多通道谐波有源抑制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多通道谐波有源抑制装置及方法，装置包括第一电流传感器、第二电流传感器、主控单元、信号处理单元、信号合成单元和功率放大单元，第一电流传感器与主控单元相连，第二电流传感器与信号处理单元相连，主控单元与信号处理单元相连，信号处理单元的输出端与信号合成单元的输入端相连，信号合成单元的输出端与功率放大单元的输入端相连，功率放大单元的输出端通过信号注入点与电网母线短接；所述第一电流传感器、第二电流传感器与电网母线不直接相连，但安装于电网母线的信号注入点的两侧。本发明专利技术实时监测电网中的谐波状态，跟踪目标谐波频率变化，同时对电网中的多个谐波成分进行精确补偿；信号处理单元可根据实际增加或减少。

【技术实现步骤摘要】
多通道谐波有源抑制装置及方法
本专利技术涉及电磁兼容领域，具体涉及一种多通道谐波有源抑制装置及方法，对电路中的多个谐波同时进行抑制，主要用于抑制供电网络特别是整流发电机输出的直流电网中出现的各次谐波干扰。
技术介绍
在供电、用电系统中，当正弦电压施加在非线性电路或者非正弦电压施加在线性电路上时，都会产生非正弦电流，非正弦的周期性电流当中含有谐波成分，通过傅里叶级数分解，可知谐波频率理论上是基波频率的整数倍，谐波次数为谐波频率与基波频率的整数比。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热，产生振动和噪声，并使绝缘材料老化，使用寿命缩短；另外，谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振严重时导致电气设备故障乃至烧毁；谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱；对于电力系统外部，谐波会对通信设备和电子设备产生严重干扰。因此，谐波的治理成为电磁兼容学科及电气工程学科中非常重要的研究领域。目前，通过某种装置，向电网中注入与谐波电流大小相等，相位相反的电流，从而抵消谐波的方法得到了广泛应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有通信设备谐波治理存在的上述问题，提供一种多通道谐波有源抑制装置及方法，实时监测电网中的谐波状态，采用一定的算法跟踪目标谐波频率变化，可以同时对电网中的多个谐波成分进行精确补偿。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：多通道谐波有源抑制装置，包括第一电流传感器、第二电流传感器、主控单元、信号处理单元、信号合成单元和功率放大单元，第一电流传感器与主控单元相连，第二电流传感器与信号处理单元相连，主控单元与信号处理单元相连，信号处理单元的输出端与信号合成单元的输入端相连，信号合成单元的输出端与功率放大单元的输入端相连，功率放大单元的输出端通过信号注入点与电网母线短接；所述第一电流传感器、第二电流传感器与电网母线不直接相连，但安装于电网母线的信号注入点的两侧。按上述方案，所述第一电流传感器、第二电流传感器采用罗科夫斯基(Rogwski)线圈，做成以柔软非金属(如塑料)为骨架的开合式结构。按上述方案，所述主控单元采用基于ARM芯片STM32F407的控制器，控制器设置I2C通信协议接口和ADC接口，I2C通信协议接口与信号处理单元连接，ADC接口与第一电流传感器的罗科夫斯基线圈连接。按上述方案，所述信号处理单元包括母板和C1、C2、...CX共X个控制单元板，母板上至少设置X个金手指插槽、I2C通信协议接口、模拟信号接口以及与信号合成单元连接的接口，X个金手指插槽分别用于安插C1、C2、...CX控制单元板并向各个控制单元板供电和通信(还可以设置备用的金手指插槽，用于安插额外的控制单元板从而增强系统功能)；I2C通信协议接口与控制器的I2C通信协议接口连接，模拟信号接口与第二电流传感器的罗科夫斯基线圈连接。按上述方案，各个控制单元板的硬件规格完全相同，由ARM芯片STM32F407及若干外围电路组成，其中ARM芯片的I2C通信协议接口引脚、ADC接口引脚、DAC引脚、芯片电源引脚均引接至电路板下端的金手指插头，金手指插头的接口物理尺寸及引脚定义与母板上的金手指插槽相匹配。按上述方案，所述信号合成单元由信号跟随电路和模拟加法电路依次串联而成，信号跟随电路的模拟信号输入接口与信号处理单元的母板连接，模拟加法电路设置模拟信号输出接口。按上述方案，所述功率放大单元采用逆变器，逆变器的模拟信号输入接口与模拟加法电路的模拟信号输出接口连接，逆变器的功率信号输出接口的正、负输出分别连接至电网母线的正极母线与负极母线。本专利技术还提供了一种上述多通道谐波有源抑制装置的抑制方法，包括如下步骤：(1)装置上电后，在一个时间周期T开始时，主控单元对第一电流传感器送出的信号注入点左侧的谐波电流传感信号S1进行分析，找出谐波电流传感信号S1中幅值超出门限值P的谐波频率，其中P为人工设定的门限值，若发现有N个谐波的幅值超过门限值P，按照谐波的幅值由大到小的顺序，将这些谐波的幅值记为数列A1,A2,...,AN，其对应的谐波的频率记为F1,F2,...,FN；(2)主控单元分别向信号处理单元内的控制单元板C1,C2,...,CX发送控制信号，其中X为控制单元的个数，向各控制单元赋目标频率值；(3)当N≥X时，控制单元板C1,C2,...,CX接收到各自的目标频率值(控制信号)后，分别产生频率为F1,F2,...,FX的单频信号W1,W2,...,WX，送入信号合成单元，单频信号W1,W2,...,WX各自的幅度和相位由各个控制单元板内的算法决定；当N<X时，与N≥X类似，但第N+1至第X个控制单元板(C(N+1)至CX控制单元板)不工作；(4)当N≥X时，信号合成单元根据输入的单频信号W1,W2,...,WX，产生信号W；当N<X时，信号合成单元根据输入的单频信号W1,W2,...,WN，产生信号W；信号W送入功率放大单元，产生信号U；(5)在信号注入点处，信号U与电网母线上的谐波电流信号V叠加，产生信号D，第二电流传感器输出的谐波电流传感信号S2是信号D幅值的间接测量结果；(6)当N≥X时，控制单元板C1,C2,...,CX接收谐波电流传感信号S2，根据控制算法(如FFT算法)，调整其输出的单频信号W1,W2,...,WX各自的幅度和相位；当N<X时，控制单元板C1,C2,...,CN接收谐波电流传感信号S2，根据控制算法，调整其输出的单频信号W1,W2,...,WN各自的幅度和相位；从而改变信号U的波形，进而改变信号D的波形，使谐波电流传感信号S2中频率为F1,F2,...,FX的频率成分的幅度最小，达到抑制信号注入点右侧频率为F1,F2,...,FX的谐波的目的；(7)在每个时间周期T内，重复步骤(1)到步骤(6)。按上述方案，所述步骤(1)中，若N≥X，则只保留数列A1,A2,...,AN和F1,F2,...,FN的前X个数据，若N<X，则保留数列A1,A2,...,AN和F1,F2,...,FN的所有N个数据。按上述方案，所述步骤(2)具体为：若N≥X，主控单元通过发送控制信号E1,E2,...,EX，将数据F1,F2,...,FX分别送入控制单元板C1,C2,...,CX；若N<X，主控单元发送控制信号E1,E2,...,EN，将数据F1,F2,...,FN分别送入控制单元板C1,C2,...,CN。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术实时监测电网中的谐波状态，采用一定的算法跟踪目标谐波频率变化，可以同时对电网中的多个谐波成分进行精确补偿；采用主控单元周期性对信号注入点左侧的谐波电流传感信号进行分析，动态分析电网的主要谐波频率，针对电网中谐波频率的变化，调节自身输出电流的频率，从而动态更新装置输出信号中所包含的频率成分，避免因电网用电器变化等因素造成的主要谐波频率偏移带来的谐波补偿效果恶化不稳定等问题；2、信号处理单元内部的每个控制单元板，都接收信号注入点右侧的谐波传感信号，按照控制算法，调整自身输出信号的幅度及相位，达到抑制特定频率谐波的目的；3、采用可扩展的信号通道模块对电网中的多个对应谐波进行抑制，信号处理单元可根据实际应用需求，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多通道谐波有源抑制装置，其特征在于，包括第一电流传感器、第二电流传感器、主控单元、信号处理单元、信号合成单元和功率放大单元，第一电流传感器与主控单元相连，第二电流传感器与信号处理单元相连，主控单元与信号处理单元相连，信号处理单元的输出端与信号合成单元的输入端相连，信号合成单元的输出端与功率放大单元的输入端相连，功率放大单元的输出端通过信号注入点与电网母线短接；所述第一电流传感器、第二电流传感器与电网母线不直接相连，但安装于电网母线的信号注入点的两侧。

【技术特征摘要】
1.多通道谐波有源抑制装置，其特征在于，包括第一电流传感器、第二电流传感器、主控单元、信号处理单元、信号合成单元和功率放大单元，第一电流传感器与主控单元相连，第二电流传感器与信号处理单元相连，主控单元与信号处理单元相连，信号处理单元的输出端与信号合成单元的输入端相连，信号合成单元的输出端与功率放大单元的输入端相连，功率放大单元的输出端通过信号注入点与电网母线短接；所述第一电流传感器、第二电流传感器与电网母线不直接相连，但安装于电网母线的信号注入点的两侧。2.根据权利要求1所述的多通道谐波有源抑制装置，其特征在于，所述第一电流传感器、第二电流传感器采用罗科夫斯基线圈，做成以柔软非金属为骨架的开合式结构。3.根据权利要求1所述的多通道谐波有源抑制装置，其特征在于，所述主控单元采用基于ARM芯片STM32F407的控制器，控制器设置I2C通信协议接口和ADC接口，I2C通信协议接口与信号处理单元连接，ADC接口与第一电流传感器的罗科夫斯基线圈连接。4.根据权利要求3所述的多通道谐波有源抑制装置，其特征在于，所述信号处理单元包括母板和C1、C2、...CX共X个控制单元板，母板上至少设置X个金手指插槽、I2C通信协议接口、模拟信号接口以及与信号合成单元连接的接口，X个金手指插槽分别用于安插C1、C2、...CX控制单元板并向各个控制单元板供电和通信；I2C通信协议接口与控制器的I2C通信协议接口连接，模拟信号接口与第二电流传感器的罗科夫斯基线圈连接。5.根据权利要求4所述的多通道谐波有源抑制装置，其特征在于，各个控制单元板的硬件规格完全相同，由ARM芯片STM32F407及若干外围电路组成，其中ARM芯片的I2C通信协议接口引脚、ADC接口引脚、DAC引脚、芯片电源引脚均引接至电路板下端的金手指插头，金手指插头的接口物理尺寸及引脚定义与母板上的金手指插槽相匹配。6.根据权利要求1所述的多通道谐波有源抑制装置，其特征在于，所述信号合成单元由信号跟随电路和模拟加法电路依次串联而成，信号跟随电路的模拟信号输入接口与信号处理单元的母板连接，模拟加法电路设置模拟信号输出接口。7.根据权利要求1所述的多通道谐波有源抑制装置，其特征在于，所述功率放大单元采用逆变器，逆变器的模拟信号输入接口与模拟加法电路的模拟信号输出接口连接，逆变器的功率信号输出接口的正、负输出分别连接至电网母线的正极母线与负极母线。8.一种上述权利要求1～7任一项所述的多通道谐波有源抑制装置的抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)装置上电后，在一个时间周期T开始时，主控单元对第一电流传感器送出的信号注入点左侧的谐波电流传感信号S1进行分...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄琛，臧涛，陈亮，田海涛，刘义，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：湖北,42