本實(shí)用新型涉及一種三相功率平衡裝置，具體涉及一種基于FPGA控制的三相功率平衡裝置。

背景技術(shù)：

隨著電網(wǎng)日益復(fù)雜、非線性和沖擊性負(fù)載增加，配電網(wǎng)中無功功率、諧波、三相負(fù)荷不平衡等問題越來越嚴(yán)重。目前市場上的三相電流平衡設(shè)備，特別是大功率三相有功平衡設(shè)備仍然以無源無功補(bǔ)償裝置分相補(bǔ)償為主和少部分對(duì)安裝條件要求較高的有源電力濾波器和靜止無功發(fā)生器，且主要應(yīng)用于低壓范圍。但是，無源無功補(bǔ)償裝置本身有很大缺陷，不能達(dá)到最優(yōu)化的不平衡要求，且與無功補(bǔ)償裝置相比，三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置具有有功轉(zhuǎn)移、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償、與系統(tǒng)不諧振等優(yōu)勢。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，動(dòng)態(tài)無功發(fā)生及三相有功平衡裝置的成本逐漸下降，其巨大的技術(shù)優(yōu)勢、強(qiáng)大功能、更高的適應(yīng)性、更簡單的安裝方式，必將最終取代無功補(bǔ)償裝置占據(jù)市場主流。

三相功率平衡裝置是隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)發(fā)展起來的高科技裝備，是一種用于動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償、濾除諧波、平衡三相負(fù)載的新型電力電子裝置，該裝置具有體積小、效率高、可靠性好的特點(diǎn)，能夠被廣泛應(yīng)用于無功功率不平衡、電壓質(zhì)量低、線損嚴(yán)重的配電網(wǎng)中，通過動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功、平衡三相負(fù)載和濾除低次諧波電流改善配電網(wǎng)電能的質(zhì)量，提高變壓器的利用率，降低線損。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型要解決的問題是：提供一種可以消除三相負(fù)荷不平衡的電能質(zhì)量問題，輸出補(bǔ)償精度高，補(bǔ)償效果好，系統(tǒng)可靠性高的基于FPGA控制的三相功率平衡裝置。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

所述的基于FPGA控制的三相功率平衡裝置，包括系統(tǒng)電源U_abc、系統(tǒng)電源U_abc的三相輸出端連接輸出電抗器L_abc，輸出電抗器L_abc連接三相全橋逆變單元，三相全橋逆變單元的直流側(cè)連接串聯(lián)的電容C1和電容C2，電容C1和電容C2的中點(diǎn)連接零線電抗器L_N，零線電抗器L_N連接系統(tǒng)電源U_abc的零線N；

所述的系統(tǒng)電源U_abc與輸出電抗器L_abc的連接公共端連接電壓互感器，電壓互感器的輸出端連接控制系統(tǒng)的調(diào)理電路接口；

所述的輸出電抗器L_abc與三相全橋逆變單元的連接公共端穿接輸出電流互感器，輸出電流互感器的輸出端連接控制系統(tǒng)的調(diào)理電路接口；

所述的三相全橋逆變單元的直流側(cè)串接的電容C1和電容C2兩端連接直流采用互感器，直流采用互感器的輸出端連接控制系統(tǒng)的調(diào)理電路接口；

所述的控制系統(tǒng)通過驅(qū)動(dòng)電路連接三相全橋逆變單元，驅(qū)動(dòng)電路連接控制系統(tǒng)的PWM脈沖輸出信號(hào)端口。

進(jìn)一步的優(yōu)選，控制系統(tǒng)的調(diào)理電路接口連接負(fù)載電流互感器的輸出端，負(fù)載電流互感器穿接在負(fù)載側(cè)。

進(jìn)一步的優(yōu)選，控制系統(tǒng)包括調(diào)理電路、AD采樣芯片、FPGA芯片、DSP芯片和ARM芯片，所述的調(diào)理電路通過采樣信號(hào)總線連接AD采樣芯片，AD采樣芯片通過數(shù)據(jù)總線和控制總線連接FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片分別通過數(shù)據(jù)總線和控制總線連接DSP芯片和ARM芯片，F(xiàn)PGA芯片通過IO信號(hào)線連接IO口Ⅱ，DSP芯片通過IO信號(hào)線連接IO口Ⅲ，DSP芯片通過PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)線連接PWM脈沖輸出信號(hào)端口，ARM芯片IO信號(hào)線連接IO口Ⅰ，ARM芯片通過通訊信號(hào)線連接通訊接口485CAN端口。

本實(shí)用新型從改善配網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡的角度出發(fā)，在常規(guī)的單DSP控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增設(shè)了FPGA的邏輯控制處理環(huán)節(jié)，并利用FPGA的并行控制結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢通過FPGA對(duì)系統(tǒng)采樣信息進(jìn)行處理，形成了采樣速度快、控制精度高的三相功率平衡裝置。

進(jìn)一步的優(yōu)選，AD采樣芯片包括AD轉(zhuǎn)換芯片AD01、AD02和AD03，AD01、AD02和AD03分別通過數(shù)據(jù)總線和控制總線連接FPGA芯片。

本實(shí)用新型所具有的有益效果是：

本實(shí)用新型所述的基于FPGA控制的三相功率平衡裝置克服了傳統(tǒng)無源器件治理三相負(fù)荷不平衡的缺陷，解決了機(jī)械轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)相法治理三相負(fù)荷不平衡的頻繁投切問題，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，能夠有效消除配電網(wǎng)中三相負(fù)荷不平衡以及零線電流過大的電能質(zhì)量問題，提高了輸出補(bǔ)償精度，具有較好的補(bǔ)償效果和較高的系統(tǒng)可靠性。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1、三相全橋逆變單元；2、電壓互感器；3、負(fù)載電流互感器；4、輸出電流互感器；5、驅(qū)動(dòng)電路；6、直流采用互感器；7、控制系統(tǒng)；8、調(diào)理電路；9、PWM脈沖輸出信號(hào)端口；10、AD采樣芯片；11、ARM芯片；12、FPGA芯片；13、DSP芯片；14、通訊接口485CAN端口；15、IO口Ⅰ；16、IO口Ⅱ；17、IO口Ⅲ；U_abc、系統(tǒng)電源；L_abc、輸出電抗器；L_N、零線電抗器；C1、C2、電容。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例做進(jìn)一步描述：

如圖1所示，本實(shí)用新型所述的基于FPGA控制的三相功率平衡裝置，包括系統(tǒng)電源U_abc、系統(tǒng)電源U_abc的三相輸出端連接輸出電抗器L_abc，輸出電抗器L_abc連接三相全橋逆變單元1，三相全橋逆變單元1的直流側(cè)連接串聯(lián)的電容C1和電容C2，電容C1和電容C2的中點(diǎn)連接零線電抗器L_N，零線電抗器LN連接系統(tǒng)電源U_abc的零線N；

所述的系統(tǒng)電源U_abc與輸出電抗器L_abc的連接公共端連接電壓互感器2，電壓互感器2的輸出端連接控制系統(tǒng)7的調(diào)理電路接口(系統(tǒng)電壓采樣端口)；

所述的輸出電抗器L_abc與三相全橋逆變單元1的連接公共端穿接輸出電流互感器4，輸出電流互感器4的輸出端連接控制系統(tǒng)7的調(diào)理電路接口(輸出電流采樣端口)；

所述的三相全橋逆變單元1的直流側(cè)串接的電容C1和電容C2兩端連接直流采用互感器6，直流采用互感器6的輸出端連接控制系統(tǒng)7的調(diào)理電路接口(直流電壓采樣端口)；

所述的控制系統(tǒng)7通過驅(qū)動(dòng)電路5連接三相全橋逆變單元1，驅(qū)動(dòng)電路5連接控制系統(tǒng)7的PWM脈沖輸出信號(hào)端口9。

所述的控制系統(tǒng)7的調(diào)理電路接口(負(fù)載電流采樣端口)連接負(fù)載電流互感器3的輸出端，負(fù)載電流互感器3穿接在負(fù)載側(cè)。

如圖2所示，本實(shí)用新型所述的基于FPGA控制的三相功率平衡裝置的控制系統(tǒng)，包括調(diào)理電路8、AD采樣芯片10、FPGA芯片12、DSP芯片13和ARM芯片11，所述的電壓互感器2、輸出電流互感器4、直流采用互感器6、負(fù)載電流互感器3的輸出端通過調(diào)理電路接口連接調(diào)理電路8，調(diào)理電路8通過采樣信號(hào)總線連接AD采樣芯片10，AD采樣芯片10通過數(shù)據(jù)總線和控制總線連接FPGA芯片12，F(xiàn)PGA芯片12分別通過數(shù)據(jù)總線和控制總線連接DSP芯片13和ARM芯片11，F(xiàn)PGA芯片12通過IO信號(hào)線連接IO口Ⅱ16，DSP芯片13通過IO信號(hào)線連接IO口Ⅲ17，DSP芯片13通過PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)線連接PWM脈沖輸出信號(hào)端口9，ARM芯片11IO信號(hào)線連接IO口Ⅰ15，ARM芯片11通過通訊信號(hào)線連接通訊接口485CAN端口14。

所述的AD采樣芯片10包括AD轉(zhuǎn)換芯片AD01、AD02和AD03，AD01、AD02和AD03分別通過數(shù)據(jù)總線和控制總線連接FPGA芯片12。

本實(shí)用新型的工作原理和使用過程：

使用時(shí)，通過電壓互感器2、輸出電流互感器4、直流采用互感器6、負(fù)載電流互感器3分別采集系統(tǒng)電壓、輸出電流、直流電壓和負(fù)載電流，并將所采集到的采樣信號(hào)連接到控制系統(tǒng)7的調(diào)理電路接口，通過調(diào)理電路8進(jìn)行調(diào)理，并通過AD采樣芯片10進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換后通過數(shù)據(jù)總線和控制總線傳送至FPGA芯片12，通過FPGA芯片12進(jìn)行邏輯處理和控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電量的快速精確采樣，并由此可得到DSP芯片13更為精準(zhǔn)的計(jì)算和控制輸出。

本實(shí)用新型并不僅限于上述具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。