单相有源电力谐波无功综合补偿器制造技术

单相有源电力谐波无功综合补偿器，涉及电能质量技术领域，包括指令电流运算电路和由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路组成的补偿电流发生器，主动路包括由两个IGBT串联组成的一个桥臂、由两个单向电容串联组成的另一个桥臂，两个桥臂构成一个回路，两个IGBT中间分出第一支路连接电抗器的一端，两个单向电容中间分出第二支路，第二支路的另一端设有与电网的零线相连的接线端。本实用新型专利技术采用绝缘栅双极型晶体管为功率器件，提高了检测谐波与无功的检测速率，控制更加简单，实现更加容易，大大节约了成本。

Single phase active power harmonic reactive power compensator

The single-phase active power harmonic and reactive power compensator, belonging to the technical field of power quality, including the command current calculating circuit and compensation current generator by the current tracking control circuit, driving circuit and main circuit, active way comprises two IGBT series, a bridge arm is composed of two one-way series capacitor another bridge arm, two arm forms a loop, one end of two IGBT from the first branch middle connect reactor, two one-way capacitance into second middle branch, the second branch of the other end connected with the zero line network terminal. The utility model adopts the insulated gate bipolar transistor as the power device, improves the detection rate of the detection of harmonic and reactive power, the control is simpler, the realization is more easy, and the cost is saved.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电能质量
，具体涉及电网的谐波治理与无功补偿

技术介绍
随着现代工业技术的快速发展，电网系统中非线性负荷的急剧增加，各类非线性的电力电子装置如逆变器、整流器以及各种开关电源等广泛的应用，使得谐波和无功功率引发人们越来越多的关注；并且，供电方及其电力系统设备、用户以及各种电器对电能质量的要求也越来越高。所以对电网系统的谐波治理与无功补偿已成现代电力生产发展的迫切要求。现有行业中已有提出采用补偿器对电网进行谐波治理补偿的方法，但，其执行的补偿的主电路采用四个IGBT形成全桥桥臂式回路，并且还需在桥臂的两端设置电容，同时，还需采用锁相环的输出信号参与指令电流运算电路中。这种补偿方式的效率低、补偿效果并不理想，进入负载前的电网波形的畸变率还有7.14%。因此目前绝大多数有源电力滤波器谐波检测算法繁琐，均需要锁相环，结构均存在复杂、冗余的现象，并且主电路的成本较高。
技术实现思路
本技术目的是提出一种简单、高效、低成本的单相有源电力谐波无功综合补偿器。本技术包括指令电流运算电路和补偿电流发生器，所述补偿电流发生器由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路组成，所述指令电流运算电路的输出端连接电流跟踪控制电路的输入端，所述电流跟踪控制电路的输出端连接驱动电路的输入端，所述驱动电路的输出端连接主电路的输入端；主动路包括由两个IGBT串联组成的一个桥臂、由两个单向电容串联组成的另一个桥臂，两个桥臂构成一个回路，所述两个IGBT中间分出第一支路连接电抗器的一端，所述电抗器的另一端设有与电网的一相相连的接线端，所述两个单向电容中间分出第二支路，所述第二支路的另一端设有与电网的零线相连的接线端，串联的两个单向电容的两个外端设置指令电流运算电路的主电路电压信号采样接线端。本技术不需要电网锁相环，采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）为功率器件，并且还少采用一组IGBT，设计出一种可靠，高效，性价比高的单相有源电力滤波器。运用最简便的谐波算法，选用了递归离散傅里叶变换算法提取谐波与无功，大大减少了微控制器的运算量，提高了检测谐波与无功的检测速率。同时，节省了锁相环，较其他控制方法，控制更加简单，实现更加容易。主电路采用单相电容中点式结构，比传统的全桥结构节省了两个IGBT，大大节约了成本，提高了性价比。附图说明图1为本专利技术的一种应用示意图。图2为未采用补偿手段的进入负载前的电网波形图。图3为图2的进入负载前的电网波形傅里叶分析结果。图4为采用已有技术进行补偿后的进入负载前的电网波形图。图5为图4的进入负载前的电网波形傅里叶分析结果。图6为采用本专利技术进行补偿后的进入负载前的电网波形图。图7为图6的进入负载前的电网波形傅里叶分析结果。具体实施方式一、本技术的结构及工作原理：如图1所示，本技术设有指令电流运算电路1和补偿电流发生器两部分，补偿电流发生器由电流跟踪控制电路2、驱动电路3和主电路4三个部分构成。指令电流运算电路1的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分，因此有时也称之为谐波和无功电流检测电路。指令电流运算电路1的工作原理分析：假设周期为T的周期信号，将其表示为一系列谐波分量之和：（1）其中，Nm为所需考虑的最高频率谐波次数，Ak和Bk分别为第k次谐波分量的实部和虚部，为基波角频率。N为每个基波周期内的采样数，采样周期。以基波分量为例，其实部和虚部可由下式计算：（2）由式（2）可知，为了计算当前时刻基波分量的实部和虚部，需要利用输入信号在最近一个基波周期内的N个采样值，进行N次乘法和加法运算，运算量极大。但是通过观察式（2），发现其可以用以下递归的形式所表示：（3）根据式（3）即可方便的计算出基波分量的实部和虚部，从而根据下式合成得到基波分量：（4）根据式（4）可以得到基波分量，其中包含基波有功与基波无功，在这里无功也是我们补偿的对象，故应当分离基波有功，观察式（4）我们可以得到为基波无功分量，为基波有功分量。由此可以得到电流的基波有功分量，原信号与基波有功信号相减，即为无功与谐波信号（5）式（5）中，为谐波。从上式（1）推导得出：只需式（5）就可以实现补偿运算。式（5）中由电网电压产生，无需电网锁相环，不需要由微控制器产生，节省了微控制器的时间资源，不会产生微控制器的锁相误差，并且跟随电压的频率波动而自动调整。补偿电流发生器的作用是根据指令电流运算的得出的补偿电流的指令信号，通过电流跟踪控制电路驱动驱动电路，以使主电路产生实际的补偿电流。指令电流运算电路1的输出端连接电流跟踪控制电路2的输入端，电流跟踪控制电路2的输出端连接驱动电路3的输入端，驱动电路3的输出端连接主电路4的输入端。主动路4由两个IGBT（V1、V2）、两个单向电容（C1、C2）和一个电抗器（L）构成，V1和V2串联组成的一个桥臂，C1和C2串联组成另一个桥臂，两个桥臂构成一个回路，在V1和V2中间分出第一支路连接电抗器L的一端，电抗器L的另一端通过接线端子与电网的一相相连，C1和C2中间分出第二支路，第二支路的另一端通过接线端子与电网的零线相连，串联的C1和C2的两个外端设置指令电流运算电路的主电路电压信号UC采样接线端。指令电流运算电路1还设有与电网相连的电网电流信号is和电网电压信号ea接入端。本技术工作原理：电流跟踪控制电路是补偿电流发生电路中的第一个环节，起作用是根据补偿电流的指令信号和实际补偿电流之间的相互关系，得出控制补偿电流发生电路中主电路各个器件的PWM信号，控制的结果应保证补偿电流跟踪其指令信号变化。采用定时控制的瞬时值比较方式。二、对比分析：以相同的的负载，分别对未采用补偿手段、采用已有技术进行补偿后和采用本发明进行补偿后的进入负载前的电网波形图进行测试，分别取得图2、4、6的图波形图，各图中横坐标为时间轴单位为秒（s），纵坐标为电流单位为安培（A）。对比图2、4、6可见：采用本专利技术进行补偿后的进入负载前的电网波形图优于采用已有技术进行补偿后的进入负载前的电网波形图，采用已有技术进行补偿后的进入负载前的电网波形图优于未采用补偿手段的进入负载前的电网波形图。同时，分别对图2、4、6采用傅里叶分析，结果分别见图3、5、7。图3、5、7中Fundamental为基波，THD意思为畸变率，Hz意思为赫兹。由图3可见：负载波形的基波分量为50Hz，大小为79.9A，负载波形的畸变率为<本文档来自技高网...

【技术保护点】
单相有源电力谐波无功综合补偿器，包括指令电流运算电路和补偿电流发生器，所述补偿电流发生器由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路组成，所述指令电流运算电路的输出端连接电流跟踪控制电路的输入端，所述电流跟踪控制电路的输出端连接驱动电路的输入端，所述驱动电路的输出端连接主电路的输入端；其特征在于：主动路包括由两个IGBT串联组成的一个桥臂、由两个单向电容串联组成的另一个桥臂，两个桥臂构成一个回路，所述两个IGBT中间分出第一支路连接电抗器的一端，所述电抗器的另一端设有与电网的一相相连的接线端，所述两个单向电容中间分出第二支路，所述第二支路的另一端设有与电网的零线相连的接线端，串联的两个单向电容的两个外端设置指令电流运算电路的主电路电压信号采样接线端。

【技术特征摘要】
1.单相有源电力谐波无功综合补偿器，包括指令电流运算电路和补偿电流发生器，所
述补偿电流发生器由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路组成，所述指令电流运算电路
的输出端连接电流跟踪控制电路的输入端，所述电流跟踪控制电路的输出端连接驱动电路
的输入端，所述驱动电路的输出端连接主电路的输入端；其特征在于：主动路包括由两个
IGBT串联组成的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志波，袁韩雨，刘畅，费力，奚佳进，刘公琦，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32