專利名稱：高電壓系統(tǒng)有源諧波補償設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種有源消除諧波裝置，尤其是涉及ー種高電壓系統(tǒng)有源諧波補償設備。
背景技術：
電カ有源濾波器(Active Power Filter,縮寫為APF)是治理電カ系統(tǒng)諧波、改善電能質量的有效措施。非線性負荷產生的諧波和無功電流對電網(wǎng)產生污染，將對電網(wǎng)系統(tǒng)、供電部門和電カ用戶帶來嚴重的危害。目前普遍采用的并聯(lián)型無源濾波器存在著濾波效果差、對電網(wǎng)參數(shù)敏感、元件體積龐大，嚴重時導致串并聯(lián)諧振事故等缺陷。與傳統(tǒng)的無源濾波器(Passive Filter，縮寫為PF)相比，電カ有源濾波器具有能補償各次諧波、抑制閃變、 補償無功，自動跟蹤補償變化的諧波等技術優(yōu)勢。隨著電カ電子技術的快速發(fā)展，電カ電子器件的導通容量、開關頻率等性能大大提高，PWM控制技術也日趨成熟，采用現(xiàn)代電カ電子技術、數(shù)字信號處理技術和先進控制理論的電カ有源濾波器技術對電網(wǎng)諧波進行動態(tài)實時補償，可視為現(xiàn)在解決諧波污染問題的最有效和最具潛力的途徑。目前，電カ有源濾波器已成為電カ電子技術領域中的研究熱點，許多國家已將有源電カ濾波器作為改善電能質量的一項關鍵技術和措施，在我國也具有非常廣闊的應用前景。電カ有源濾波器系統(tǒng)主要由兩大部分組成，即指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路(由電流跟蹤控制電路、驅動電路和主電路三部分構成)。指令電流運算電路的功能主要是從負載電流れ⑴中分離出諧波、無功電流iLq(t)和基波有功電流ilp(t)，然后將其反極性作用后發(fā)生補償電流的指令信號ijt)=iLq(t)。電流跟蹤控制電路的功能是根據(jù)主電路產生的補償電流ic，計算出主電路各開關器件的觸發(fā)脈沖，此脈沖經(jīng)驅動電路后作用于主電路，產生補償電流ijt)，is(t) = iL(t)-ic(t) = iLp(t)+ilq(t)-ic(t) = iLP(t)即電源電流is(t)中只含有基波的有功分量kp(t)，從而達到消除諧波與進行無功補償?shù)哪康?。根?jù)同樣的原理，電カ有源濾波器還能對不對稱三相電路的負序電流分量進行補償。電カ有源濾波器的主電路一般由PWM逆變器構成。根據(jù)逆變器直流側儲能元件的不同，可分為電壓型APF(儲能元件為電容)和電流型APF(儲能元件為電感)。電壓型APF在工作時需對直流側電容電壓控制，使直流側電壓維持不變，因而逆變器交流側輸出為PWM電壓波。電壓型APF的優(yōu)點是損耗較少，效率高，是目前國內外絕大多數(shù)APF采用的方式。高壓電カ有源濾波器區(qū)別于低壓電カ有源濾波器的最關鍵之處在于如何實現(xiàn)補償電流發(fā)生電路，由于電カ電子器件本身的耐壓特性使得電カ有源濾波器在高壓系統(tǒng)很難擴展應用。

實用新型內容本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供ー種有效補償諧波和無功功率、高效、穩(wěn)定的高電壓系統(tǒng)有源諧波補償設備。本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)一種高電壓系統(tǒng)有源諧波補償設備，該設備并聯(lián)接入高電壓系統(tǒng)，其特征在于，所述的補償設備包括主電路、控制電路和高壓空心電抗器，所述的主電路包括H橋鏈路逆變単元，所述的控制電路包括依次連接的主控制單元和H橋鏈路逆變控制単元，所述的H橋鏈路逆變単元分別與主控制單元和H橋鏈路逆變控制單元連接，所述的H橋鏈路逆變單元通過高壓空心電抗器與高電壓系統(tǒng)連接；主控制單元采集高電壓系統(tǒng)的信號，并接收H橋鏈路逆變控制単元反饋的直流信號，主控制單元對信號進行比較處理后，向H橋鏈路逆變單元發(fā)送控制指令，補償高電壓系統(tǒng)的諧波和無功功率。所述的H橋鏈路逆變單元包括輸入端子、輸出端子、IGBT逆變橋組和直流電容組，所述的IGBT逆變橋組和直流電容組并聯(lián)，所述的IGBT逆變橋組上設有輸入端子和輸出端子。所述的H橋鏈路逆變單元設有多個，第一個H橋鏈路逆變單元的輸入端子連接高壓空心電抗器，最后ー個H橋鏈路逆變單元的輸出端子連接高電壓系統(tǒng)，中間的H橋鏈路逆變單元的輸入端子連接與其相鄰H橋鏈路逆變單元的輸出端子。所述的每個H橋鏈路逆變單元與ー個H橋鏈路逆變控制単元相對應。所述的主控制單元包括多DSP芯片協(xié)同處理器、電壓電流傳感器、運算放大器和AD轉換芯片，所述的電壓電流傳感器、運算放大器、AD轉換芯片和多DSP芯片協(xié)同處理器依次連接；電壓電流傳感器采集高電壓系統(tǒng)的電壓電流信號，該信號通過運算放大器的跟隨與調制傳輸至AD轉換芯片，AD轉換芯片將信號轉換為數(shù)字信號并發(fā)送至多DSP芯片協(xié)同處理器，多DSP芯片協(xié)同處理器接收到AD轉換芯片輸出的信號及H橋鏈路逆變控制単元反饋的直流信號，通過通訊及控制總線向每ー個H橋鏈路逆變單元發(fā)送控制指令。所述的多DSP芯片協(xié)同處理器包括四個DSP芯片和第一 FPGA可編程邏輯電路，所述的四個DSP芯片和第一 FPGA可編程邏輯電路兩兩之間通過PCI總線進行數(shù)據(jù)交換。所述的H橋鏈路逆變控制単元包括DSP運算電路、第二 FPGA可編程邏輯電路、直流側采樣模塊、直流側取電DC/DC模塊和高速AD轉換電路，所述的直流側采樣模塊、高速AD轉換電路、DSP運算電路和第二 FPGA可編程邏輯電路依次連接；高速AD轉換電路接收直流側采樣模塊傳輸?shù)闹绷餍盘枺瑢⑵滢D換為數(shù)字信號后發(fā)送給DSP運算電路，DSP運算電路和第二 FPGA可編程邏輯電路對信號進行處理后，通過控制及同步信號總線發(fā)送至主控制單
J Li ο與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)勢I)高速高精度的數(shù)字處理電路本實用新型的主控制單元采用基于PIC總線的4DSP多核協(xié)同處理技術，每塊DSP核的主頻高達lGhz，4塊DSP芯片通過PIC總線交換數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA的介入使得整個數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)交換可靠穩(wěn)定；2)低電壓等級的H橋鏈路逆變單元H橋鏈路逆變單元的核心開關器件是1700V的IGBT模塊，該型號的IGBT模塊屬于エ業(yè)系統(tǒng)中十分常用的開關器件，確保了 H橋鏈路逆變單元的簡單實現(xiàn)，每個單獨的H橋逆變單元都是完全相同的，模塊化的H橋鏈路逆變單元為整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行奠定了可靠的基礎；3)穩(wěn)定的エ業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線技術エ業(yè)以太網(wǎng)是ー種基于網(wǎng)絡協(xié)議的以太網(wǎng)エ業(yè)應用，配合光纖的使用使整個系統(tǒng)的實時性和同步性得到了最好的優(yōu)化；4)創(chuàng)新的多通道、多級鏈路控制技術整個系統(tǒng)中有多個看似獨立卻又緊密結合的H橋鏈路逆變單元在同步工作，本實用新型的多級鏈路控制技術保證了整個系統(tǒng)在エ作時的穩(wěn)定與可靠。

圖I為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型H橋鏈路逆變單元的結構框圖； 圖3為本實用新型主控制單元的結構框圖；圖4為本實用新型H橋鏈路逆變控制単元的結構框圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。實施例一種高電壓系統(tǒng)有源諧波補償設備，該設備并聯(lián)接入高電壓系統(tǒng)，該設備包括主電路、控制電路和高壓空心電抗器，主電路包括多個H橋鏈路逆變單元，控制電路包括依次連接的主控制單元和H橋鏈路逆變控制単元，H橋鏈路逆變單元分別與主控制單元和H橋鏈路逆變控制單元連接，H橋鏈路逆變單元通過高壓空心電抗器與高電壓系統(tǒng)連接，主電路中的姆個H橋鏈路逆變單元與ー個H橋鏈路逆變控制單元相對應。如圖1-2所示，H橋鏈路逆變單元包括輸入端子I、輸出端子2、IGBT逆變橋組3和直流電容組4，IGBT逆變橋組3和直流電容組4并聯(lián)，IGBT逆變橋組3上設有輸入端子I和輸出端子2。每相中的第一個H橋鏈路逆變單元的輸入端子I連接高壓空心電抗器5，最后ー個H橋鏈路逆變單元的輸出端子2連接高電壓系統(tǒng)，中間H橋鏈路逆變單元的輸入端子I連接與其相鄰H橋鏈路逆變單元的輸出端子2。如圖3所示，主控制單元包括多DSP芯片協(xié)同處理器6、電壓電流傳感器7、運算放大器8和AD轉換芯片9，電壓電流傳感器7、運算放大器8、AD轉換芯片9和多DSP芯片協(xié)同處理器6依次連接。多DSP芯片協(xié)同處理器6包括以PCI總線進行數(shù)據(jù)交換的四個DSP芯片和ー個FPGA邏輯電路，四個DSP芯片分別為主DSP芯片10、A相DSP芯片11、B相DSP芯片12和C相DSP芯片13，主DSP芯片10負責高電壓系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采樣計算分析，A相DSP芯片11、B相DSP芯片12和C相DSP芯片13分別負責電カ系統(tǒng)中A、B、C三相每ー相的多H橋鏈路逆變控制単元的數(shù)據(jù)采集與控制信號下載工作，F(xiàn)PGA邏輯電路負責四個DSP芯片協(xié)同工作時的競爭與過程控制。如圖4所示，H橋鏈路逆變控制単元包括DSP運算電路19、FPGA可編程邏輯電路
15、直流側采樣模塊16、直流側取電DC/DC模塊17和高速AD轉換電路18，直流側采樣模塊
16、高速AD轉換電路18、DSP運算電路19和FPGA可編程邏輯電路15依次連接；H橋鏈路逆變控制単元負責采集與其對應的H橋鏈路逆變單元的直流側信號，處理后通過控制及同步信號總線發(fā)送至主控制單元。[0035]由于是同步實時工作，本實用新型在工作中要從兩個方面相結合來看I)控制電路部分主控制單元通過電壓電流傳感器7將高電壓系統(tǒng)中各相的電壓電流信號采集進多DSP芯片協(xié)同處理器6，主DSP芯片10運用功率流控制理論將快速傅里葉分析與瞬時無功算法相結合快速分離出用于補償負荷產生的諧波電流和基波無功電流，主DSP芯片10將信號實時的發(fā)送至三相的各自的DSP芯片；姆一相的DSP芯片根據(jù)下屬姆ー級的H橋鏈路逆變單元所反饋的直流信息分析計算出下屬每ー個H橋鏈路逆變單元的指令運算命令，并將該運算命令高速下發(fā)至每ー個H橋鏈路逆變單元。每ー個H橋鏈路逆變単元在接收到主控單元發(fā)送的指令運算電路后控制IGBT逆變橋組將每ー級的直流逆變源連接至系統(tǒng)。2)主電路部分設備在工作的過程中(以IOKV系統(tǒng)為例)整個系統(tǒng)中27個H橋鏈路逆變單元都處于同步工作狀態(tài)，通過不同的開關組合可以獲取相對于系統(tǒng)不同的電勢能，井向系統(tǒng)吸收或發(fā)送能量。
權利要求1.一種高電壓系統(tǒng)有源諧波補償設備，該設備并聯(lián)接入高電壓系統(tǒng)，其特征在于，所述的補償設備包括主電路、控制電路和高壓空心電抗器，所述的主電路包括H橋鏈路逆變單元，所述的控制電路包括依次連接的主控制單元和H橋鏈路逆變控制單元,所述的H橋鏈路逆變單元分別與主控制單元和H橋鏈路逆變控制單元連接,所述的H橋鏈路逆變單元通過高壓空心電抗器與高電壓系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的ー種高電壓系統(tǒng)有源諧波補償設備，其特征在于，所述的H橋鏈路逆變單元包括輸入端子、輸出端子、IGBT逆變橋組和直流電容組，所述的IGBT逆變橋組和直流電容組并聯(lián)，所述的IGBT逆變橋組上設有輸入端子和輸出端子。
3.根據(jù)權利要求2所述的ー種高電壓系統(tǒng)有源諧波補償設備，其特征在于，所述的H橋鏈路逆變單元設有多個，第一個H橋鏈路逆變單元的輸入端子連接高壓空心電抗器，最后ー個H橋鏈路逆變單元的輸出端子連接高電壓系統(tǒng)，中間的H橋鏈路逆變單元的輸入端子連接與其相鄰H橋鏈路逆變單元的輸出端子。
4.根據(jù)權利要求3所述的ー種高電壓系統(tǒng)有源諧波補償設備，其特征在于，所述的每個H橋鏈路逆變單元與ー個H橋鏈路逆變控制單元相對應。
5.根據(jù)權利要求I所述的ー種高電壓系統(tǒng)有源諧波補償設備，其特征在于，所述的主控制單元包括多DSP芯片協(xié)同處理器、電壓電流傳感器、運算放大器和AD轉換芯片，所述的電壓電流傳感器、運算放大器、AD轉換芯片和多DSP芯片協(xié)同處理器依次連接。
6.根據(jù)權利要求5所述的ー種高電壓系統(tǒng)有源諧波補償設備，其特征在于，所述的多DSP芯片協(xié)同處理器包括四個DSP芯片和第一 FPGA可編程邏輯電路，所述的四個DSP芯片和第一 FPGA可編程邏輯電路兩兩之間通過PCI總線進行數(shù)據(jù)交換。
7.根據(jù)權利要求I所述的ー種高電壓系統(tǒng)有源諧波補償設備，其特征在于，所述的H橋鏈路逆變控制単元包括DSP運算電路、第二 FPGA可編程邏輯電路、直流側采樣模塊、直流側取電DC/DC模塊和高速AD轉換電路，所述的直流側采樣模塊、高速AD轉換電路、DSP運算電路和第二 FPGA可編程邏輯電路依次連接。
專利摘要本實用新型涉及一種高電壓系統(tǒng)有源諧波補償設備，該設備并聯(lián)接入高電壓系統(tǒng)，所述的補償設備包括主電路、控制電路和高壓空心電抗器，所述的主電路包括H橋鏈路逆變單元，所述的控制電路包括依次連接的主控制單元和H橋鏈路逆變控制單元，所述的H橋鏈路逆變單元分別與主控制單元和H橋鏈路逆變控制單元連接，所述的H橋鏈路逆變單元通過高壓空心電抗器與高電壓系統(tǒng)連接。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有高速高精度、有效補償諧波和無功功率等優(yōu)點。
文檔編號H02J3/18GK202602287SQ20122010578
公開日2012年12月12日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權日2012年3月19日
發(fā)明者舒觀瀾 申請人:上海利思電氣有限公司