本發(fā)明涉及一種諧波治理裝置，特別涉及一種自適應(yīng)式多級諧波隔離裝置。

背景技術(shù)：

隨著輸配電系統(tǒng)中各類非線性負載的日益增多和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種功率器件、變流裝置的應(yīng)用在節(jié)約能源、提高效率和人民生活質(zhì)量的同時，由于其非線性和多樣性的特點，給電網(wǎng)注入了大量的諧波和無功電流，導(dǎo)致系統(tǒng)電能質(zhì)量不斷惡化，造成很大的經(jīng)濟損失。

配電網(wǎng)系統(tǒng)中廣泛使用的各種電力電子裝置產(chǎn)生的小容量諧波在配電網(wǎng)中的線路電感和無功補償電容器間產(chǎn)生的串、并聯(lián)諧振會在傳輸線上造成嚴重的諧波電壓放大，從而引起系統(tǒng)電能質(zhì)量問題。

傳統(tǒng)對諧波治理的手段主要是針對耗電量較大的大型工業(yè)如電廠、化工廠等，采用濾波裝置對這些諧波源進行集中治理，一般安裝在諧波源的周圍，目的是為了降低大型工廠產(chǎn)生的諧波流入電網(wǎng)。但傳統(tǒng)的諧波集中治理的手段已無法解決電網(wǎng)背景諧波在傳輸線上傳播中產(chǎn)生的電壓放大問題。

在配電網(wǎng)中，功率因數(shù)校正電容器的安裝改變了配電網(wǎng)傳輸線的阻抗特性，依據(jù)傳輸線理論，分析由線路分布電感和功率因數(shù)校正電容器、分布電容的串并聯(lián)諧振，空載或輕載時，諧波會在配電網(wǎng)傳輸線上發(fā)生諧波放大。這是諧波在線路上發(fā)生了全反射，入射波與反射波的疊加造成的。電力系統(tǒng)針對這種諧波放大現(xiàn)象，一般將傳輸線長度限制在主要諧波波長的1/4以內(nèi)，傳輸線間加入隔離裝置，保證了電力傳輸過程中不會造成諧波增殖傳播。

未解決在配電網(wǎng)傳輸線上中由于諧波的放大傳播放大對電網(wǎng)造成的電能問題問題，本發(fā)明提供一種自適應(yīng)式多級諧波隔離裝置為，對背景諧波抑制起到了良好的作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種自適應(yīng)式多級諧波隔離裝置，包括電源模塊、整流模塊和逆變模塊；

所述電源模塊包括自適應(yīng)選擇裝置；所述自適應(yīng)選擇裝置包括：電壓采集器、變壓器、施密特觸發(fā)器和單片機；

三相交流電源由所述電源模塊濾波后經(jīng)所述整流模塊由PWM整流技術(shù)整流為直流電，再經(jīng)所述逆變模塊逆變?yōu)樗南嘟涣麟娸敵觥?/p>

所述電源模塊包括三相交流電源；每相交流電源依次與電抗器、EMI電源濾波器串聯(lián)；所述EMI電源濾波器包括并聯(lián)的虛擬阻尼和EMI濾波器，所述EMI電源濾波器與所述自適應(yīng)選擇裝置并聯(lián)。

所述整流模塊包括三相整流橋；所述三相整流橋包括三個橋臂，每個橋臂由一個第一IGBT和一個第二IGBT串聯(lián)組成；同一橋臂中的第一IGBT的發(fā)射極與第二IGBT的集電極連接，每個IGBT的發(fā)射極與集電極之間連接一個寄生二極管；三相整流橋中的三個第一IGBT的集電極互相連接，三相整流橋中的三個第二IGBT的發(fā)射極互相連接。

所述三相整流橋3個橋臂的中點分別與三相交流電源的一相連接。

所述逆變模塊包括三相四橋臂逆變器，每條橋臂由一個第三IGBT和一個第四IGBT串聯(lián)組成，同一橋臂中的第三IGBT的發(fā)射極與第四IGBT的集電極連接，每個IGBT的發(fā)射極與集電極之間連接一個寄生二極管；三相四橋臂逆變器中的四個第三IGBT的集電極互相連接，三相四橋臂逆變器中的四個第四IGBT的發(fā)射極互相連接；四個橋臂中任意三個橋臂的中點分別依次與EMI濾波器和負載連接后接地；第四個橋臂的中點與濾波電感連接后接地。

所述整流模塊與逆變模塊間并聯(lián)有1條支路，所述支路包括2個串聯(lián)的濾波電容。

所述EMI濾波器開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)如下所示：

其中，U_O(s)：輸出電壓，U_i(s)：輸入電壓，C_x1、C_x2：差模電容，R：虛擬并聯(lián)電阻，L：電感。

根據(jù)所述自適應(yīng)選擇裝置對網(wǎng)測輸入電壓的檢測，判斷是否進行EMI濾波器濾波，包括如下步驟：

步驟1-1：求取網(wǎng)側(cè)電壓波峰、波谷采樣值；

步驟1-2：判斷網(wǎng)側(cè)電壓波峰、波谷采樣值是否在期望電壓范圍內(nèi)。

所述的步驟1-1包括：

電壓采集器對網(wǎng)側(cè)電壓采樣；

對采樣得到的波形進行平滑處理；

求取采樣周期內(nèi)的波峰、波谷平均值并分別作為波峰、波谷采樣值。

所述步驟1-2，若網(wǎng)側(cè)電壓波峰、波谷采樣值在期望電壓范圍內(nèi)，則進行頻率采樣測量，否則，進入EMI電源濾波器進行濾波。

所述頻率采樣測量，包括如下步驟：

步驟2-1：變壓器對網(wǎng)側(cè)采樣電壓進行降壓隔離；

步驟2-2：經(jīng)離散器件進行穩(wěn)壓處理；

步驟2-3：利用施密特觸發(fā)器將采樣的正弦波信號轉(zhuǎn)換為的方波信號；

步驟2-4：利用單片機的定時計數(shù)功能對方波信號進行定時計數(shù)，求得網(wǎng)側(cè)頻率值；

步驟2-5：判斷網(wǎng)側(cè)頻率值是否在預(yù)定的期望頻率值范圍內(nèi)。

所述步驟2-5若網(wǎng)側(cè)頻率值在期望頻率值范圍內(nèi)，則直接進入整流模塊，否則，進入EMI電源濾波模塊進行濾波直至符合期望值。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果為：

本發(fā)明采用先進的自動控制技術(shù)算法進行自適應(yīng)式諧波治理，智能的對配電網(wǎng)背景諧波進行隔離，提高供電質(zhì)量和供電可靠性，降低用戶投訴率；

本發(fā)明通過三進四出結(jié)構(gòu)分離出的零相電壓，有助于輸出側(cè)進行三相負荷的平衡，對后級裝置起到了更好的連接作用，同時對負載的三相不平衡治理打下了堅實的基礎(chǔ)。后端負載存在不平衡情況可進行不平衡調(diào)節(jié)，避免用戶斷電，提高供電質(zhì)量；

本發(fā)明的整個拓撲網(wǎng)絡(luò)分為四級對網(wǎng)測諧波進行控制。運用先進的EMI濾波技術(shù)，使輸出電壓波形更加穩(wěn)定。

本發(fā)明采用基于IGBT的交直交結(jié)構(gòu)，避免傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件長期運行帶來的發(fā)熱問題，將大幅提高配網(wǎng)運行穩(wěn)定性和安全性，裝置自身損耗小，接近零損耗，對環(huán)境無電磁污染、無噪聲污染；

本發(fā)明可適應(yīng)室內(nèi)、室外、壁掛、柱上等多種安裝方式。

附圖說明

附圖1：本發(fā)明一種背景諧波治理裝置的主電路拓撲結(jié)構(gòu)電路圖；

附圖2：EMI濾波器單相等效電路圖；

附圖3：虛擬阻抗并聯(lián)EMI濾波器的開環(huán)傳遞函數(shù)；

附圖4：EMI電源濾波器對網(wǎng)測輸入電壓進行自適應(yīng)式選擇濾波的流程圖；

附圖標記：Ln：濾波電感；Q1、Q3和Q5：整流橋的第一IGBT；Q2、Q4和Q6：整流橋的第二IGBT；Q21、Q23、Q25和Q27：逆變橋的第三IGBT；Q22、Q24、Q26和Q28：逆變橋的第四IGBT；C1和C2：濾波電容；Za、Zb和Zc：負載；U_O(s)：輸出電壓；U_i(s)：輸入電壓；C_x1、C_x2：差模電容；C_y1、C_y2：共模電容；R；虛擬并聯(lián)電阻；L：電感。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

本專利所提出的多級諧波隔離裝置的研究，對于解決網(wǎng)測諧波問題有較大的突破。多級諧波隔離裝置主要由電源側(cè)、整流側(cè)和逆變側(cè)三部分組成。電源側(cè)主要解決來自交流電源端的電壓進行濾波，保證了進入主拓撲電壓的穩(wěn)定；整流側(cè)采用三相全橋PWM控制，主要解決直流電壓的波動情況。逆變側(cè)則采用三線四橋臂分離零相電壓的結(jié)構(gòu)，通過采用虛擬阻尼并聯(lián)EMI電源濾波的控制策略對網(wǎng)測諧波進行有效抑制。

虛擬阻尼并聯(lián)EMI濾波器所構(gòu)成的三級濾波器能夠更加精準的抑制交流電網(wǎng)中的高頻干擾對負載的影響。相比于傳統(tǒng)的LC濾波器，EMI濾波器可以給予高次諧波足夠的衰減，只允許用電負載正常工作頻率信號進入設(shè)備(通常為工頻信號)。所以本設(shè)計逆變側(cè)采用EMI濾波器與四相出線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的濾波裝置。EMI技術(shù)更加精準、快速。由于逆變側(cè)采用四線引出式結(jié)構(gòu)，相與相之間也存在著相互干擾的問題。EMI濾波器不僅能濾除單向干擾，也能很好地濾除雙向干擾技術(shù)，對保護系統(tǒng)穩(wěn)定有著至關(guān)重要的作用。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種自適應(yīng)式多級諧波隔離裝置，其特征在于，所述裝置包括電源模塊、整流模塊和逆變模塊；

三相交流電源由所述電源模塊濾波后經(jīng)所述整流模塊由PWM整流技術(shù)整流為直流電，再經(jīng)所述逆變模塊逆變?yōu)樗南嘟涣麟娸敵觥?/p>

所述電源模塊包括自適應(yīng)選擇裝置；所述自適應(yīng)選擇裝置包括：電壓采集器、變壓器、施密特觸發(fā)器和單片機；

所述電源模塊包括三相交流電源；每相交流電源依次與電抗器和EMI電源濾波器串聯(lián)；所述EMI電源濾波器包括并聯(lián)的虛擬阻尼和EMI濾波器，所述EMI電源濾波器與所述自適應(yīng)選擇裝置并聯(lián)。

所述整流模塊包括三相整流橋；所述三相整流橋包括三個橋臂，每個橋臂由一個第一IGBT和一個第二IGBT串聯(lián)組成；同一橋臂中的第一IGBT的發(fā)射極與第二IGBT的集電極連接，每個IGBT的發(fā)射極與集電極之間連接一個寄生二極管；三相整流橋第一IGBT的集電極互相連接，三相整流橋第二IGBT的發(fā)射極互相連接。

所述三相整流橋3個橋臂的中點分別與三相交流電源的一相連接。

所述逆變模塊包括三相四橋臂逆變器，每條橋臂由一個第三IGBT和一個第四IGBT串聯(lián)組成，同一橋臂中的第三IGBT的發(fā)射極與第四IGBT的集電極連接，每個IGBT的發(fā)射極與集電極之間連接一個寄生二極管；三相四橋臂逆變器第三IGBT的集電極互相連接，三相四橋臂逆變器第四IGBT的發(fā)射極互相連接；四個橋臂中三個橋臂的中點分別依次與EMI濾波器和負載連接后接地；第四個橋臂的中點與濾波電感連接后接地。

所述整流模塊與逆變模塊間并聯(lián)有1條支路，所述支路包括2個串聯(lián)的濾波電容。

圖2所示為EMI濾波器單相等效電路；

圖3為所述EMI電源濾波器的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)，化簡后如下所示：

或

其中，U_O(s)：輸出電壓，U_i(s)：輸入電壓，C_x1、C_x2：差模電容，C_y1、C_y：共模電容，R：虛擬并聯(lián)電阻；L：電感。

該諧波隔離裝置采用三進線四出線方式，可以通過分離零序電壓，實現(xiàn)零序控制，從而對三相負荷平衡進行控制。為實現(xiàn)對電能更加經(jīng)濟有效的傳輸，對電源側(cè)EMI濾波裝置本專利采用先進的自動控制技術(shù)來對網(wǎng)測輸入電壓進行自適應(yīng)式選擇濾波，控制框圖如圖4所示：

所述的自適應(yīng)選擇裝置對網(wǎng)測輸入電壓進行檢測，判斷是否進行EMI濾波器濾波，包括如下步驟：

步驟1-1：求取網(wǎng)側(cè)電壓波峰、波谷采樣值；

步驟1-2：判斷網(wǎng)側(cè)電壓波峰、波谷采樣值是否在期望電壓范圍內(nèi)。

所述的步驟1-1包括：

電壓采集器對網(wǎng)側(cè)電壓采樣；

對采樣得到的波形進行平滑處理；

求取采樣周期內(nèi)的波峰、波谷平均值并分別作為波峰、波谷采樣值。

所述步驟1-2，若網(wǎng)側(cè)電壓波峰、波谷采樣值在期望電壓范圍內(nèi)，則進行頻率采樣測量，否則，進入EMI電源濾波器進行濾波。

所述頻率采樣測量，包括如下步驟：

步驟2-1：通過變壓器對網(wǎng)側(cè)采樣電壓進行降壓隔離；

步驟2-2：經(jīng)離散器件進行穩(wěn)壓處理；

步驟2-3：利用施密特觸發(fā)器將采樣的正弦波信號轉(zhuǎn)換為的方波信號；

步驟2-4：利用單片機對方波信號進行定時計數(shù)，求得網(wǎng)側(cè)頻率值；

步驟2-5：判斷網(wǎng)側(cè)頻率值是否在預(yù)定的期望頻率值范圍內(nèi)。

所述步驟2-4采用單片機的定時計數(shù)功能，對方波信號定時計數(shù)處理。

所述步驟2-5若網(wǎng)側(cè)頻率值在期望頻率值范圍內(nèi)，則直接進入整流模塊，否則，進入EMI電源濾波模塊進行濾波直至符合期望值。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其保護范圍的限制,盡管參照上述實施例對本申請進行了詳細的說明,所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請后依然可對申請的具體實施方式進行種種變更、修改或者等同替換，但這些變更、修改或者等同替換，均在申請待批的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。