專利名稱：具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種有源濾波裝置，尤其涉及一種應用于電力電能的質量治理技術領域中的具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置。
背景技術：
有源濾波裝置為需要提供電源的裝置，其應用可克服LC濾波器等傳統的諧波抑制和無功補償方法的缺點，傳統的只能固定補償，實現了動態跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功；三相電路瞬時無功功率理論是APF發展的主要基礎理論；APF有并聯型和串聯型兩種，前者用的多；并聯有源濾波裝置主要是治理電流諧波，串聯有源濾波裝置主要是治理電壓諧波等引起的問題。有源濾波裝置同有源濾波裝置比較，治理效果好，主要可以同時濾除多次及高次諧波，不會引起諧振。
其工作原理是采用現代電力電子技術和基于高速DSP器件的數字信號處理技術制成的新型電力諧波治理專用設備，由指令電流運算電路和補償電流發生電路兩個主要部分組成，指令電流運算電路實時監視線路中的電流，并將模擬電流信號轉換為數字信號，送入高速數字信號處理器(DSP)對信號進行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調制(PWM)信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，驅動IGBT或IPM功率模塊，生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波，廣泛應用于電力、鐵路、冶金、化工、煤炭、造船等領域。
當前，市場上的諧波裝置大多為無源濾波裝置，無源濾波裝置存在以下缺點:(I)、容易與電網發生并聯諧振，嚴重影響電網的安全運行；(2)、裝置的工作效率不高，僅能濾除大部分濾波，不能提供質量的諧波治理效果；(3)、濾波電容容易衰減，導致濾波支路失諧，失去濾波的作用；(4)、壽命不長 ，最好的無源濾波壽命是3 4年，裝置報廢后，電容會污染環境；(5)、無源濾波在功率因數高的場合不能用，由于濾波的同時，必須補償無功，這就導致了無源濾波應用的局限性；￠)、無源濾波只能消除固定次數的諧波，若電網中含有的諧波次數多，增加支路的路數會很多，導致成本過高；(7)、無源濾波不能動態的消除濾波，不能很好的平衡無功；(8)、無源濾波受溫度的影響很大，影響裝置的濾波效果。發明內容
為了解決現有技術中的不足，本發明提供了一種具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置，可迅速、有效地濾除諧波，有效率高，能有效地濾除2 50次諧波，濾除率可達97%，響應時間< 8ms，防護等級為IP40，降低設備損耗，滿足國家標準，具有高度可控性和快速響應性，且不受系統阻抗的影響，可消除與系統阻抗發生諧振的危險。
本發明是通過以下的技術方案來實現的:
具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置，其結構主要由:主控顯示單元、主電路模塊、變流器模塊、輸出電抗器、輸出濾波回路、控制電路模塊、控制系統、外殼、零線排、非線性負載等部件構成，其中主電路模塊、變流器模塊、輸出電抗器、輸出濾波回路間通過電纜連接，主控顯示單元、控制電路模塊間通過網絡控制電纜連接，零線排固定在外殼內部的橫梁上，所有的零線都固定在零線排上，非線性負載通過電纜連接于三相電網的另一端，外殼由小日光燈、軸流風機、行程開關構成，其中的小日光燈、軸流風機、行程開關均固定于外殼的內壁上，小日光燈設置于外殼的內部的上頂端。
所述的主電路模塊，其結構由:主斷路器、交流接觸器、預充電電阻、快速熔斷器、電源進線端子構成，其中主斷路器、交流接觸器和快速熔斷器通過電纜串聯，預充電電阻通過電纜與交流接觸器并聯，電源進線端子一端與主斷路器的上端連接，另一段預留位置。
所述的變流器模塊，其結構由:IPM模塊、IPM模塊觸發板、散熱器、直流側電容器組、預充電投切回路、電容放電回路、輸出電流互感器組成，其中IPM模塊觸發板通過螺絲固定在IPM模塊上，IPM模塊用螺絲固定在散熱器上，IPM模塊、直流側電容器組、預充電投切回路、電容放電回路間是通過電纜連接，輸出電流互感器為穿心式，直接套在母線上，二次端采樣信號與控制電路模塊中的運算板連接，變流器模塊為整機工作中最關鍵的部分，起到了有源逆變與系統交換能量的作用。
所述的輸出電抗器，其進線端通過電纜與主電路模塊中的快速熔斷器連接，出線端通過電纜與變流器模塊中的IPM模塊連接，主要起到與系統的能量交換作用，各個參數直接決定了工作性能，是變流器模塊能輸出電流到系統的重要連接器件。
所述的輸出濾波回路，其由高頻濾波斷路器、高頻濾波電阻、高頻濾波電容器組成，高頻濾波斷路器、高頻濾波電阻、高頻濾波電容器之間通過電纜依次串聯的，高頻濾波斷路器進線端通過電纜連接在主電路模塊中的主斷路器的出線端。
所述的控制電路模塊，其結構由:主控板、運算板、直流電源模塊、觸發板、主控顯示單元、微型繼電器、IP微型斷路器、二次熔斷器、3P微型斷路器、控制變壓器構成，其中主控板內嵌于主控顯示單元內，主控板、運算板、直流電源模塊、觸發板、主控顯示單元通過網絡控制電纜相互連接，微型繼電器與IP微型斷路器通過電纜連接，3P微型斷路器設置于二次熔斷器的下端，二次熔斷器設置為三個，每個上下兩個引腳分別連接至控制變壓器與3P微型斷路器的引腳上，人機接口裝置和VAPFl控制模塊連接，控制電路模塊對VAPFl控制模塊工作的整體控制，VAPFl控制模塊是通過設備并網連接部分注入與諧波電流大小相等方向相反的補償電流，對電流諧波進行補償。
所述的運算板，其內部嵌入有軟件，其工作流程為:首先對系統進行初始化，以保證高速數字信號處理器(DSP)及所有外設的初始化狀態正常；然后系統進入到主程序循環中，系統先進行故障自檢，若有故障，進行故障處理，保證系統安全、可靠的運行；若系統無故障發生，則等待同步采樣控制信號中斷的發生，系統進入到對應的中斷服務程序中進行頻率檢測和A/D轉換等；然后進行直流側電壓控制、指令電流計算、軟啟動控制等，若是啟動過程，則采用軟啟動方式，否則直接輸出PWM控制信號，此時完成了對一個采樣周期的控制，然后程序返回，進行下一次采樣循環控制，能夠實現了對系統的循環控制。
所述的VAPFl控制模塊，其由核心控制系統和硬件電路構成，其中核心控制系統由高性能32位定點DSP TMS320LF2812芯片、一片CPLD EPM7256AE芯片及外圍電路組成，采用了以DSP+CPLD為核心的數字化系統，能夠實現裝置的控制系統實時性和準確性的要求，直接決定了裝置的性能指標和補償效果；其硬件電路由數據采集電路、同步檢測電路、PWM隔離驅動電路、硬件保護電路、I/O接口電路、通信電路、電源等輔助電路組成。
所述的數據采集電路，其主要負責電壓、電流等模擬信號轉換的處理，由于被檢測的電壓電流量數值比較大，數值遠超過DSP允許的輸入信號范圍，需要把這些模擬電信號降低，并將電流量變換為電壓量，雙極性信號變成單極性信號，并進行電平匹配，A/D轉換后送入DSP進行運算，其實現方法為:電壓、電流信號(包括2個直流母線電壓、3個負載電流及3個補償器輸出電流)經電流型霍爾傳感器變換后，在高精度采樣電阻上形成與原信號成比例的電壓信號，再經濾波、隔離、電平變換后，得到O 3V模擬量輸入電壓，最后經12位A/D變換后進入DSP內處理。
所述的同步檢測電路，其主要功能是產生與電網電壓頻率、相位相同的同步工作脈沖信號及256倍電網基波頻率的A/D同步采用啟動信號，由于電網的頻率總會在50Hz上下發生波動，因此為保證電網參數計算的準確性，在測量過程中需要跟蹤電網頻率的變化，隨時修正A/D的采樣周期，以保證采樣速率不變，同步檢測電路實質是一過零電壓比較器，將一相電源交流輸入信號變換成方波信號，實現三相電源電壓的相位檢測，利用方波信號的跳變觸發DSP產生中斷，以便計算電網頻率和控制DSP的A/D轉換時刻。
所述的PWM隔離驅動電路，其將VAPFl控制模塊產生的光驅動脈沖信號轉換為電驅動脈沖信號，同時經過功率放大處理后，最終輸出6路PWM信號，實現對逆變主電路IGBT的驅動控制，當裝置出現過流、短路等故障時，立即封鎖IGBT的驅動脈沖，并向核心控制系統發送保護信號。
所述的硬件保護電路，其保證了裝置可靠穩定的工作，當補償裝置發生短路、過流、過壓、超溫、欠壓等故障時，故障信號經過故障檢測電路處理后，立即封鎖PWM驅動脈沖信號，并進行報警等處理，整個裝置系統自動退出運行，以保護系統安全。
所述的主控板，其由一塊主控顯示單元、一塊運算板、三塊觸發板組成。
所述的直流側電容器組，由個直流電容器構成，陶瓷電阻并聯于直流側電容器組的兩端。
本發明的工作流程為:通過采樣單元采集配電系統的電流信號(CT信號)和電壓信號(PT信號)，由互感器檢測補償對象的電壓和電流信號，將實時電流和電壓信號傳送到指令運算板的微機處理中心，然后經過轉換處理后送給控制系統計算出補償電流的指令信號，直流電源部分在系統運行前先儲能升壓，儲能完備后將信號(DC信號)反饋到指令運算板的微機處理中心，通過比較和運算，指令運算板根據配電系統中的諧波含量和大小給逆變器的觸發板發送觸發指令，逆變器將產生與配電系統中諧波電流大小相同、方向相反的逆變電流輸送到配電系統中，將配電系統中的諧波、無功、負序等有害電流分量抵消，電網側三相電流為對稱正弦波，零線電流為0，實現治理諧波，改善電能質量的目的，最終得到期望的正弦電源電流。
本發明是一種動態濾除諧波的新型諧波治理設備，它通過監測電網實時諧波狀況，在線計算出所含諧波分量，產生相應的控制信號，控制逆變電路，將大小相等、方向相反的諧波電流注入到電網中，達到迅速地動態跟蹤濾除諧波的作用。
由于采用了以上技術方案，本發明具有的有益效果為:
1、可迅速、有效地濾除諧波，效率高，能有效地濾除2 50次諧波，濾除率可達97% ；
2、既可以濾波又可以進行無功補償，可以瞬間高于額定容量進行涌流補償，從而消除閃變和電壓波動；
3、且可以通過設備自行判斷得到最佳濾波效果，并能夠自動適應電網的阻抗變化；
4、能實時跟蹤電網諧波變化，具有高度可控性和快速響應性，補償性能不受電網頻率波動影響，濾波特濾波特性不受系統阻抗的影響，可消除與系統阻抗發生諧振的危險；
5、中、英文、圖形液晶顯示，人機界面清晰友好；
6、具有完善的自診斷和監視功能，對故障可具體定位，方便調試；
7、響應時間< 8ms，防護等級IP40，降低設備損耗，滿足國家標準，具有高度可控性和快速響應性。
8、具有設計合理、性能優良等優點，具有良好的市場推廣價值。
圖1、為本發明的正面剖視結構示意圖2、為本發明的后面剖視結構示意圖3、為本發明運算板中軟件的指令流程圖4、為本發明中的VAPFl控制模塊的結構框圖5、為本發明中VAPFl控制模塊的電路圖6、為本發明的工作流程的原理圖7、為本發明應用于醫院中的諧波治理前后的對比圖8、為本發明應用于鑄造廠中的諧波治理前后電流波形及頻譜分析圖。
圖1 2中:1-外殼、2-小日光燈、3-軸流風機、4-行程開關、5-陶瓷電阻、6-直流側電容器組、7-1PM模塊觸發板、8-1PM模塊、9-散熱器、10-電流互感器、11_交流接觸器、12-快速熔斷器、13-高頻濾波斷路器、14-主斷路器、15-輸出電抗器、16-電源進線端子、17-微型繼電器、18-1P微型斷路器、19-二次熔斷器、20-3P微型斷路器、21-控制變壓器、22-直流電源模塊、23-運算板、24-高頻濾波電阻、25-預充電電阻、26-直流放電電阻、27-零線排、28-高頻濾波電容器；29_電容放電回路；31-VAPF1控制模塊；32_人機接口裝置；33_非線性負載；34_主控顯示單元；35_停止指示燈；36_停止按鈕；37_工作指示燈；38-啟動按鈕。
具體實施方式
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下面結合附圖及實施例對本發明的結構及工作過程做進一步說明:
如圖1 2所示，具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置，其結構主要由:主控顯示單元34、主電路模塊、變流器模塊、輸出電抗器15、輸出濾波回路、控制電路模塊、控制系統、外殼1、零線排27、非線性負載33等部件構成，其中主電路模塊、變流器模塊、輸出電抗器15、輸出濾波回路間通過電纜連接，主控顯示單元34、控制電路模塊間通過網絡控制電纜連接，零線排27固定在外殼I內部的橫梁上，所有的零線都固定在零線排27上，非線性負載33通過電纜連接于三相電網的另一端，外殼I由小日光燈2、軸流風機3、行程開關4構成,其中的小日光燈2、軸流風機3、行程開關4均固定于外殼I的內壁上，小日光燈2設置于外殼I的內部的上頂端。
所述的主電路模塊，其結構由:主斷路器14、交流接觸器11、預充電電阻25、快速熔斷器12、電源進線端子16構成，其中主斷路器14、交流接觸器11和快速熔斷器12通過電纜串聯，預充電電阻25通過電纜與交流接觸器11并聯，電源進線端子16 —端與主斷路器14的上端連接，另一段預留位置。
所述的變流器模塊，其結構由:IPM模塊8、IPM模塊觸發板7、散熱器9、直流側電容器組6、預充電投切回路、電容放電回路29、輸出電流互感器10組成，其中IPM模塊觸發板7通過螺絲固定在IPM模塊8上，IPM模塊用8螺絲固定在散熱器9上，IPM模塊8、直流側電容器組6、預充電投切回路、電容放電回路29間是通過電纜連接，輸出電流互感器10為穿心式，直接套在母線上，二次端采樣信號與控制電路模塊中的運算板23連接，變流器模塊為整機工作中最關鍵的部分，起到了有源逆變與系統交換能量的作用。
所述的輸出電抗器15，其進線端通過電纜與主電路模塊中的快速熔斷器12連接，出線端通過電纜與變流器模塊中的IPM模塊8連接，主要起到與系統的能量交換作用，各個參數直接決定了工作性能，是變流器模塊能輸出電流到系統的重要連接器件。
所述的輸出濾波回路，其由高頻濾波斷路器13、高頻濾波電阻24、高頻濾波電容器28組成，高頻濾波斷路器13、高頻濾波電阻24、高頻濾波電容器28之間通過電纜依次串聯的，高頻濾波斷路器13進線端通過電纜連接在主電路模塊中的主斷路器14的出線端。
所述的控制電路模塊，其結構由:主控板、運算板23、直流電源模塊22、觸發板、主控顯示單元34、微型繼電器17、1P微型斷路器18、二次熔斷器19、3P微型斷路器20、控制變壓器21構成，其中主控板內嵌于主控顯示單元34內，主控板、運算板23、直流電源模塊22、觸發板、主控顯示單元34通過網絡控制電纜相互連接，微型繼電器17與IP微型斷路器18通過電纜連接，3P微型斷路器20設置于二次熔斷器19的下端，二次熔斷器19設置為三個，每個上下兩個引腳分別連接至控制變壓器21與3P微型斷路器20的引腳上，人機接口裝置32和VAPFl控制模塊31連接，控制電路模塊對VAPFl控制模塊31工作的整體控制，VAPFl控制模塊31是通過設備并網連接部分注入與諧波電流大小相等方向相反的補償電流，對電流諧波進行補償。
如圖3 5所示，所述的運算板23，其內部嵌入有軟件，其工作流程為:首先對系統進行初始化，以保證高速數字信號處理器(DSP)及所有外設的初始化狀態正常；然后系統進入到主程序循環中，系統先進行故障自檢，若有故障，進行故障處理，保證系統安全、可靠的運行；若系統無故障發生，則等待同步采樣控制信號中斷的發生，系統進入到對應的中斷服務程序中進行頻率檢測和A/D轉換等；然后進行直流側電壓控制、指令電流計算、軟啟動控制等，若是啟動過程，則采用軟啟動方式，否則直接輸出PWM控制信號，此時完成了對一個采樣周期的控制，然后程序返回，進行下一次采樣循環控制，能夠實現了對系統的循環控制。
所述的VAPFl控制模塊31，其由核心控制系統和硬件電路構成，其中核心控制系統由高性能32位定點DSP TMS320LF2812芯片、一片CPLD EPM7256AE芯片及外圍電路組成，采用了以DSP+CPLD為核心的數字化系統，能夠實現裝置的控制系統實時性和準確性的要求，直接決定了裝置的性能指標和補償效果；其硬件電路由數據采集電路、同步檢測電路、PWM隔離驅動電路、硬件保護電路、I/O接口電路、通信電路、電源等輔助電路組成。
所述的數據采集電路，其主要負責電壓、電流等模擬信號轉換的處理，由于被檢測的電壓電流量數值比較大，數值遠超過DSP允許的輸入信號范圍，需要把這些模擬電信號降低，并將電流量變換為電壓量，雙極性信號變成單極性信號，并進行電平匹配，A/D轉換后送入DSP進行運算，其實現方法為:電壓、電流信號(包括2個直流母線電壓、3個負載電流及3個補償器輸出電流)經電流型霍爾傳感器變換后，在高精度采樣電阻上形成與原信號成比例的電壓信號，再經濾波、隔離、電平變換后，得到O 3V模擬量輸入電壓，最后經12位A/D變換后進入DSP內處理。
所述的同步檢測電路，其主要功能是產生與電網電壓頻率、相位相同的同步工作脈沖信號及256倍電網基波頻率的A/D同步采用啟動信號，由于電網的頻率總會在50Hz上下發生波動，因此為保證電網參數計算的準確性，在測量過程中需要跟蹤電網頻率的變化，隨時修正A/D的采樣周 期，以保證采樣速率不變，同步檢測電路實質是一過零電壓比較器，將一相電源交流輸入信號變換成方波信號，實現三相電源電壓的相位檢測，利用方波信號的跳變觸發DSP產生中斷，以便計算電網頻率和控制DSP的A/D轉換時刻。
所述的PWM隔離驅動電路，其將VAPFl控制模塊31產生的光驅動脈沖信號轉換為電驅動脈沖信號，同時經過功率放大處理后，最終輸出6路PWM信號，實現對逆變主電路IGBT的驅動控制，當裝置出現過流、短路等故障時，立即封鎖IGBT的驅動脈沖，并向核心控制系統發送保護信號。
所述的硬件保護電路，其保證了裝置可靠穩定的工作，當補償裝置發生短路、過流、過壓、超溫、欠壓等故障時，故障信號經過故障檢測電路處理后，立即封鎖PWM驅動脈沖信號，并進行報警等處理，整個裝置系統自動退出運行，以保護系統安全。
所述的主控板，其由一塊主控顯示單元34、一塊運算板23、三塊觸發板組成。
所述的直流側電容器組6，由18個直流電容器構成，陶瓷電阻5并聯于直流側電容器組6的兩端。
如圖6所示，本發明的工作流程為:通過采樣單元采集配電系統的電流信號(CT信號)和電壓信號(PT信號)，由互感器檢測補償對象的電壓和電流信號，將實時電流和電壓信號傳送到指令運算板23的微機處理中心，然后經過轉換處理后送給控制系統計算出補償電流的指令信號，直流電源部分在系統運行前先儲能升壓，儲能完備后將信號(DC信號)反饋到指令運算板23的微機處理中心，通過比較和運算，指令運算板23根據配電系統中的諧波含量和大小給逆變器的觸發板發送觸發指令，逆變器將產生與配電系統中諧波電流大小相同、方向相反的逆變電流輸送到配電系統中，將配電系統中的諧波、無功、負序等有害電流分量抵消，電網側三相電流為對稱正弦波，零線電流為0，實現治理諧波，改善電能質量的目的，最終得到期望的正弦電源電流。
如圖7所示，本發明應用于某醫院的實施例，在醫院有大量的大型醫療設備、照明設備和UPS等，在運行中產生大量的3、5、7次等諧波，大量的諧波使電流產生的畸變，干擾了高精密的醫療設備的正常工作，受諧波的影響，經常出現計算機的死機現象和儲存信息的丟失，而本發明直接連接于醫院的電力干路中，其處理過程為:
主要負載為精密醫療設備、加速器、電子檢測設備、熒光燈、LED大屏、UPS等；
電能質量超標項目為諧波電流；
A相電流有效值157.1安培、電流諧波畸變率為48.2% ；B相電流有效值160.8安培、電流諧波畸變率為38.3%;C相電流有效值164.2安培、總電流諧波畸變率為35.6%;
治理措施
根據現場工況和測量結果發現，諧波主要由精密醫療設備和照明設備產生，采用本發明裝置，補償容量為150A，自動跟蹤治理負載產生的諧波電流，并補償部分無功功率;
治理效果
電流總畸變率為降至3.9%，治理前波形非正弦波，治理后波形為正弦波，可見濾波器投入后，系統諧波得到了很好的抑制，提升供電系統的可靠性，消除了系統諧波對配電系統的危害，確保精密醫療設備的正常運行，提高了功率因數。
如圖8所示，本發明應用于某鑄造廠的實施例，狀況分析:
該廠主要負荷為中頻爐，其六脈相整流橋為典型的諧波源；
由于變壓器超負荷運行，導致電壓畸變，從而諧波也大大增加；
六脈相整流的控制使得晶閘管的換相過程中電流的變化率極大，整個負荷的波形呈現直角變化率，波形系數較差，諧波畸變嚴重；
功率因數不能滿足要求時僅僅是由于波形系數較差引起，不能采用常規的無功功率補償設備進行補償；
在中頻爐滿負荷運行時，電流總畸變率為22.5%，主要諧波電流依次為5次，7次，11次，13次；
單項電流有效值761安培；
治理措施
根據現場實際情況，在中頻爐配電柜旁并聯安裝一臺補償容量為200A的電力有源濾波器(VAPF1-3L-200A/400V)；
治理效果
負載運行過程中電流穩定，單相電流有效值726安培，與補償前相比電流有效值明顯降低，從而降低用電成本；
在中頻爐滿負荷運行時，電流總畸變率為降至5.78%，各次諧波的畸變率都在1.5%以內，大大降低了諧波含量。
本發明是一種動態濾除諧波的新型諧波治理設備，通過監測電網實時諧波狀況，在線計算出所含諧波分量，產生相應的控制信號，控制逆變電路，將大小相等、方向相反的諧波電流注入到電網中，達到迅速地動態跟蹤濾除諧波的作用。
權利要求
1.具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置，其結構主要由:主控顯示單元[34]、主電路模塊、變流器模塊、輸出電抗器[15]、輸出濾波回路、控制電路模塊、控制系統、外殼[1]、零線排[27]、非線性負載[33]部件構成，其特征在于:其中主電路模塊、變流器模塊、輸出電抗器[15]、輸出濾波回路間通過電纜連接，主控顯示單元[34]、控制電路模塊間通過網絡控制電纜連接，零線排[27]固定在外殼[I]內部的橫梁上，所有的零線都固定在零線排[27]上，非線性負載[33]通過電纜連接于三相電網的另一端，外殼[I]由小口光燈[2]、軸流風機[3]、行程開關[4]構成，其中的小口光燈[2]、軸流風機[3]、行程開關[4]均固定于外殼[I]的內壁上，小口光燈[2]設置于外殼[I]的內部的上頂端。
2.如權利要求1所述的具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置，其特征在于:所述的變流器模塊，其結構由:IPM模塊[8]、IPM模塊觸發板[7]、散熱器[9]、直流側電容器組[6]、預充電投切回路、電容放電回路[29]、輸出電流互感器[10]組成，其中IPM模塊觸發板[7]通過螺絲固定在IPM模塊[8]上，IPM模塊用[8]螺絲固定在散熱器[9]上，IPM模塊[8]、直流側電容器組[6]、預充電投切回路、電容放電回路[29]間通過電纜連接，輸出電流互感器[10]為穿心式，直接套在母線上，二次端采樣信號與控制電路模塊中的運算板[23]連接，變流 器模塊為整機工作中最關鍵的部分，起到了有源逆變與系統交換能量的作用。
3.如權利要求1所述的具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置，其特征在于:所述的控制電路模塊，其結構由:主控板、運算板[23]、直流電源模塊[22]、觸發板、主控顯示單元[34]、微型繼電器[17]、1P微型斷路器[18]、二次熔斷器[19]、3P微型斷路器[20]、控制變壓器[21]構成，其中主控板內嵌于主控顯示單元[34]內，主控板、運算板[23]、直流電源模塊[22]、觸發板、主控顯示單元[34]通過網絡控制電纜相互連接，微型繼電器[17]與IP微型斷路器[18]通過電纜連接，3P微型斷路器[20]設置于二次熔斷器[19]的下端，二次熔斷器[19]設置為三個，每個上下兩個引腳分別連接至控制變壓器[21]與3P微型斷路器[20]的引腳上，人機接口裝置[32]和VAPFl控制模塊[31]連接，控制電路模塊對VAPFl控制模塊[31]工作的整體控制，VAPFl控制模塊[31]是通過設備并網連接部分注入與諧波電流大小相等方向相反的補償電流，對電流諧波進行補償。
4.如權利要求2或3所述的具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置，其特征在于:所述的運算板[23]，其內部嵌入有軟件，其工作流程為:首先對系統進行初始化，以保證高速數字信號處理器(DSP)及所有外設的初始化狀態正常；然后系統進入到主程序循環中，系統先進行故障自檢，若有故障，進行故障處理，保證系統安全、可靠的運行；若系統無故障發生，則等待同步采樣控制信號中斷的發生，系統進入到對應的中斷服務程序中進行頻率檢測和A/D轉換等；然后進行直流側電壓控制、指令電流計算、軟啟動控制等，若是啟動過程，則采用軟啟動方式，否則直接輸出PWN控制信號，此時完成了對一個采樣周期的控制，然后程序返回，進行下一次采樣循環控制，能夠實現了對系統的循環控制。
5.如權利要求3所述的具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置，其特征在于:所述的VAPFl控制模塊[31]，其由核心控制系統和硬件電路構成，其中核心控制系統由高性能32位定點DSPTMS320LF2812芯片、一片CPLD EPM7256AE芯片及外圍電路組成，采用了以DSP+CPLD為核心的數字化系統，能夠實現裝置的控制系統實時性和準確性的要求，直接決定了裝置的性能指標和補償效果；其硬件電路由數據采集電路、同步檢測電路、PWM隔離驅動電路、硬件保護電路、I/o接口電路、通信電路、電源組成。
6.如權利要求5所述的具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置，其特征在于:所述的數據采集電路，其主要負責電壓、電流模擬信號轉換的處理，由于被檢測的電壓電流量數值比較大，數值遠超過DSP允許的輸入信號范圍，需要把這些模擬電信號降低，并將電流量變換為電壓量，雙極性信號變成單極性信號，并進行電平匹配，A/D轉換后送入DSP進行運算，其實現方法為:電壓、電流信號(包括2個直流母線電壓、3個負載電流及3個補償器輸出電流)經電流型霍爾傳感器變換后，在高精度采樣電阻上形成與原信號成比例的電壓信號，再經濾波、隔離、電平變換后，得到O 3V模擬量輸入電壓，最后經12位A/D變換后進入DSP內處理。
7.如權利要求5所述的具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置，其特征在于:所述的同步檢測電路，其主要功能是產生與電網電壓頻率、相位相同的同步工作脈沖信號及256倍電網基波頻率的A/D同步采用啟動信號，由于電網的頻率總會在50Hz上下發生波動，因此為保證電網參數計算的準確性，在測量過程中需要跟蹤電網頻率的變化，隨時修正A/D的采樣周期，以保證采樣速率不變，同步檢測電路實質是一過零電壓比較器，將一相電源交流輸入信號變換成方波信號，實現三相電源電壓的相位檢測，利用方波信號的跳變觸發DSP產生中斷，以便計算電網頻率和控制DSP的A/D轉換時刻。
8.如權利要求5所述的具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置，其特征在于:所述的PWM隔離 驅動電路，其將VAPFl控制模塊[31]產生的光驅動脈沖信號轉換為電驅動脈沖信號，同時經過功率放大處理后，最終輸出6路PWM信號，實現對逆變主電路IGBT的驅動控制，當裝置出現過流、短路故障時，立即封鎖IGBT的驅動脈沖，并向核心控制系統發送保護信號。
9.如權利要求5所述的具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置，其特征在于:所述的硬件保護電路，其保證了裝置可靠穩定的工作，當補償裝置發生短路、過流、過壓、超溫、欠壓故障時，故障信號經過故障檢測電路處理后，立即封鎖PWM驅動脈沖信號，并進行報警處理，控制整個裝置系統自動退出運行，以保護系統安全。
10.如權利要求1所述的具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置，其特征在于:其工作流程為:通過采樣單元采集配電系統的電流信號(CT信號)和電壓信號(PT信號)，由互感器檢測補償對象的電壓和電流信號，將實時電流和電壓信號傳送到指令運算板[23]的微機處理中心，然后經過轉換處理后送給控制系統計算出補償電流的指令信號，直流電源部分在系統運行前先儲能升壓，儲能完備后將信號(DC信號)反饋到指令運算板[23]的微機處理中心，通過比較和運算，指令運算板[23]根據配電系統中的諧波含量和大小給逆變器的觸發板發送觸發指令，逆變器將產生與配電系統中諧波電流大小相同、方向相反的逆變電流輸送到配電系統中，將配電系統中的諧波、無功、負序有害電流分量抵消，電網測三相電流為對稱正弦波，零線電流為0，實現治理諧波，改善電能質量的目的，最終得到期望的正弦電源電流。
全文摘要
本發明公開了一種具有節能降耗治理諧波方法的有源濾波裝置，屬于濾波技術領域，其結構主要由主控顯示單元、主電路模塊、變流器模塊、輸出電抗器、輸出濾波回路、控制電路模塊、控制系統、零線排、非線性負載等構成，主電路模塊、變流器模塊、輸出電抗器、輸出濾波回路間通過電纜連接，主控顯示單元、控制電路模塊間通過網絡控制電纜連接，非線性負載通過電纜連接于三相電網的另一端；本發明為動態濾除諧波的新型諧波治理設備，通過監測電網實時諧波狀況，在線計算出所含諧波分量，產生相應的控制信號，將大小相等、方向相反的諧波電流注入到電網中，達到迅速、能有效地濾除2～50次諧波，濾除率可達97％，且不受系統阻抗的影響。
文檔編號H02J3/01GK103199530SQ20121000237
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月5日 優先權日2012年1月5日
發明者陳茂, 包志勇 申請人:上海韋歐韋濾波設備有限公司