本發(fā)明涉及一種電力設(shè)備，具體涉及一種基于FPGA的諧波檢測(cè)補(bǔ)償裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和電力工業(yè)的飛速發(fā)展，電力負(fù)荷種類越發(fā)繁多，用電負(fù)荷日趨復(fù)雜化和多樣化。交流電的波形發(fā)生變化產(chǎn)生的諧波給電能用戶、電力系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重的危害，當(dāng)前已把這種危害稱之為諧波污染，諧波污染已經(jīng)成為危害電網(wǎng)、影響其他用電設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重大問(wèn)題。電力諧波是反映動(dòng)力系統(tǒng)電能質(zhì)量好壞的一個(gè)重要指標(biāo)，諧波成分的多少，反映了電壓和電流實(shí)際波形偏離理性波形的變化程度。常規(guī)的諧波測(cè)量方法主要有：模擬帶通或帶阻濾波器測(cè)量諧波；基于瞬時(shí)無(wú)功功率的諧波測(cè)量，但是，各種基本方法在實(shí)際運(yùn)用中均有不同程度局限及缺點(diǎn)，從而也存在電力使用的安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于FPGA的諧波檢測(cè)補(bǔ)償裝置，具有轉(zhuǎn)換速度快和精確度高的優(yōu)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，更好的實(shí)現(xiàn)了抑制諧波的目的。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：包括諧波補(bǔ)償柜體，諧波補(bǔ)償柜體內(nèi)的電源與負(fù)載之間設(shè)置有電流閉環(huán)控制電路，所述電流閉環(huán)控制電路采用4相交錯(cuò)并聯(lián)采樣，所述電流閉環(huán)控制電路包括依次電連接的濾波器、輸入接觸器、電感、IGBT逆變器、第一PI調(diào)節(jié)器和坐標(biāo)變換模塊，坐標(biāo)變換模塊分別電連接至IGBT逆變器和負(fù)載，所述負(fù)載和濾波器連接至電源，所述坐標(biāo)變換模塊和IGBT逆變器間依次電連接有第二PI調(diào)節(jié)器和PWM發(fā)生器，所述坐標(biāo)變換模塊和負(fù)載間設(shè)有相互并聯(lián)的基于FPGA的諧波檢測(cè)模塊和鎖相環(huán)。

所述諧波檢測(cè)模塊包括互感器和控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)連接有A/D轉(zhuǎn)換電路、FIFO單元、基于FPGA的FFT單元、存儲(chǔ)單元、上位通訊模塊和交互單元，所述互感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、FIFO單元和基于FPGA的FFT單元依次電連接；所述控制系統(tǒng)與互感器之間設(shè)置有鑒相倍頻電路。

所述控制系統(tǒng)采用DSP 2407控制系統(tǒng)。

所述上位通訊模塊采用RS485標(biāo)準(zhǔn)接口。

所述存儲(chǔ)單元采用EEPROM。

所述交互單元包括鍵盤和顯示器。

所述互感器包括電壓互感器PT和電流互感器CT。

所述輸入接觸器上并聯(lián)有軟啟動(dòng)電阻。

所述濾波器采用高通濾波器。

所述IGBT逆變器采用三相半橋逆變器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明電流閉環(huán)控制電路采用4相交錯(cuò)并聯(lián)采樣；在負(fù)載電流流經(jīng)IGBT逆變器的回路上設(shè)置基于FPGA的諧波檢測(cè)模塊進(jìn)行諧波檢測(cè)，通過(guò)獲取檢測(cè)信號(hào)，利用控制系統(tǒng)控制進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，再獲得各次諧波的幅值和相角。本發(fā)明使用準(zhǔn)自然采樣，控制和調(diào)制頻率500KHz，由于采用4相交錯(cuò)并聯(lián)，總電流的頻率可以達(dá)到64.8KHz，這樣電流環(huán)的寬度可以打大大提高；電流環(huán)的控制方法采用總電流控制環(huán)和支路電流誤差控制環(huán)結(jié)合，支路電流誤差控制環(huán)的帶寬可以低一些，用于控制均流?？刂扑惴骖櫡€(wěn)態(tài)補(bǔ)償精度和補(bǔ)償?shù)目焖傩?，?duì)于無(wú)功補(bǔ)償，采用開環(huán)控制，補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間小于10ms；對(duì)于諧波補(bǔ)償，采用閉環(huán)控制，補(bǔ)償后THDi小于3％，還可實(shí)現(xiàn)無(wú)功與諧波的同時(shí)補(bǔ)償、分別補(bǔ)償、對(duì)指定次諧波的定向補(bǔ)償；總電流及單次諧波均可設(shè)定限流值，使裝置不過(guò)流?；鞠艘蜻^(guò)流導(dǎo)致開關(guān)管損壞的可能性，增強(qiáng)了裝置的可靠性。電流閉環(huán)控制系統(tǒng)可自動(dòng)檢測(cè)本裝置發(fā)出的電流和給定電流的差別，并通過(guò)變更數(shù)字濾波器的參數(shù)，自主校正參考電流，自主調(diào)整控制參數(shù)，從而抑制系統(tǒng)諧振，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本發(fā)明轉(zhuǎn)換速度快，精確度高，顯著提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)更好的抑制諧波的目的。

進(jìn)一步，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)完成各單元初始化后，由互感器單元獲得要檢測(cè)的電壓和電流信號(hào)，并利用其中一相電壓信號(hào)，經(jīng)鑒相倍頻同步電路跟蹤實(shí)時(shí)的電力線路的工頻頻率，并通過(guò)倍頻信號(hào)，使微處理控制系統(tǒng)獲得A/D轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確信號(hào)，控制A/D轉(zhuǎn)換電路在一個(gè)工頻周期內(nèi)準(zhǔn)確同步的進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果入FIFO單元中緩存，當(dāng)達(dá)到控制點(diǎn)后，微處理控制器控制停止轉(zhuǎn)換，啟動(dòng)FPGA從FIFO單元中讀取數(shù)據(jù)，再由基于FPGA的FFT單元，完成信號(hào)的轉(zhuǎn)換，獲得各次諧波的幅值和相角。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，由微處理控制系統(tǒng)讀取分析結(jié)果，存儲(chǔ)于EEPROM單元中，系統(tǒng)也可實(shí)時(shí)顯示分析結(jié)果，并通過(guò)通訊接口直接接入電力調(diào)度網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分析結(jié)果的上傳或接收遠(yuǎn)方調(diào)度。

進(jìn)一步，輸入觸摸器KM上并聯(lián)有軟啟動(dòng)電阻；系統(tǒng)開機(jī)時(shí)，電源通過(guò)電阻R對(duì)母線電容充電，實(shí)施母線軟啟動(dòng)。

進(jìn)一步，濾波器采用高通濾波器，濾除逆變器的開關(guān)紋波。

進(jìn)一步，逆變器采用三相半橋逆變器，由IGBT模塊組成，IGBT是MOSFET與雙極晶體管的符合器件。它既有MOSFET易驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，又具有功率晶體管電壓、電容流量大等優(yōu)點(diǎn)。其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可以正常工作于幾十KHz頻率范圍內(nèi)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為諧波檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例和說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。

參見圖1，本發(fā)明包括諧波補(bǔ)償柜體，諧波補(bǔ)償柜體內(nèi)的電源與負(fù)載之間設(shè)置有電流閉環(huán)控制電路，電流閉環(huán)控制電路采用4相交錯(cuò)并聯(lián)采樣，電流閉環(huán)控制電路包括依次電連接的濾波器、輸入接觸器KM、電感L、IGBT逆變器、第一PI調(diào)節(jié)器PI₁和坐標(biāo)變換模塊C2r/3s，坐標(biāo)變換模塊C2r/3s分別電連接至IGBT逆變器和負(fù)載，負(fù)載和濾波器連接至電源，坐標(biāo)變換模塊C2r/3s和IGBT逆變器間依次電連接有第二PI調(diào)節(jié)器PI₂和PWM發(fā)生器，坐標(biāo)變換模塊C2r/3s和負(fù)載間設(shè)有相互并聯(lián)的基于FPGA的諧波檢測(cè)模塊和鎖相環(huán)PLL。互感器CT/PT包括電壓互感器PT和電流互感器CT，用于檢測(cè)電壓和電流信號(hào)；輸入接觸器KM上并聯(lián)有軟啟動(dòng)電阻R，濾波器采用高通濾波器，IGBT逆變器采用三相半橋逆變器。

參見圖2，諧波檢測(cè)模塊包括互感器CT/PT和控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)連接有A/D轉(zhuǎn)換電路、FIFO單元、基于FPGA的FFT單元、存儲(chǔ)單元、上位通訊模塊和交互單元，所述互感器CT/PT、A/D轉(zhuǎn)換電路、FIFO單元和基于FPGA的FFT單元依次電連接；所述控制系統(tǒng)與互感器CT/PT之間設(shè)置有鑒相倍頻電路。控制系統(tǒng)采用DSP 2407控制系統(tǒng)，用于信號(hào)轉(zhuǎn)換的控制；上位通訊模塊采用RS485標(biāo)準(zhǔn)接口，用于將處理后的信息與外輔助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接，采用RS485標(biāo)準(zhǔn)接口可擴(kuò)大本裝置的適用性及適用范圍；存儲(chǔ)單元采用EEPROM，通過(guò)EEPROM存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速存儲(chǔ)或讀取；交互單元包括鍵盤和顯示器，用于向諧波檢測(cè)模塊輸入控制信息，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示分析結(jié)果。

參見圖1，本發(fā)明包括諧波補(bǔ)償柜體，諧波補(bǔ)償柜體內(nèi)的電源與負(fù)載之間設(shè)置有電流閉環(huán)控制電路；電流閉環(huán)控制電路包括有IGBT逆變器；電流閉環(huán)控制電路采用4相交錯(cuò)并聯(lián)采樣；在負(fù)載電流流經(jīng)IGBT逆變器的回路上設(shè)置有基于FPGA的諧波檢測(cè)模塊。使用準(zhǔn)自然采樣，控制和調(diào)制頻率500KHz，由于采用4相交錯(cuò)并聯(lián)，總電流的頻率可以達(dá)到64.8KHz，這樣電流環(huán)的寬度可以打大大提高；電流環(huán)的控制方法采用總電流控制環(huán)和支路電流誤差控制環(huán)結(jié)合，支路電流誤差控制環(huán)的帶寬可以低一些，用于控制均流?？刂扑惴骖櫡€(wěn)態(tài)補(bǔ)償精度和補(bǔ)償?shù)目焖傩裕瑢?duì)于無(wú)功補(bǔ)償，采用開環(huán)控制，補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間小于10ms；對(duì)于諧波補(bǔ)償，采用閉環(huán)控制，補(bǔ)償后THDi小于3％，還可實(shí)現(xiàn)無(wú)功與諧波的同時(shí)補(bǔ)償、分別補(bǔ)償、對(duì)指定次諧波的定向補(bǔ)償；總電流及單次諧波均可設(shè)定限流值，使裝置不過(guò)流。基本消除了因過(guò)流導(dǎo)致開關(guān)管損壞的可能性，增強(qiáng)了裝置的可靠性。電流閉環(huán)控制系統(tǒng)可自動(dòng)檢測(cè)本裝置發(fā)出的電流和給定電流的差別，并通過(guò)變更數(shù)字濾波器的參數(shù)，自主校正參考電流，自主調(diào)整控制參數(shù)，從而抑制系統(tǒng)諧振，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

參見圖2，本發(fā)明的基于FPGA的諧波檢測(cè)模塊包括互感器、控制系統(tǒng)，及與控制系統(tǒng)電連接的A/D轉(zhuǎn)換電路、FIFO單元、FPGA的FFT單元、存儲(chǔ)單元、上位通訊模塊和交互單元；互感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、FIFO單元和FPGA的FFT單元依次電連接；所述控制系統(tǒng)與互感器之間設(shè)置有鑒相倍頻電路。上位通訊模塊采用RS485標(biāo)準(zhǔn)接口；用于將處理后的信息與外輔助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接，采用RS485標(biāo)準(zhǔn)接口可擴(kuò)大本裝置的適用性及適用范圍?？刂葡到y(tǒng)采用DSP2407控制系統(tǒng)，用于信號(hào)轉(zhuǎn)換的控制。存儲(chǔ)單元采用EEPROM；通過(guò)EEPROM存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速存儲(chǔ)或讀取。交互單元包括鍵盤和顯示器；用于向諧波檢測(cè)模塊輸入控制信息，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示分析結(jié)果?；ジ衅靼妷夯ジ衅鱌T和電流互感器CT；用于檢測(cè)電壓和電流信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)完成各單元初始化后，由CT/PT傳感器單元獲得要檢測(cè)的3相電壓和3相電流信號(hào)，并利用其中一相電壓信號(hào)，經(jīng)鑒相倍頻同步電路跟蹤實(shí)時(shí)的電力線路的工頻頻率，并通過(guò)倍頻信號(hào)，使微處理控制系統(tǒng)獲得A/D轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確信號(hào)，控制A/D轉(zhuǎn)換電路在一個(gè)工頻周期內(nèi)準(zhǔn)確同步的進(jìn)行6路信號(hào)的14位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果入FIFO中緩存，當(dāng)采集128點(diǎn)后，微處理控制器控制停止轉(zhuǎn)換，啟動(dòng)FPGA從FIFO中讀取數(shù)據(jù)，再由基于FPGA的FFT單元，完成128點(diǎn)的6路信號(hào)的轉(zhuǎn)換，獲得各次諧波的幅值和相角。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，由微處理控制系統(tǒng)讀取分析結(jié)果，存儲(chǔ)于EEPROM單元中，系統(tǒng)也可實(shí)時(shí)顯示分析結(jié)果，或由RS485標(biāo)準(zhǔn)接口，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)IEC60870-5-103規(guī)約直接接入電力調(diào)度網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分析結(jié)果的上傳或接收遠(yuǎn)方調(diào)度。