本发明专利技术公开了一种３８０Ｖ系统有源电力滤波装置，包括有源滤波器支路１、与有源滤波支路１的三相电流相连接的电流传感器ＣＴ１、与负载三相电流相连接的电流传感器ＣＴ２、与三相电压相连接的电压传感器ＰＴ，以及与上述四个组成部分相连接的数字信号处理器２；该装置还包括通过系统总线与数字信号处理器２进行通讯的显示和人机对话控制装置。本发明专利技术的高度可控性和快速响应特性保证了无功补偿的实时性，并在提高消除谐波的动态能力、补偿投入后对系统电能质量产生的不良影响，也能起到稳定电压、无功补偿、提高功率因数的作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种380V系统有源电力滤波装置，特别是利用电力电子技术、采用电力电子器件开发并应用在电力系统中电能质量控制的有源滤波装置。
技术介绍
实际应用中，消除供电系统谐波主要采取两种滤波方法无源LC滤波器和有源电力滤波器滤波。目前工程上应用最多的是无源LC滤波器，它结构简单，投资少，可靠性高，运行费用也比较低。无源滤波器(Passive Power Filter，简称PPF)，通常是采用电力电容器、电抗器和电阻按功能要求组合而成。其滤波原理是提供一并联低阻抗通路，滤波特性由系统和滤波器的阻抗比所决定，因此PPF就存在以下缺点(1)滤波特性受系统参数与运行工况影响比较大，设计起来较困难。谐振频率依赖于元件参数，因此只能对主要谐波进行滤波。LC参数的漂移将导致滤波特性改变，使滤波性能不稳定；(2)电网参数与LC可能产生并联谐振，从而使该次谐波分量放大，电网供电质量下降；(3)滤波要求和无功补偿、调压要求难以协调；(4)无源参数老化后易于发生漂移，从而最终达不到预期的滤波效果。有源电力滤波器(Active Power Filter，简称APF)，即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，以达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比，有以下特点(1)不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；(2)滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；(3)具有控制参数自调整功能，可自动跟踪补偿变化的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点。此前，国内也有很多对电力有源滤波器的研究例如，耦合变压器型串联有源电力滤波器，但是这种有源电力滤波器只能补偿纹波电压的正半部分。还有的并联型电力有源滤波器，其电压等级难于达到规定电压，或者其电流谐波总畸变率并未有效降低到国家规定值。
技术实现思路
本专利技术是在电力有源滤波器所具有的上述特点的基础上设计的。它主要以380V配电系统为对象。本专利技术具有以下几个特点1)能根据负载的需要实现实时动态跟踪，其动态特性可与补偿需要达到同步；同时能实现提高用户功率因数和无功补偿的功能，为电能质量的稳定控制发挥作用；2)利用双CPU实现系统控制和人机对话/信息交换的协调工作，提高了补偿的速度和实时性；3)研究并实现了电压、电流形成的双闭环反馈控制的谐波补偿控制策略，能保证谐波补偿的实时优化控制。因此，为达到上述专利技术目的并解决上述滤波器存在的缺陷，本专利技术设计出的380V系统有源电力滤波装置包括有源滤波器支路1、与有源滤波支路1的三相电流相连接的电流传感器CT1、与负载三相电流相连接的电流传感器CT2、与三相电压相连接的电压传感器PT，以及与上述四个组成部分相连接的数字信号处理器2。数字信号处理器2包括四个模块控制系统模块、数据采集模块、驱动模块和报警电路。CT1、CT2和PT所采集的电流、电压信号将送入数字信号处理器2中数据采集模块的输入端口1～7(分别为IA、IB、IC、ICA、ICB、ICC、UA)。在驱动模块中，由控制系统模块发出的PWM触发信号经放大隔离后送入有源滤波器支路1的IGBT门极驱动环节。IGBT模块内置的保护将通过端子ALM输出报警信号，该信号经报警电路隔离转换后送到控制系统模块中ADMC401的脉冲闭锁引脚，从而使有源滤波器支路1的IGBT模块停止工作。该装置还包括通过系统总线与数字信号处理器2进行通讯的显示和人机对话控制装置；所述显示和人机对话控制装置采用型号为MCS196/KC的单片机。所述的电流传感器CT2为电磁式电流传感器；本装置中的逆变器，并联在三相系统中，采用IGBT反并联二极管结构，这种结构能够保证直流电压的稳定。逆变器在恒定直流电压下工作，故可根据系统电流的变化情况，灵活调节逆变器的工作状态，来实现谐波电流的补偿作用。该装置对配电系统中的谐波具有良好的抑制作用，并能对谐波进行补偿。它是以380V配电系统为主要对象，控制容量的设计目标定位在50～600kVar，以满足大部分用户的需求。在控制结构和方式的选择上，本专利技术采用了电压、电流变量形成的双闭环控制系统，硬件电路设计则采用了双CPU控制方案以实现实时性的要求。因此它具有高动态调节能力并能加强系统动态稳定性、提高功率因数，同时也为电力部门减少运行成本、稳定电压幅值提供了有力保证。同以往的滤波器相比，本专利技术具有如下的优势(1)能有效降低负载产生的谐波对系统电能质量的影响。在三相整流桥负载运行的条件下，系统电流谐波总畸变率从29％下降到10％以下。(2)极大地降低了系统各次谐波含有率。(3)从控制策略上来说，该装置还可同时达到补偿系统无功，提高功率因数的作用。附图说明图1、线路基本结构2、并联型APF原理3、电压外置渐变式电力有源滤波器的整体结构电路框4、有源滤波器控制系统的硬件原理方框5、报警电路硬件结构图具体实施例方式(1)、本专利技术的应用对象(有源滤波器)的基本工作原理和特性(以下部分及图1和图2为公知技术)图1所示为系统基本结构。电力系统经长距离传输线后将电能送至非线性整流负载，对应的等效传输阻抗用L1表示，而从接入点到负载之间的等效线路阻抗则用L2表示。显然，负载电流iL中含有丰富的谐波成分。一般而言，为了减少线路中的高频谐波污染，通常在公共节点PCC(Point of Common Coupling)处连接一个无源滤波装置PPF。线路中的谐波分量除了高次谐波外，一般还有大量的低次谐波分量，而它则很难用无源器件消除，否则，滤波装置的体积就变得非常庞大。为此，在公共联结点处并联上一个有源滤波装置，使滤波装置支路中的电流只有谐波分量，其幅值与负载中的谐波电流相同，但方向相反。即iL(t)＝i1(t)+ih(t)icom(t)＝-ih(t) (1)is(t)＝iL(t)+icom(t)＝i1(t)式中，iL(t)为负载电流，它可以分解为基波分量i1(t)和谐波总和分量ih(t)。在理想情况下，有源滤波支路中的电流icom(t)与ih(t)正好抵消，这样就可保证系统传输电流is(t)中不含有谐波分量。有源滤波器的基本控制可由图2说明。首先，数字控制器采集系统的三相电流，根据由Akagi在上世纪70年代提出的瞬时“p-q”理论，将三相电量转变成两相的α，β坐标系统，然后再与指令电流iα*，iβ*进行比较、经有关的控制策略后输出对应的控制量，最后再采用专门的调制技术输出相应的调制波到IGBT的门极，使之输出负载所需的谐波电流。当采用常规的空间矢量调制技术时，就可以通过适当的运算后输出谐波补偿所需的调制信号。这里应特别强调的是，指令电流iα*，iβ*事实上是负载电流的谐波分量部分，若还要消除负载电流的无功分量，则指令电流中还应包含对应的无功电流部分。因此，在进行控制设计时，应进行综合考虑。(2)、实时控制变量的信号检测和取样方法的选择信号取样的准确性直接关系到补偿和控制的效果，因此，信号获取的手段和方法是装置设计中必须重点考虑解决的问题。补偿电流的高精度简便检测方法的实现是APF应用的瓶颈。有源滤波器依据三相电路瞬时无功功率理论，通过控制瞬时有功功率、无功功率的高频分量来实现对系统谐波的抑制和补偿本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种３８０Ｖ系统有源电力滤波装置，其特征在于：该装置包括有源滤波器支路１、与有源滤波支路１的三相电流相连接的电流传感器ＣＴ１、与负载三相电流相连接的电流传感器ＣＴ２、与三相电压相连接的电压传感器ＰＴ，以及与上述四个组成部分相连接的数字信号处理器２。
【技术特征摘要】
1.一种380V系统有源电力滤波装置，其特征在于该装置包括有源滤波器支路1、与有源滤波支路1的三相电流相连接的电流传感器CT1、与负载三相电流相连接的电流传感器CT2、与三相电压相连接的电压传感器PT，以及与上述四个组成部分相连接的数字信号处理器2。2.如权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于数字信号处理器2包括四个模块控制系统模块、数据采集模块、驱动模块和报警电路，CT1、CT2和PT所采集的电流、电压信号将送入数字信号处理器2中数据采集模块的输入端口1～7，在驱动模块中，由控制系统模块发出的PWM触发信号经放大隔离后送入有源滤波器支路1的IGBT门极驱动环节，IGBT模块内置的保护将通过端子ALM输出报警信号，该信号经报警电路隔离转换后送到控制系统模块中ADMC...
【专利技术属性】
技术研发人员：程汉湘，鄂飞，聂一雄，余志东，
申请(专利权)人：广东工业大学，开平市莱福电气设备有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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