電流。圖5為圖4中各個電流的FFT仿真結(jié)果。[0028]多機全補償與分次補償組合式方案仿真結(jié)果如表I。isa表示補償后相電流大小，THD表示總諧波失真，表中列舉了補償后基波以及諧波含量大小。從表中可以看出，補償后諧波含量很小，即THD很小。表I
權(quán)利要求1.一種多機全補償與分次補償組合式完全有源型諧波治理裝置，其特征在于包括主控制器、多機全補償單元和多機分次補償單元、第一電流傳感器、第二電流傳感器和第一電壓傳感器，所述多機全補償單元包括若干多機全補償組，所述多機分次補償單元包括若干多機分次補償組，多機全補償組和多機分次補償組分別包括若干功率單元，所述功率單元包括三相電壓型PWM變流器和從控制器，所述第一電流傳感器采集電網(wǎng)側(cè)的電流信號并輸入所述主控制器，所述第二電流傳感器采集負(fù)載側(cè)的電流信號并輸入所述主控制器，所述第一電壓傳感器采集電網(wǎng)側(cè)的電壓信號并輸入所述主控制器，所述主控制器根據(jù)電網(wǎng)側(cè)的電流和電壓信號以及負(fù)載側(cè)的電流信號形成補償指令電流和同步信號，輸入所述從控制器，從控制器根據(jù)所述補償指令電流和同步信號形成控制所述三相電壓型PWM變流器的PWM信號，所述三相電壓型PWM變流器輸出諧波補償電流到電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述多機全補償與分次補償組合式完全有源型諧波治理裝置，其特征在于所述主控制器包括低頻段諧波分次檢測模塊、高頻段諧波閉環(huán)分次檢測模塊、補償指令電流生成和分配模塊和功率單元時基同步模塊；所述低頻段諧波分次檢測模塊用于 處理負(fù)載側(cè)電流，生成用于補償?shù)皖l段諧波的補償電流信號；所述電網(wǎng)側(cè)電流與負(fù)載側(cè)電流通過高頻段諧波閉環(huán)分次檢測模塊，通過閉環(huán)控制，從而生成補償高頻段諧波的補償電流以及消除低頻開關(guān)器件注入電網(wǎng)的高頻紋波電流；所述補償指令電流生成和分配模塊用于接收第一電流傳感器和第二電流傳感器的電流信號，從而生成各功率單元的補償指令電流，分配給各個功率單元；所述功率單元時基同步模塊用于向各功率單元發(fā)送同步信號，協(xié)調(diào)各功率單元同步運行。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述多機全補償與分次補償組合式完全有源型諧波治理裝置，其特征在于所述第一電壓傳感器采集電網(wǎng)側(cè)的電壓信號并輸入所述從控制器，還包括第二電壓傳感器和第三電流傳感器，所述第二電壓傳感器采集所述三相電壓型PWM變流器的直流母線電壓并輸入所述從控制器，所述第三電流傳感器采集三相電壓型PWM變流器的橋臂電流信號并輸入所述從控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述多機全補償與分次補償組合式完全有源型諧波治理裝置，其特征在于所述從控制器包括直流母線電壓閉環(huán)控制模塊、補償電流閉環(huán)控制模塊、時基同步模塊和混合PWM調(diào)制模塊；所述直流母線電壓閉環(huán)控制模塊用于穩(wěn)定直流側(cè)電容電壓；所述補償電流閉環(huán)控制模塊用于接收主控制器的補償指令電流，并與橋臂電流作比較；所述時基同步模塊用于接收主控制器的同步信號；所述混合PWM調(diào)制模塊用于控制三相電壓型PWM變流器生成補償電流。
專利摘要本實用新型公開了一種多機全補償與分次補償組合式完全有源型諧波治理裝置，其中全補償單元用于補償高頻段諧波，包括低頻段功率單元注入電網(wǎng)的高頻紋波電流；分次補償單元用于補償指定低頻段諧波。相同頻段補償組功率單元多重化運行，提高了諧波補償精度。由于功率單元開關(guān)頻率與補償容量成反比，通過該補償方案，可以實現(xiàn)有限的功率單元補償容量的最大化。本實用新型在網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)都進行電流檢測，主控制器負(fù)責(zé)補償指令電流運算、分配，各從控制器負(fù)責(zé)對應(yīng)功率單元補償電流閉環(huán)控制。本實用新型不但能夠?qū)χ付ù?、高次諧波進行補償，同時還具有快速響應(yīng)性能及較高的補償精度，具有很好的可行性和實用價值。
文檔編號H02J3/18GK202395445SQ20112043024
公開日2012年8月22日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者劉康禮, 孟瑋, 曹武, 趙劍鋒 申請人:東南大學(xué)