一種并聯有源濾波裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種并聯有源濾波裝置，包括電流采樣單元、電壓采樣單元、ARM控制器、FPGA控制器、IGBT驅動單元、IGBT開關單元、并入電網接入單元、并入電網采樣電流和系統狀態采集單元。FPGA控制器用于檢測三相電網的諧波電流信號、無功電流信號和不平衡電流信號，且FPGA控制器根據檢測的電流信號形成與檢測電流相反的電流指令，且將電流信號指令下達到IGBT驅動單元，驅動IGBT開關形成一個與三相電網反相位的大小相等的補償電流，并經并入電網接入單元并聯到三相電網中。本發明相比現有技術具有以下優點：本發明的一種并聯有源濾波裝置，以FPGA控制器和采樣ARM控制器為核心芯片搭建的，通過后臺設定任意一次諧波，可以檢測系統對某次諧波是否和系統諧振。
【專利說明】一種并聯有源濾波裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種濾波器，尤其涉及的是一種并聯有源濾波裝置。
【背景技術】
[0002]在電力系統中，電能質量通常用電壓和頻率來衡量，單在實際的電力系統中，由于大量非線性負載的存在，僅用電壓和頻率來表征電能質量很不完善，波形畸變也影響電能質量的重要因素，尤其是近20多年來，隨著電力電子的飛速發展，各種電力電子裝置在電力系統，工業，交通家庭等眾多領域中的應用日益廣泛，由此帶來的諧波和無功問題嚴重。電力系統中的諧波和無功對公用電網帶來許多不利影響，如增加設備容量和線路損耗，使電機發生機械振動，引起電網局部諧振，導致繼電器裝置誤動作，干擾通信等，為了消除這絲不利影響，提高電質量，諧波電源側電流采樣的控制算法諧波壓制和無功補償技術競相發展。并聯型有源電力濾波通常被控制成受控諧波和無功電流源，非常補償電力系統中大量的電流型諧波和無功源，因此受到廣泛關注得到迅速發展。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種并聯有源濾波裝置。
[0004]本發明是通過以下技術方案實現的:一種并聯有源濾波裝置，包括
[0005]電流采樣單元，電壓采樣單元的輸入端與三相電網電性連接且采集三相電網的電壓，
[0006]電壓采樣單元，電流采樣單元的輸入端與三相電網電性連接且采集三相電網的電流，
[0007]采樣ARM控制器，采樣ARM控制器的電流信號輸入端與電流采樣單元的第一電流信號輸出端電性連接，采樣ARM控制器的電壓信號輸入端與電壓采樣單元的第一電壓信號輸出端電性連接，采樣ARM控制器
[0008]FPGA控制器，FPGA控制器的電流信號輸入端與電流采樣單元的第二電流輸出端電性連接，FPGA控制器的電壓輸入端與電壓采樣單元的第二電壓信號輸出端電性連接，FPGA控制器用于檢測三相電網的諧波信號、無功信號和不平衡信號，且FPGA控制器根據檢測的電流信號形成與檢測電流相反的電流指令，且將電流信號指令下達到IGBT驅動單元，驅動單元驅動IGBT開關形成一個與三相電網反相位的大小相等的補償電流，并經并入電網接入單元并聯到三相電網中；
[0009]IGBT驅動單元，IGBT驅動單元的信號輸入端與FPGA控制器的信號輸出端電性連接，IGBT驅動單元的信號輸出端分別與FPGA控制器和IGBT開關單元的信號輸入端通信連接;
[0010]IGBT開關單元，IGBT開關單元的信號輸出端與并入電網接入單元的信號輸入端電性連接，
[0011]并入電網接入單元，并入電網接入單元的信號輸出端分別與并入電網采樣電流、三相電網通信連接；
[0012]并入電網采樣電流，其信號輸出端分別與采樣ARM控制器、FPGA控制器的信號輸入端輸出電性連接，并入電網采樣電流輸出電流信號到采樣ARM控制器、FPGA控制器中，采樣ARM控制器根據輸出電流信號參與電流顯示，發送到FPGA控制器中的信號根據指令電流信號與輸出電流信號比較，執行鎖相計算并根據計算結果對FPGA控制器輸出的PWM脈沖信號進行調節，使輸出的電流信號具有正確的相位，
[0013]系統狀態采集單元，將采樣的系統狀態信號傳送到FPGA控制器中，FPGA控制器根據系統狀態做相應的動作，
[0014]顯示單元，該顯示單元包括顯示屏、觸摸屏、按鍵板和電源指示燈，該顯示單元與采樣ARM控制器雙向通信連接。
[0015]作為上述方案的進一步優化，該電流采樣單元包括電流互感器、儀表運放器及其組成的諧波電路，該電流采樣單元采集三相電網的電流信號，電流信號經儀表運放器處理后，形成的諧波電流信號輸入FPGA控制器中。
[0016]作為上述方案的進一步優化，該IGBT驅動單元包括差分電路和IGBT驅動芯片隔離變壓器，差分電路的輸入端與FPGA控制器的差分信號輸出端電性連接，FPGA控制器根據指令電流產生的PWM信號，再返回IGBT驅動單元，P麗信號經過驅動芯片處理以及隔離變壓器，把隔離的PWM信號送到IGBT開關單元中，驅動并入電網接入單元。
[0017]作為上述方案的進一步優化，該并入電網接入單元，包括低通濾波器、電抗器和接觸器，低通濾波器濾去IGBT產生的高頻成分，低通濾波器與輸出電抗相連，并經電抗器輸出到電網中；該接觸器并聯電抗器接入三相電網回路中，所述該接觸器的控制端通過FPGA信號輸出控制接觸器分合。
[0018]作為上述方案的進一步優化，該系統狀態采集單元包括IGBT溫度傳感器及其外圍電路，用于采集系統過流信息、過壓信息和IGBT故障信息。
[0019]本發明相比現有技術具有以下優點:本發明的一種并聯有源濾波裝置，以FPGA控制器和采樣ARM控制器為核心芯片搭建的，通過FPGA控制器的強大處理能力并行語言運行特點，以及FFT和IFFT可以快速的分離電網的諧波以及快速響應速度，所有的運算單元采用并行運行，可以不受限制設定任意2到50次補償償次數以及同時實現無功和諧波同時補償能力。實驗表明本發明可以補償系統電流中任意一次諧波以及諧波大小，以及混合補償能力。通過后臺設定任意一次諧波，可以檢測系統對某次諧波是否和系統諧振。FPGA控制器和采樣ARM控制器的并聯運行，實現無功補償，諧波補償，不平衡負載的補償以及混合補
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[0020]本發明的顯示單元配置觸摸屏，實現顯示設備運行狀態，運行參數補償效果，從顯示屏上設定所要的補償次數以及混合補償，無功補償等參數。中文操作界面，操作簡單和人性化。
[0021]本發明的并聯有源濾波裝置具有強大的保護措施，一旦系統出現故障，可自動實現保護，還可以實現自檢能力，如果裝置判斷裝置故障消除可以實現裝置自動重新啟動，以及可以從后臺查詢功能。
[0022]本發明的并聯有源濾波裝置實現軟件鎖相環技術，不會因為系統的頻率波動而出現鎖相不正確，可以避免設備系統有害的諧波和無功功率。如果裝置判斷相位不正確以及過流等問題，裝置可以做相應的保護以及處理，完全不用擔心裝置過補償。
[0023]本發明的并聯有源濾波裝置可以和系統運行平臺通信連接，且留有工業接口，可以和工業監控后臺通信，可以遠程監控設備運行狀態。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明的一種并聯有源濾波裝置的電路結構框圖。
[0025]圖2是本發明的一種并聯有源濾波裝置的內部信號控制原理圖。
【具體實施方式】
[0026]下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0027]參見圖1，為本發明的一種并聯有源濾波裝置的電路結構框圖。一種并聯有源濾波裝置，包括電流采樣單元，電壓采樣單元的輸入端與三相電網電性連接且采集三相電網的電壓。優化的，該電流采樣單元包括電流互感器、儀表運放器及其組成的諧波電路，該電流采樣單元采集三相電網的電流信號，電流信號經儀表運放器處理后，形成的諧波電流信號輸入FPGA控制器中。
[0028]電壓采樣單元，電流采樣單元的輸入端與三相電網電性連接且采集三相電網的電流。
[0029]采樣ARM控制器，采樣ARM控制器的電流信號輸入端與電流采樣單元的第一電流信號輸出端電性連接，采樣ARM控制器的電壓信號輸入端與電壓采樣單元的第一電壓信號輸出端電性連接。
[0030]FPGA控制器，FPGA控制器的電流信號輸入端與電流采樣單元的第二電流輸出端電性連接，FPGA控制器的電壓輸入端與電壓采樣單元的第二電壓信號輸出端電性連接，FPGA控制器用于檢測三相電網的諧波信號、無功信號和不平衡信號，且FPGA控制器根據檢測的電流信號形成與檢測電流相反的電流指令，且將電流信號指令下達到IGBT驅動單元，驅動單元驅動IGBT開關形成一個與三相電網反相位的大小相等的補償電流，并經并入電網接入單元并聯到三相電網中。
[0031]IGBT驅動單元，IGBT驅動單元的信號輸入端與FPGA控制器的信號輸出端電性連接，IGBT驅動單元的信號輸出端分別與FPGA控制器和IGBT開關單元的信號輸入端通信連接。優化的，該IGBT驅動單元包括差分電路和IGBT驅動芯片隔離變壓器，差分電路的輸入端與FPGA控制器的差分信號輸出端電性連接，FPGA控制器根據指令電流產生的PWM信號，再返回IGBT驅動單元，PWM信號經過驅動芯片處理以及隔離變壓器，把隔離的PWM信號送到IGBT開關單元中，驅動并入電網接入單元。
[0032]IGBT開關單元，IGBT開關單元的信號輸出端與并入電網接入單元的信號輸入端電性連接。
[0033]并入電網接入單元，并入電網接入單元的信號輸出端分別與并入電網采樣電流、三相電網通信連接。優化的，并入電網接入單元，包括低通濾波器、電抗器和接觸器，低通濾波器濾去IGBT產生的高頻成分，低通濾波器與輸出電抗相連，并經電抗器輸出到電網中；該接觸器并聯電抗器接入三相電網回路中，所述該接觸器的控制端通過FPGA信號輸出控制接觸器分合。
[0034]并入電網采樣電流，其信號輸出端分別與采樣ARM控制器、FPGA控制器的信號輸入端輸出電性連接，并入電網采樣電流輸出電流信號到采樣ARM控制器、FPGA控制器中，采樣ARM控制器根據輸出電流信號參與電流顯示，發送到FPGA控制器中的信號根據指令電流信號與輸出電流信號比較，執行鎖相計算并根據計算結果對FPGA控制器輸出的PWM脈沖信號進行調節，使輸出的電流信號具有正確的相位。
[0035]系統狀態采集單元，將采樣的系統狀態信號傳送到FPGA控制器中，FPGA控制器根據系統狀態做相應的動作。優化的，該系統狀態采集單元包括IGBT溫度傳感器及其外圍電路，用于采集系統過流信息、過壓信息和IGBT故障信息。
[0036]顯示單元，該顯示單元包括顯示屏、觸摸屏、按鍵板和電源指示燈，該顯示單元與采樣ARM控制器雙向通信連接。
[0037]參見圖2，為本發明的一種并聯有源濾波裝置的內部信號控制原理圖。FPGA控制器經電壓采樣單元采集的電網三相電壓經三相鎖相環處理，IGBT驅動單元采樣的Udc經智能能PID處理合成。再與經FFT處理，諧波分離處理、IFFT處理和相位移位處理的負載電壓合成，綜合并入電網采樣電流的反饋電流經延遲處理后，下發電流指令。FPGA控制器根據檢測的電流信號形成與檢測電流相反的電流指令，且將電流信號指令下達到IGBT驅動單元，驅動單元驅動IGBT開關形成一個與三相電網反相位的大小相等的補償電流，并經并入電網接入單元并聯到三相電網中。
[0038]本發明的一種并聯有源濾波裝置，以FPGA控制器和采樣ARM控制器為核心芯片搭建的，通過FPGA控制器的強大處理能力并行語言運行特點，以及FFT和IFFT可以快速的分離電網的諧波以及快速響應速度，所有的運算單元采用并行運行，可以不受限制設定任意2到50次補償次數以及同時實現無功和諧波同時補償能力。本發明可以補償系統電流中任意一次諧波以及諧波大小，以及混合補償能力。通過后臺設定任意一次諧波，可以檢測系統對某次諧波是否和系統諧振。且FPGA控制器和采樣ARM控制器的并聯運行，實現無功補償，諧波補償，不平衡負載的補償以及混合補償。
[0039]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種并聯有源濾波裝置，其特征在于:包括 電流采樣單元，電壓采樣單元的輸入端與三相電網電性連接且采集三相電網的電流， 電壓采樣單元，電流采樣單元的輸入端與三相電網電性連接且采集三相電網的電壓，采樣ARM控制器，采樣ARM控制器的電流信號輸入端與電流采樣單元的第一電流信號輸出端電性連接，采樣ARM控制器的電壓信號輸入端與電壓采樣單元的第一電壓信號輸出端電性連接，采樣到ARM控制器 FPGA控制器，FPGA控制器的電流信號輸入端與電流采樣單元的第二電流輸出端電性連接，FPGA控制器的電壓輸入端與電壓采樣單元的第二電壓信號輸出端電性連接，FPGA控制器用于檢測三相電網的諧波信號、無功信號和不平衡信號，且FPGA控制器根據檢測的電流信號形成與檢測電流相反的電流指令，且將電流信號指令下達到IGBT驅動單元，驅動單元驅動IGBT開關形成一個與三相電網反相位的大小相等的補償電流，并經并入電網接入單元并聯到三相電網中； IGBT驅動單元，IGBT驅動單元的信號輸入端與FPGA控制器的信號輸出端電性連接，IGBT驅動單元的信號輸出端分別與FPGA控制器和IGBT開關單元的信號輸入端通信連接；IGBT開關單元，IGBT開關單元的信號輸出端與并入電網接入單元的信號輸入端電性連接， 并入電網接入單元，并入電網接入單元的信號輸出端分別與并入電網采樣電流、三相電網通信連接； 并入電網采樣電流，其信號輸出端分別與采樣ARM控制器、FPGA控制器的信號輸入端輸出電性連接，并入電網采樣電流輸出電流信號到采樣ARM控制器、FPGA控制器中，采樣ARM控制器根據輸出電流信號參與電流顯示，發送到FPGA控制器中的信號根據指令電流信號與輸出電流信號比較，執行鎖相計算并根據計算結果對FPGA控制器輸出的PWM脈沖信號進行調節，使輸出的電流信號具有正確的相位， 系統狀態采集單元，將采樣的系統狀態信號傳送到FPGA控制器中，FPGA圖像控制器根據系統狀態做相應的動作， 顯示單元，該顯示單元包括顯示屏、觸摸屏、按鍵板和電源指示燈，該顯示單元與采樣ARM控制器雙向通信連接。
2.根據權利要求1所述的一種并聯有源濾波裝置，其特征在于:該電流采樣單元包括電流互感器、儀表運放器及其組成的諧波電路，該電流采樣單元采集三相電網的電流信號，電流信號經儀表運放器處理后，形成的諧波電流信號輸入FPGA控制器中。
3.根據權利要求1所述的一種并聯有源濾波裝置，其特征在于:該IGBT驅動單元包括差分電路和IGBT驅動芯片隔離變壓器，差分電路的輸入端與FPGA控制器的差分信號輸出端電性連接，FPGA控制器根據指令電流產生的PWM信號，再返回IGBT驅動單元，PWM信號經過驅動芯片處理以及隔離變壓器，把隔離的PWM信號送到IGBT開關單元中，驅動并入電網接入單元。
4.根據權利要求1所述的一種并聯有源濾波裝置，其特征在于:該并入電網接入單元，包括低通濾波器、電抗器和接觸器，低通濾波器濾去IGBT產生的高頻成分，低通濾波器與輸出電抗相連，并經電抗器輸出到電網中；該接觸器并聯電抗器接入三相電網回路中，所述該接觸器的控制端通過FPGA信號輸出控制接觸器分合。
5.根據權利要求1所述的一種并聯有源濾波裝置，其特征在于:該系統狀態采集單元包括IGBT溫度傳感器及其外圍電路，用于采集系統過流過壓信息和IGBT故障信息。
【文檔編號】H02J3/18GK104466967SQ201410820138
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月24日 優先權日:2014年12月24日
【發明者】李瑜, 薛忠明 申請人:安徽天沃電氣技術有限公司