一种基于辅助谐振软开关技术的有源电力滤波器，包括含有负载和谐波源的电网，其特征在于它包括前级处理电路、DSP预处理和数据计算模块、单片机主控制器、键盘与显示器LCD、外设通信接口、越限报警装置和后级处理电路；其优越性在于：①硬件装置体积小重量轻，软件编程通俗易懂；②软开关技术，提高逆变器的转换效率，没有过高的dv/dt和di/dt危险；③逆变器直流侧电压利用率高；④执行速度快，提高了控制器的实时控制能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统谐波治理领域，特别是一种。
技术介绍
随着我国社会经济的快速发展，非线性设备的大量采用，其带来的谐波问题也日趋严重，再加上广泛采用的传统变压器和铁心电抗器也会产生谐波，谐波污染越来越多地威胁到电力系统的安全、稳定和经济运行，给周围的电气环境带来了极大影响。而由于传统无源滤波器的技术局限性，以及有源电力滤波器技术的不断进步，有源电力滤波器在谐波治理中的作用日益显著。有源滤波器的系统中，逆变器是一个重要的组成部分，所以降低逆变器的开关损耗，提高逆变器的效率成为研究的热点。随着PWM(Pulse Width Modulation脉冲宽度调制)电力变换装置的广泛应用，对其性能的要求也越来越高。小型化、轻量化是现代电力电子装置的发展趋势，同时对装置的效率和电磁兼容也提出了更高的要求。传统的硬开关PWM逆变器存在着许多问题亟待解决。通常，硬开关换流方式的APF(Active Power Filter有源电力滤波器)结构及控制简单，成本较低。但由于开关频率较低，在高电压状态下导通，大电流状态下关断，因此，整个装置的开关损耗较大。如果长期运行在高频工作状态，容易因工作温度过高导致逆变单元失灵，甚至损坏逆变单元，而且还会影响APF对谐波电流的跟踪和消除能力，影响装置的动态响应速度。逆变器的转换效率较低，一般低于90%。逆变单元的换流元件面临过高的dv/ dt和di/dt危险，即使采用一些无源的辅助换流措施，当负荷电流或直流侧电容电压变化时，也容易导致换流条件发生变化，使开关元件的换流条件进一步恶化。采用软开关技术， 开关元件换流发生在零电压或零电流的条件下，逆变器的转换效率较高，一般高于95 %。逆变单元在换流时没有过高的dv/dt和口 di/dt危险。由于开关元件在换流时处于零电流或零电压状态，同时软开关技术的控制技术可以跟随负荷电流的变化，及时调整各换流元件的触发信号，达到零电流或零电压换流条件。软开关换流方式的逆变设备具有高转换效率、高开关频率和高稳定性等特点，所以软开关技术的应用在PWM逆变器高频化进程中起着举足轻重的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，它可以降低逆变器中的滤波电感、贮能电容的体积和重量占的比例，实现逆变器的小型化和轻量化，是一种运行可靠、损耗低、效率高、体积小、有效防止电磁干扰和噪声的滤波器。本专利技术的技术方案一种基于辅助谐振软开关技术的有源电力滤波器，包括含有负载和谐波源的电网，其特征在于它包括前级处理电路、DSP预处理和数据计算模块、单片机主控制器、键盘与显示器LCD、外设通信接口、越限报警装置和后级处理电路；其中，所述前级处理电路的输入端连接电网的靠近谐波源的位置，与DSP预处理和数据计算模块呈双向连接；所述单片机主控制器与DSP预处理和数据计算模块、键盘与显示器IXD、外设通信接口、后级处理电路呈双向连接，其输出端连接越限报警装置的输入端；所述后级处理电路的输出端连接电网中需要进行谐波补偿的位置。所述前级处理电路是由电压传感器、电流传感器、电压信号调理电路、电流信号调理电路I和多路转换及A/D采样电路构成；其中，所述电压传感器、电流传感器的输入端分别采集电网中的电压信号和电流信号，其输出端分别连接电压信号调理电路、电流信号调理电路I ；所述电压信号调理电路、电流信号调理电路I的输出端与多路转换及A/D采样电路的输入端连接。所述电压、电流传感器均采用霍尔传感器。所述DSP预处理和数据计算模块采用双DSP芯片；分别选用了 TI公司生产的 TMS320C6713和TMS320M8;35作为主、从处理器。所述后级处理电路是由软开关逆变器主电路、直流侧电压模块、电流传感器、电流信号调理电路II和A/D采样电路构成；其中所述软开关逆变器主电路的输出端连接电网中需要谐波补偿的位置，其输入端与直流侧电压模块的输入端连接；所述电流传感器的输入端采集直流侧电压模块的电流信号，其输出端与电流信号调理电路II的输入端连接；所述信号调理电路II的输出端与A/D采样电路的输入端连接。所述的软开关逆变器主电路由直流开关单元、零电压开关ZVS谐振电路和DC-AC 逆变器组成；其中零电压开关ZVS谐振电路是由电容Cdl、电容Cd2、电感Lp二极管VDca、二极管VD。2、IGBT管Vcl和IGBT管V。2构成；所述电容Cdl和电容Cd2串联后与直流电源并联； 所述二极管VDca与IGBT管Vca并联后的输入端与电容Cdl接直流电源的正信号侧相连，二极管VDe2与IGBT管Ve2并联后输入端与二极管VDel、IGBT管Vel并联的输出端相连，二极管 VDc2与IGBT管V。2并联后输出端与电感k的一端相连，电感k的另一端与电容Cdl和电容 Cd2的中点相连，二极管VDca与IGBT管Vcl并联的输出端和电容Cd2的直流信号的负电源信号侧为零电压开关ZVS谐振电路的输出侧；所述DC-AC逆变器由6个IGBT模块构成，每个 IGBT模块都是由IGBT管Vx、二极管VDx和电容Cx并联而组成，其中X = 1、2、3、4、5或6 ；6 个IGBT模块组成三相桥式逆变电路，其输入端与零电压开关ZVS谐振电路的输出端相连， 其输出端连接电网中需要谐波补偿的位置。本专利技术工作原理本专利技术运用传感器测量谐波信号，采用电压传感器并联至电网、 电流传感器穿过电线的设计，而后由采样电阻将电流信号转换为电压信号，再进行信号调理和采样等处理。采用双DSP进行处理，主DSP芯片通过EDMA (Enhanced Direct Memory Access增强型直接内存存取)方式接收由采样芯片采集的电网电压电流信号，利用准同步采样方法对采样数据进行快速的预处理，并同时计算出对谐波和无功功率的补偿电流，而后通过SPI Serial Peripheral Interface串行外设接口)方式，将采样数据预处理结果和补偿电流信号计算结果上传至从DSP芯片。从DSP根据主DSP的数据预处理结果进行电网电压、电流、频率、功率等实时数据计算，同时接收由后级补偿电路送入电网中的补偿电流信号，经过与主DSP送来的补偿电流信号比较计算后送出PWM波形以控制IGBT模块的工作，实现对电网中谐波和无功功率的补偿。其中IGBT模块由从DSP输出PWM波形控制其开关的打开与关闭以控制直流侧电压模块大电容的充放电，其目的是将与谐波和无功分量大小相等、方向相反的电流注入供配电系统中，实现抑制谐波、动态补偿无功功率的功能。电流传感器、信号调理电路和A/D采样电路对直流侧大电容进行采样后送入从DSP构成闭环控制系统。由从DSP根据主DSP送来的补偿电流与后级采样信号分析比较，根据PID控制算法计算出PWM波形的占空比以控制IGBT模块。主控单片机根据DSP传送的脉冲信号对零电压开关ZVS谐振电路进行控制，使达到逆变桥的开关器件软启动的目的。软开关三相PWM逆变器的主电路由DC-AC逆变器和零电压开关ZVS谐振电路构成。IGBT功率开关器件V1 V6和二极管VD1 VD6构成三相PWM逆变桥，VelJe2JDelJDc^ 电感k及电容Cdl、Cd2构成辅助谐振电路。逆变桥中，每一个功率开关器件上都并联一个缓冲电容器，分别为C1 C6，容量均为Cs。由于逆本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于辅助谐振软开关技术的有源电力滤波器，包括含有负载和谐波源的电网，其特征在于它包括前级处理电路、ＤＳＰ预处理和数据计算模块、单片机主控制器、键盘与显示器ＬＣＤ、外设通信接口、越限报警装置和后级处理电路；其中，所述前级处理电路的输入端连接电网的靠近谐波源的位置，与ＤＳＰ预处理和数据计算模块呈双向连接；所述单片机主控制器与ＤＳＰ预处理和数据计算模块、键盘与显示器ＬＣＤ、外设通信接口、后级处理电路呈双向连接，其输出端连接越限报警装置的输入端；所述后级处理电路的输出端连接电网中需要进行谐波补偿的位置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马幼捷，杨亚光，周雪松，周金程，崔立强，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：12
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