一种基于FPGA的谐波检测补偿装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的谐波检测补偿装置，目的在于，提高转换速度和精确度，提高系统的实时性，更好的实现抑制谐波的目的，所采用的技术方案为：包括谐波补偿柜体，谐波补偿柜体内的电源与负载之间设置有电流闭环控制电路，所述电流闭环控制电路采用4相交错并联采样，所述电流闭环控制电路包括依次电连接的滤波器、输入接触器、电感、IGBT逆变器、第一PI调节器和坐标变换模块，坐标变换模块分别电连接至IGBT逆变器和负载，所述负载和滤波器连接至电源，所述坐标变换模块和IGBT逆变器间依次电连接有第二PI调节器和PWM发生器，所述坐标变换模块和负载间设有相互并联的基于FPGA的谐波检测模块和锁相环。

A harmonic detection and compensation device based on FPGA

The invention discloses a FPGA harmonic detection and compensation device, based on the purpose of improving the conversion speed and accuracy, improve the real-time performance of the system, to achieve the purpose of better harmonic suppression, the technical proposal is as follows: including harmonic compensation cabinet, a current closed-loop control circuit is arranged between the power supply and load harmonic compensation cabinet and the current closed-loop control circuit using 4 phase interleaved sampling, the current closed-loop control circuit comprises the electrical connection of the input filter, contactor, inductance, IGBT inverter, PI regulator and the first coordinate transformation module, coordinate transformation module is respectively electrically connected to the IGBT inverter and the load, the load and the filter is connected to the power supply and the coordinate transformation module and the IGBT inverter are orderly electrically connected with the second PI regulator and PWM generator, the coordinate transformation model An FPGA based harmonic detection module and a phase-locked loop are connected in parallel between the block and the load.

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的谐波检测补偿装置
本专利技术涉及一种电力设备，具体涉及一种基于FPGA的谐波检测补偿装置。
技术介绍
随着我国经济和电力工业的飞速发展，电力负荷种类越发繁多，用电负荷日趋复杂化和多样化。交流电的波形发生变化产生的谐波给电能用户、电力系统带来严重的危害，当前已把这种危害称之为谐波污染，谐波污染已经成为危害电网、影响其他用电设备安全经济运行的重大问题。电力谐波是反映动力系统电能质量好坏的一个重要指标，谐波成分的多少，反映了电压和电流实际波形偏离理性波形的变化程度。常规的谐波测量方法主要有：模拟带通或带阻滤波器测量谐波；基于瞬时无功功率的谐波测量，但是，各种基本方法在实际运用中均有不同程度局限及缺点，从而也存在电力使用的安全隐患。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提出一种基于FPGA的谐波检测补偿装置，具有转换速度快和精确度高的优点，提高了系统的实时性，更好的实现了抑制谐波的目的。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案为：包括谐波补偿柜体，谐波补偿柜体内的电源与负载之间设置有电流闭环控制电路，所述电流闭环控制电路采用4相交错并联采样，所述电流闭环控制电路包括依次电连接的滤波器、输入接触器、电感、IGBT逆变器、第一PI调节器和坐标变换模块，坐标变换模块分别电连接至IGBT逆变器和负载，所述负载和滤波器连接至电源，所述坐标变换模块和IGBT逆变器间依次电连接有第二PI调节器和PWM发生器，所述坐标变换模块和负载间设有相互并联的基于FPGA的谐波检测模块和锁相环。所述谐波检测模块包括互感器和控制系统，控制系统连接有A/D转换电路、FIFO单元、基于FPGA的FFT单元、存储单元、上位通讯模块和交互单元，所述互感器、A/D转换电路、FIFO单元和基于FPGA的FFT单元依次电连接；所述控制系统与互感器之间设置有鉴相倍频电路。所述控制系统采用DSP2407控制系统。所述上位通讯模块采用RS485标准接口。所述存储单元采用EEPROM。所述交互单元包括键盘和显示器。所述互感器包括电压互感器PT和电流互感器CT。所述输入接触器上并联有软启动电阻。所述滤波器采用高通滤波器。所述IGBT逆变器采用三相半桥逆变器。与现有技术相比，本专利技术电流闭环控制电路采用4相交错并联采样；在负载电流流经IGBT逆变器的回路上设置基于FPGA的谐波检测模块进行谐波检测，通过获取检测信号，利用控制系统控制进行信号转换，再获得各次谐波的幅值和相角。本专利技术使用准自然采样，控制和调制频率500KHz，由于采用4相交错并联，总电流的频率可以达到64.8KHz，这样电流环的宽度可以打大大提高；电流环的控制方法采用总电流控制环和支路电流误差控制环结合，支路电流误差控制环的带宽可以低一些，用于控制均流。控制算法兼顾稳态补偿精度和补偿的快速性，对于无功补偿，采用开环控制，补偿响应时间小于10ms；对于谐波补偿，采用闭环控制，补偿后THDi小于3％，还可实现无功与谐波的同时补偿、分别补偿、对指定次谐波的定向补偿；总电流及单次谐波均可设定限流值，使装置不过流。基本消除了因过流导致开关管损坏的可能性，增强了装置的可靠性。电流闭环控制系统可自动检测本装置发出的电流和给定电流的差别，并通过变更数字滤波器的参数，自主校正参考电流，自主调整控制参数，从而抑制系统谐振，增强系统的稳定性。本专利技术转换速度快，精确度高，显著提高了系统的实时性，实现更好的抑制谐波的目的。进一步，当系统启动完成各单元初始化后，由互感器单元获得要检测的电压和电流信号，并利用其中一相电压信号，经鉴相倍频同步电路跟踪实时的电力线路的工频频率，并通过倍频信号，使微处理控制系统获得A/D转换的准确信号，控制A/D转换电路在一个工频周期内准确同步的进行信号转换，转换结果入FIFO单元中缓存，当达到控制点后，微处理控制器控制停止转换，启动FPGA从FIFO单元中读取数据，再由基于FPGA的FFT单元，完成信号的转换，获得各次谐波的幅值和相角。转换结束后，由微处理控制系统读取分析结果，存储于EEPROM单元中，系统也可实时显示分析结果，并通过通讯接口直接接入电力调度网，实现分析结果的上传或接收远方调度。进一步，输入触摸器KM上并联有软启动电阻；系统开机时，电源通过电阻R对母线电容充电，实施母线软启动。进一步，滤波器采用高通滤波器，滤除逆变器的开关纹波。进一步，逆变器采用三相半桥逆变器，由IGBT模块组成，IGBT是MOSFET与双极晶体管的符合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电容流量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可以正常工作于几十KHz频率范围内。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为谐波检测模块结构示意图。具体实施方式下面结合具体的实施例和说明书附图对本专利技术作进一步的解释说明。参见图1，本专利技术包括谐波补偿柜体，谐波补偿柜体内的电源与负载之间设置有电流闭环控制电路，电流闭环控制电路采用4相交错并联采样，电流闭环控制电路包括依次电连接的滤波器、输入接触器KM、电感L、IGBT逆变器、第一PI调节器PI1和坐标变换模块C2r/3s，坐标变换模块C2r/3s分别电连接至IGBT逆变器和负载，负载和滤波器连接至电源，坐标变换模块C2r/3s和IGBT逆变器间依次电连接有第二PI调节器PI2和PWM发生器，坐标变换模块C2r/3s和负载间设有相互并联的基于FPGA的谐波检测模块和锁相环PLL。互感器CT/PT包括电压互感器PT和电流互感器CT，用于检测电压和电流信号；输入接触器KM上并联有软启动电阻R，滤波器采用高通滤波器，IGBT逆变器采用三相半桥逆变器。参见图2，谐波检测模块包括互感器CT/PT和控制系统，控制系统连接有A/D转换电路、FIFO单元、基于FPGA的FFT单元、存储单元、上位通讯模块和交互单元，所述互感器CT/PT、A/D转换电路、FIFO单元和基于FPGA的FFT单元依次电连接；所述控制系统与互感器CT/PT之间设置有鉴相倍频电路。控制系统采用DSP2407控制系统，用于信号转换的控制；上位通讯模块采用RS485标准接口，用于将处理后的信息与外辅助系统实现连接，采用RS485标准接口可扩大本装置的适用性及适用范围；存储单元采用EEPROM，通过EEPROM存储模块实现数据的快速存储或读取；交互单元包括键盘和显示器，用于向谐波检测模块输入控制信息，同时实时显示分析结果。参见图1，本专利技术包括谐波补偿柜体，谐波补偿柜体内的电源与负载之间设置有电流闭环控制电路；电流闭环控制电路包括有IGBT逆变器；电流闭环控制电路采用4相交错并联采样；在负载电流流经IGBT逆变器的回路上设置有基于FPGA的谐波检测模块。使用准自然采样，控制和调制频率500KHz，由于采用4相交错并联，总电流的频率可以达到64.8KHz，这样电流环的宽度可以打大大提高；电流环的控制方法采用总电流控制环和支路电流误差控制环结合，支路电流误差控制环的带宽可以低一些，用于控制均流。控制算法兼顾稳态补偿精度和补偿的快速性，对于无功补偿，采用开环控制，补偿响应时间小于10ms；对于谐波补偿，采用闭环控制，补偿后THDi小于3％，还可实现无功与谐波的同时补偿、分别补偿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的谐波检测补偿装置，其特征在于，包括谐波补偿柜体，谐波补偿柜体内的电源与负载之间设置有电流闭环控制电路，所述电流闭环控制电路采用4相交错并联采样，所述电流闭环控制电路包括依次电连接的滤波器、输入接触器(KM)、电感(L)、IGBT逆变器、第一PI调节器(PI

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的谐波检测补偿装置，其特征在于，包括谐波补偿柜体，谐波补偿柜体内的电源与负载之间设置有电流闭环控制电路，所述电流闭环控制电路采用4相交错并联采样，所述电流闭环控制电路包括依次电连接的滤波器、输入接触器(KM)、电感(L)、IGBT逆变器、第一PI调节器(PI1)和坐标变换模块(C2r/3s)，坐标变换模块(C2r/3s)分别电连接至IGBT逆变器和负载，所述负载和滤波器连接至电源，所述坐标变换模块(C2r/3s)和IGBT逆变器间依次电连接有第二PI调节器(PI2)和PWM发生器，所述坐标变换模块(C2r/3s)和负载间设有相互并联的基于FPGA的谐波检测模块和锁相环(PLL)。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的谐波检测补偿装置，其特征在于，所述谐波检测模块包括互感器(CT/PT)和控制系统，控制系统连接有A/D转换电路、FIFO单元、基于FPGA的FFT单元、存储单元、上位通讯模块和交互单元，所述互感器(CT/PT)、A/D转换电路、FIFO单元和基于FPGA的FFT单元依次电连接；所述控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：席佳伟，夏震，赵宇驰，蒋浩，陈永平，豆河伟，郑力，乔媛媛，刘炜，郑昂，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网陕西省电力公司榆林供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11