有源電力濾波器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種有源電力濾波器，涉及減少電力諧波或波紋的裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，包括補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊、過零檢測模塊、電流跟蹤控制電路以及開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路。所述電力濾波器通過檢測被補(bǔ)償對象的電流瞬時(shí)值，經(jīng)補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊得出諧波補(bǔ)償電流的指令信號，控制開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生所需要的補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波成份及無功電流相抵消，最終獲得期望的電源電流，具有補(bǔ)償效果好，功耗低的特點(diǎn)。
【專利說明】有源電力濾波器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及減少電力諧波或波紋的裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種響應(yīng)速度快、工作效率高的有源電力濾波器。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，配電網(wǎng)中的電能質(zhì)量諧波問題日益突出。為解決這一問題，現(xiàn)有技術(shù)提出了各種解決方案，其中采用有源電力濾波器(ActivePowerFilter,簡稱APF)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)慕鉀Q方案得到普遍應(yīng)用。有源電力濾波器的性能主要取決于電力電子開關(guān)器件、電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制模型。在電力電子開關(guān)器件和電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一定的情況下，源濾波器的性能主要取決于控制模型。
[0003]常規(guī)的控制模型包含積分環(huán)節(jié)，能夠使系統(tǒng)輸出無差地跟蹤恒定信號，但只能保證參考信號為直流信號時(shí)系統(tǒng)無穩(wěn)態(tài)誤差。由于有源電力濾波器的參考信號是多個(gè)頻率疊加在一起的周期性信號，控制模型無法做到對周期性信號的無誤差跟蹤，因此補(bǔ)償精度差，即使采用增大比例參數(shù)的方法效果也十分有限，而且比例參數(shù)的增加還可能破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性?；趦?nèi)模原理的重復(fù)控制技術(shù)雖然很大程度上彌補(bǔ)了補(bǔ)償精度的問題，但是重復(fù)控制技術(shù)自身有致命弱點(diǎn)，該控制技術(shù)對跟蹤誤差的控制作用滯后一個(gè)基波周期，因此在非線性負(fù)載突變動(dòng)態(tài)過程中，輸出補(bǔ)償電流有一個(gè)基波周期基本處于失控狀態(tài)，輸出指令出現(xiàn)大幅度波動(dòng)和畸變，系統(tǒng)的補(bǔ)償性能變差。線性控制技術(shù)(如參考自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和現(xiàn)代控制理論等)主要依據(jù)局部線性化方法，在特定的條件下可以得到良好的控制效果，但由于有源電力濾波器的動(dòng)態(tài)方程是非線性的，因此線性控制技術(shù)也存在補(bǔ)償性能差的缺陷?；谖⒎謳缀蔚姆蔷€性系統(tǒng)線性化控制模型雖然可以得到非線性控制規(guī)律，但忽略了系統(tǒng)的非線性環(huán)節(jié)；基于Lyapunov函數(shù)的控制模型雖然可以保證系統(tǒng)全局穩(wěn)定性，但在遇到大的負(fù)荷波動(dòng)干擾時(shí)，其狀態(tài)變量會(huì)出現(xiàn)非零穩(wěn)態(tài)誤差。
[0004]為此，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種無源性控制(Passivity-basedController,簡稱PBC)方法，主要用于直流側(cè)電容電壓和諧波電流的漸近跟蹤。雖然上述各種無源性控制方法從不同角度改善了有源電力濾波器的性能，但均存在不能同時(shí)保證負(fù)載波動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)控制規(guī)律與平衡點(diǎn)之間的協(xié)調(diào)。負(fù)載波動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性是指設(shè)計(jì)控制器時(shí)假定負(fù)載不變，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，容易產(chǎn)生電流畸變，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定，從而使無源性控制等非線性方法的應(yīng)用范圍受到很大限制。系統(tǒng)控制規(guī)律與平衡點(diǎn)之間的協(xié)調(diào)是指求解控制規(guī)律時(shí)，模型方程出現(xiàn)一個(gè)冗余方程，對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，不能保證滿足冗余方程的約束，使系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)偏差。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種有源電力濾波器，所述濾波器具有具有補(bǔ)償效果好、功耗低、響應(yīng)速度快、工作效率高以及穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:一種有源電力濾波器，其特征在于包括:補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊，通過外部的電流檢測模塊檢測非線性負(fù)載的電流，該電流經(jīng)過Α/D模塊進(jìn)行信號調(diào)理后輸入給補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊，補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊根據(jù)上述采集到的電流計(jì)算出補(bǔ)償諧波和無功電流；過零檢測模塊，其輸入端與主電路連接，其輸出端經(jīng)鎖相環(huán)后將電流變換信號傳輸給補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊；電流跟蹤控制電路，其中的一路輸入端為D/Α模塊變換后的補(bǔ)償諧波和無功電流信號，另一路輸出端為主電路的電流信號，電流跟蹤控制電路對主電路的電流與補(bǔ)償諧波和無功電流信號進(jìn)行滯環(huán)比較后輸出端給開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路；開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路接收來自于電流跟蹤控制電路輸出的PWM信號并經(jīng)隔離放大后驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，將與電流中的諧波成分大小相同方向相反的電流注入到主電路中。
[0007]所述補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊的主芯片使用TMS320F2407A。
[0008]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:所述電力濾波器通過檢測被補(bǔ)償對象的電流瞬時(shí)值，經(jīng)補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊得出諧波補(bǔ)償電流的指令信號，控制開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生所需要的補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波成份及無功電流相抵消，最終獲得期望的電源電流，具有補(bǔ)償效果好，功耗低的特點(diǎn)。
[0009]此外，所述濾波器可同時(shí)濾除2-51次諧波或補(bǔ)償用戶指定次數(shù)諧波；采用功能強(qiáng)大的DSP作為處理器，響應(yīng)時(shí)間〈300 μ S，全響應(yīng)時(shí)間< 10ms，響應(yīng)速度快；可選擇特定次數(shù)諧波補(bǔ)償諧波；具有無功及不平衡負(fù)載三種補(bǔ)償模式；>97%工作效率，損耗小，全數(shù)字控制方式；三電平逆變電路快速FFT及瞬時(shí)無功兩種算法模式；模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)穩(wěn)定，可承受-40 % -+20 %電壓波動(dòng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0011]圖1是本實(shí)用新型的原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0013]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型，但是本實(shí)用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實(shí)用新型不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0014]下面通過具體實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0015]實(shí)施例一
[0016]一種有源電力濾波器，包括:補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊，通過外部的電流檢測模塊檢測非線性負(fù)載的電流，該電流經(jīng)過Α/D模塊進(jìn)行信號調(diào)理后輸入給補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊，補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊根據(jù)上述采集到的電流計(jì)算出補(bǔ)償諧波和無功電流，其中所述補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊的主芯片使用TMS320F2407A ;過零檢測模塊，其輸入端與主電路連接，其輸出端經(jīng)鎖相環(huán)后將電流變換信號傳輸給補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊；電流跟蹤控制電路，其中的一路輸入端為D/Α模塊變換后的補(bǔ)償諧波和無功電流信號，另一路輸出端為主電路的電流信號，電流跟蹤控制電路對主電路的電流與補(bǔ)償諧波和無功電流信號進(jìn)行滯環(huán)比較后輸出端給開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路；開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路接收來自于電流跟蹤控制電路輸出的PWM信號并經(jīng)隔離放大后驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，將與電流中的諧波成分大小相同方向相反的電流注入到主電路中。
[0017]需要指出的是本實(shí)用新型中使用的模塊可以與現(xiàn)有技術(shù)中的模塊是相同的，本實(shí)用新型的發(fā)明點(diǎn)在于各個(gè)模塊之間的組合關(guān)系，以及采用DSP作為補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊的核心部件。
[0018]TMS320F2407A的顯著優(yōu)點(diǎn)是高速AD采樣(最快達(dá)到500ns)，使得濾波器的控制周期僅為25μ S，這意味著三相非線性負(fù)載電流采樣頻率達(dá)到了 40kHz。負(fù)載電流采樣周期越短，補(bǔ)償諧波的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性越高。兼顧A/D采樣的準(zhǔn)確性，取DSP —次A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間為I μ S，三相非線性負(fù)載電流和直流側(cè)電壓共需要4 μ S，諧波指令電流的D/A轉(zhuǎn)換一共需要10 μ S，其他部分占用時(shí)間很少。
[0019]所述電力濾波器通過檢測被補(bǔ)償對象的電流瞬時(shí)值，經(jīng)補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊得出諧波補(bǔ)償電流的指令信號，控制開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生所需要的補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波成份及無功電流相抵消，最終獲得期望的電源電流，具有補(bǔ)償效果好，功耗低的特點(diǎn)。
[0020]此外，所述濾波器可同時(shí)濾除2-51次諧波或補(bǔ)償用戶指定次數(shù)諧波；采用功能強(qiáng)大的DSP作為處理器，響應(yīng)時(shí)間〈300 μ S，全響應(yīng)時(shí)間< 10ms，響應(yīng)速度快；可選擇特定次數(shù)諧波補(bǔ)償諧波；具有無功及不平衡負(fù)載三種補(bǔ)償模式；>97%工作效率，損耗小，全數(shù)字控制方式；三電平逆變電路快速FFT及瞬時(shí)無功兩種算法模式；模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)穩(wěn)定，可承受-40 % -+20 %電壓波動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.一種有源電力濾波器，其特征在于包括:補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊(1)，通過外部的電流檢測模塊檢測非線性負(fù)載的電流，該電流經(jīng)過Α/D模塊進(jìn)行信號調(diào)理后輸入給補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊，補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊根據(jù)上述采集到的電流計(jì)算出補(bǔ)償諧波和無功電流；過零檢測模塊，其輸入端與主電路連接，其輸出端經(jīng)鎖相環(huán)后將電流變換信號傳輸給補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊；電流跟蹤控制電路(2)，其中的一路輸入端為D/Α模塊變換后的補(bǔ)償諧波和無功電流信號，另一路輸出端為主電路的電流信號，電流跟蹤控制電路對主電路的電流與補(bǔ)償諧波和無功電流信號進(jìn)行滯環(huán)比較后輸出端給開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路；開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路(3)接收來自于電流跟蹤控制電路輸出的PWM信號并經(jīng)隔離放大后驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，將與電流中的諧波成分大小相同方向相反的電流注入到主電路中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源電力濾波器，其特征在于:所述補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊的主芯片使用 TMS320F2407A。
【文檔編號】H02J3/01GK204012709SQ201420293895
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】楊俊川 申請人:石家莊旭昊電力設(shè)備科技有限公司