專利名稱：低壓有源電力濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種電力系統(tǒng)無功、諧波治理技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種低壓有源電力濾波器。
背景技術(shù)：
目前低壓APF大多為單機(jī)式和主從式。所謂單機(jī)式，即為單臺(tái)機(jī)柜可以實(shí)現(xiàn)APF/ SVG所具備的功能，若是有大容量的要求，可以通過多臺(tái)機(jī)柜的并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于單機(jī)式并聯(lián)的結(jié)構(gòu)來說，任何一臺(tái)機(jī)柜出現(xiàn)故障，不影響其他機(jī)柜的正常運(yùn)行，但是，這要求每臺(tái)機(jī)柜都具有完整的APF功能，使得具體使用時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益比較差。主從式即為一臺(tái)主柜加多臺(tái)從柜的結(jié)構(gòu)，主柜通過采樣計(jì)算，將控制信號(hào)通過光纖送給各個(gè)從柜來實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，其中，單個(gè)主柜可以實(shí)現(xiàn)APF/SVG的功能，而單個(gè)從柜則不可以。這種情況下，如果主柜出現(xiàn)故障，那么整個(gè)系統(tǒng)都將停止工作。另外，主從式和單柜式的控制電路、功率電路都在同一個(gè)機(jī)柜中，隨著運(yùn)行工況的不同，控制電路的電磁場環(huán)境也會(huì)隨之改變，對(duì)控制電路實(shí)現(xiàn)電磁兼容會(huì)比較困難。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種低壓有源電力濾波器，使其在其中一個(gè)模塊故障的情況下仍能正常工作，且不會(huì)受工作環(huán)境的影響。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本實(shí)用新型包括非線性負(fù)載、控制電路、功率模塊、系統(tǒng)電流互感器和系統(tǒng)電壓互感器，其中非線性負(fù)載與低壓電網(wǎng)的輸出端相連且系統(tǒng)電流互感器、系統(tǒng)電壓互感器以及至少個(gè)功率模塊并聯(lián)于其兩者之間，控制器分別與各個(gè)功率模塊、系統(tǒng)電流互感器以及系統(tǒng)電壓互感器相連。所述的功率模塊與低壓電網(wǎng)之間設(shè)有與控制器相連的電流霍爾傳感器。所述的控制電路包括依次相連的控制采樣電路、控制主控電路和控制通訊電路， 其中控制采樣電路與電流互感器和電壓互感器相連，控制通訊電路的第一通訊端與設(shè)置于控制器內(nèi)的人機(jī)界面相連接，第二通訊端與各個(gè)功率模塊相連接。所述的功率模塊包括驅(qū)動(dòng)電路、故障檢測電路、功率器件及依次相連的功率采樣電路、功率主控電路和功率通訊電路，其中驅(qū)動(dòng)電路分別與功率主控電路和功率器件相連，故障檢測電路與功率主控電路相連，功率采樣電路與低壓電網(wǎng)相連，功率通訊電路與控制通訊電路的第二通訊端相連接。所述的功率采樣電路包括直流電壓采樣電路和霍爾電流采樣電路，其中所述的直流電壓采樣電路包括三個(gè)電阻、兩個(gè)運(yùn)算放大器以及線性光耦；所述的霍爾電流采樣電路包括一個(gè)采樣電阻和一個(gè)運(yùn)算放大器。所述的控制采樣電路包括負(fù)荷電流采樣電路和系統(tǒng)電壓采樣電路，其中所述的負(fù)荷電流采樣電路包括一個(gè)電流互感元件、一個(gè)二極管、一個(gè)采樣電阻和一個(gè)運(yùn)算放大器；[0015]所述的系統(tǒng)電壓采樣電路包括兩個(gè)采樣電阻、一個(gè)電壓互感元件、一個(gè)二極管、 一個(gè)運(yùn)算放大器。所述的故障檢測電路包括故障點(diǎn)、數(shù)字光耦和上拉電阻。所述的第一通訊端通過RS485方式與控制器相連；所述的第二通訊端通過光纖方式與各個(gè)功率模塊相連。本裝置采用“控制器+功率模塊”的結(jié)構(gòu)，保證了某個(gè)功率模塊發(fā)生故障的情況下，不影響其他功率模塊的正常工作；其次，控制器與功率模塊分開后，控制器的電磁場環(huán)境不會(huì)因功率模塊的工況不同而不同，這樣降低了控制器電磁兼容設(shè)計(jì)難度，另外控制器的工作環(huán)境也不會(huì)受功率模塊工況的影響，工作穩(wěn)定性、可靠性提高；最后，將功率模塊設(shè)計(jì)成不同容量，使用時(shí)通過它們之間的組合，將會(huì)覆蓋大多數(shù)負(fù)載容量的需求。

圖1為本實(shí)用新型的電路原理圖。圖2為控制器的電路原理圖。圖3為功率模塊的電路原理圖。圖4為直流電壓采樣電路示意圖。圖5為霍爾電流采樣電路示意圖。圖6為負(fù)荷電流采樣電路示意圖。圖7為交流電壓采樣電路示意圖。圖8為故障檢測電路示意圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)施例包括非線性負(fù)載2、控制電路3、功率模塊4、系統(tǒng)電流互感器6和系統(tǒng)電壓互感器7，其中非線性負(fù)載2與低壓電網(wǎng)1的輸出端相連且系統(tǒng)電流互感器6、系統(tǒng)電壓互感器7以及至少2個(gè)功率模塊4并聯(lián)于其兩者之間，控制器3分別與各個(gè)功率模塊4、系統(tǒng)電流互感器6以及系統(tǒng)電壓互感器7相連。所述的功率模塊4與低壓電網(wǎng)1之間還設(shè)有與控制器3相連的電流霍爾傳感器 O0如圖2所示，所述的控制電路3包括依次相連的控制采樣電路8、控制主控電路9 和控制通訊電路10，其中控制采樣電路8與電流互感器6和電壓互感器7相連，控制通訊電路10的第一通訊端與設(shè)置于控制器3內(nèi)的人機(jī)界面5相連接，第二通訊端與各個(gè)功率模塊4相連接。圖中A和B分別表示系統(tǒng)電壓和電流的采樣，C表示控制器3與人機(jī)界面5的通訊，D表示控制器3與功率模塊4的通訊。如圖3所示，所述的功率模塊4包括驅(qū)動(dòng)電路11、故障檢測電路12、功率器件13及依次相連的功率采樣電路14、功率主控電路15和功率通訊電路16，其中驅(qū)動(dòng)電路11分別與功率主控電路15和功率器件13相連，故障檢測電路12與功率主控電路15相連，功率采樣電路14與低壓電網(wǎng)1相連，功率通訊電路16與控制通訊電路10的第二通訊端相連接， E和H分別為直流電壓信號(hào)和霍爾電流信號(hào)。如圖4和圖5所示，所述的功率采樣電路14包括直流電壓采樣電路和霍爾電流采樣電路，其中所述的直流電壓采樣電路包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、運(yùn)算放大器Q1、運(yùn)算放大器Q2以及線性光耦Zl，其中運(yùn)算放大器Q1、Q2采用LM358，光耦Zl采用HCNR201，電壓信號(hào)E經(jīng)電阻Rl輸入，從運(yùn)算放大器Q2輸出，送入功率主控電路15此電路將電壓值線性縮小，并將直流與后續(xù)電路通過線性光耦Zl隔離開。所述的霍爾電流采樣電路包括采樣電阻R4、運(yùn)算放大器Q3 (采樣LM358)，信號(hào)H 經(jīng)圖1中的電流霍爾傳感器0送入，經(jīng)采樣電阻R4后，生成電壓信號(hào)，送入功率主控制電路 15，利用該電壓跟隨電路原理，使得輸出信號(hào)不受輸入信號(hào)的影響。如圖6和圖7所示，所述的控制采樣電路8包括負(fù)荷電流采樣電路和系統(tǒng)電壓采樣電路，其中所述的負(fù)荷電流采樣電路包括電流互感元件Tl (TA0913或SCT2MEK)、二極管 D1、采樣電阻R5、運(yùn)算放大器Q4、該電路將圖1中電流互感器6采樣的負(fù)荷電流的采樣信號(hào) B，通過電流互感元件Tl、采樣電阻R5和運(yùn)算放大器Q4生成與這成線性關(guān)系的電壓信號(hào)，送入控制主控制電路9。所述的系統(tǒng)電壓采樣電路包括采樣電阻R6、電壓互感元件T2、二極管D2、采樣電阻R7、運(yùn)算放大器Q5，其中，圖1中的電壓互感器7，將采樣信號(hào)A送入，經(jīng)采樣電阻R1，轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，經(jīng)過電壓互感元件T2(SPT204E)，將信號(hào)傳送到運(yùn)算放大器Q5，并經(jīng)采樣電阻R4轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，送入控制主控制電路9。如圖8所示，所述的故障檢測電路12包括故障點(diǎn)17、數(shù)字光耦Z2、上拉電阻R8、 如若故障點(diǎn)1出現(xiàn)故障，光耦Z2輸出端轉(zhuǎn)變?yōu)橄喾吹臓顟B(tài)，同時(shí)產(chǎn)生故障信號(hào)G，送入功率主控電路15。圖3中的E，H分別表示模塊電壓和霍爾電流的采樣，D表示控制器3與功率模塊 4的通訊，F(xiàn)表示傳輸控制信號(hào)，G表示傳輸故障信號(hào)。所述的第一通訊端通過RS485方式與控制器相連。所述的第二通訊端通過光纖方式與各個(gè)功率模塊相連。實(shí)施過程1.人機(jī)界面5下發(fā)控制參數(shù)給控制器3。2.如圖2所示，控制器3通過控制采樣電路8對(duì)系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)電流進(jìn)行采樣，將采樣結(jié)果送給控制主控電路9來計(jì)算控制所需的參考電流，隨后通過光纖將信號(hào)傳送給功率模塊4。3.如圖3所示，功率模塊4中的功率主控電路15通過第2步驟所傳輸?shù)男盘?hào)和功率采樣電路所采集到的功率模塊電壓、功率模塊電流信息，生成控制所需的脈沖信號(hào)來對(duì)功率器件13進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電網(wǎng)諧波的功能。4.功率模塊4中的故障檢測電路會(huì)將模塊的狀態(tài)信息傳送給功率主控制電路15，功率主控電路15通過光纖將功率模塊電壓、模塊電流信息及狀態(tài)信息傳給控制器3，以便控制器3根據(jù)傳送過來的信息判斷是否動(dòng)作，同時(shí)第一通訊端將該信息傳送到人機(jī)界面5 上進(jìn)行顯示。
權(quán)利要求1.一種低壓有源電力濾波器，其特征在于，包括非線性負(fù)載、控制電路、功率模塊、系統(tǒng)電流互感器和系統(tǒng)電壓互感器，其中非線性負(fù)載與低壓電網(wǎng)的輸出端相連且系統(tǒng)電流互感器、系統(tǒng)電壓互感器以及至少個(gè)功率模塊并聯(lián)于其兩者之間，控制器分別與各個(gè)功率模塊、系統(tǒng)電流互感器以及系統(tǒng)電壓互感器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓有源電力濾波器，其特征是，所述的功率模塊與低壓電網(wǎng)之間設(shè)有與控制器相連的電流霍爾傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓有源電力濾波器，其特征是，所述的控制電路包括依次相連的控制采樣電路、控制主控電路和控制通訊電路，其中控制采樣電路與電流互感器和電壓互感器相連，控制通訊電路的第一通訊端與設(shè)置于控制器內(nèi)的人機(jī)界面相連接，第二通訊端與各個(gè)功率模塊相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的低壓有源電力濾波器，其特征是，所述的功率模塊包括驅(qū)動(dòng)電路、故障檢測電路、功率器件及依次相連的功率采樣電路、功率主控電路和功率通訊電路，其中驅(qū)動(dòng)電路分別與功率主控電路和功率器件相連，故障檢測電路與功率主控電路相連，功率采樣電路與低壓電網(wǎng)相連，功率通訊電路與控制通訊電路的第二通訊端相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低壓有源電力濾波器，其特征是，所述的功率采樣電路包括 直流電壓采樣電路和霍爾電流采樣電路，其中所述的直流電壓采樣電路包括三個(gè)電阻、兩個(gè)運(yùn)算放大器以及線性光耦；所述的霍爾電流采樣電路包括一個(gè)采樣電阻和一個(gè)運(yùn)算放大器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓有源電力濾波器，其特征是，所述的控制采樣電路包括 負(fù)荷電流采樣電路和系統(tǒng)電壓采樣電路，其中所述的負(fù)荷電流采樣電路包括一個(gè)電流互感元件、一個(gè)二極管、一個(gè)采樣電阻和一個(gè)運(yùn)算放大器；所述的系統(tǒng)電壓采樣電路包括兩個(gè)采樣電阻、一個(gè)電壓互感元件、一個(gè)二極管、一個(gè)運(yùn)算放大器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低壓有源電力濾波器，其特征是，所述的故障檢測電路包括 故障點(diǎn)、數(shù)字光耦和上拉電阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓有源電力濾波器，其特征是，所述的第一通訊端通過 RS485方式與控制器相連；所述的第二通訊端通過光纖方式與各個(gè)功率模塊相連。
專利摘要一種電力系統(tǒng)無功、諧波治理技術(shù)領(lǐng)域的低壓有源電力濾波器包括非線性負(fù)載、控制電路、功率模塊、系統(tǒng)電流互感器和系統(tǒng)電壓互感器，非線性負(fù)載與低壓電網(wǎng)的輸出端相連且系統(tǒng)電流互感器、系統(tǒng)電壓互感器以及至少個(gè)功率模塊并聯(lián)于其兩者之間，控制器分別與各個(gè)功率模塊、系統(tǒng)電流互感器以及系統(tǒng)電壓互感器相連。本裝置保證了某個(gè)功率模塊發(fā)生故障的情況下，不影響其他功率模塊的正常工作；另外工作穩(wěn)定性、可靠性提高。
文檔編號(hào)H02J3/01GK202309077SQ20112043816
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者候坤, 劉文博, 王健, 陳遠(yuǎn)華 申請(qǐng)人:思源清能電氣電子有限公司