一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置，包括外部殼體（1）和安裝在外部殼體（1）內部的濾波裝置本體（2）。本實用新型將濾波裝置本體產生的熱量帶走，從而為濾波裝置降溫，進而增加濾波裝置的使用壽命；并且在很大程度上確保了濾波裝置工作過程中，自下空腔補入的氣體在上空腔中的均勻性，從而提高了有源電力濾波裝置散熱的均勻性，結構簡單，較為實用；同時本實用新型利用具有高速硬件并行算法和高工作頻率的FPGA 為主控芯片內部構建的硬件數據處理電路對采樣數據進行量化處理、數字濾波以及限幅處理，整個結構具有科學合理、技術先進、補償及時、穩定性高、精確濾除諧波等特點。
【專利說明】
一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置。
【背景技術】
[0002]有源電力濾波器(APF:Active power filter)是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠對不同大小和頻率的諧波進行快速跟蹤補償，之所以稱為有源，是相對于無源LC濾波器，只能被動吸收固定頻率與大小的諧波而言，APF可以通過采樣負載電流并進行各次諧波和無功的分離，控制并主動輸出電流的大小、頻率和相位，并且快速響應，抵銷負載中相應電流，實現了動態跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功和不平衡。利用可控功率半導體向電網注入與諧波源電流幅值相等相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零達到實時補償諧波電流的目的，現有濾波器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并送入高速數字處理器DSP對信號進行處理，將諧波基波分離并以脈沖調制信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖驅動IGBT功率模塊生長電網諧波電流幅值。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置。
[0004]本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的:一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置，包括外部殼體和安裝在外部殼體內部的濾波裝置本體，所述外部殼體的橫斷面呈圓形，外部殼體的內部通過一水平隔板分成上空腔和下空腔兩部分，其中所述的濾波裝置本體安裝在上空腔內，與所述上空腔相對的外部殼體的上端設有排氣口，與所述下空腔相對的外部殼體上設置有一組進氣管;所述的進氣管分別包括水平部，以及設置在水平部一端的第一彎曲部和設置在水平部另一端的第二彎曲部，第二彎曲部位于外部殼體內，第一彎曲部位于外部殼體外，各第二彎曲部的出氣口的開口朝向同一圓周方向，各第一彎曲部的出氣口的開口豎直向下;位于濾波裝置本體與所述外部殼體的側壁之間的水平隔板上設有用于連通上空腔和下空腔的連通孔，所述的連通孔均勻分布;所述的濾波裝置本體包括FPGA主控芯片和A\D轉換電路，所述的FPGA主控芯片與A\D轉換電路連接;所述的FPGA主控芯片內部設置有一級處理電路、諧波分析電路和調制電路，所述A\D轉換電路的輸出端與一級處理電路連接，所述的一級處理電路的輸出端與諧波分析電路連接，所述的調制電路的輸出端與諧波分析電路連接;其中，一級處理電路用于將經過A\D轉換電路轉換為數字信號的采樣數據進行量化處理、數字濾波以及限幅處理;諧波分析電路，連接一級處理電路，用于將一級處理電路輸出的限幅信號進行諧波分析，并將諧波與基波分離;調制電路，連接諧波分析電路，用于以脈寬調制PWM信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，驅動外部IGBT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。
[0005]所述的第二彎曲部的出氣口的開口方向水平，且與外部殼體的內側壁相切。
[0006]所述的排氣口上安裝有排氣扇。
[0007]所述的外部殼體的頂蓋的外沿上設有用于遮雨的彎折板，所述的彎折板斜向下傾斜。
[0008]所述外部殼體的下端設有具有自鎖功能的行走輪。
[0009]所述連通孔的直徑為lcm，兩連通孔孔心之間的距離為2.5cm。
[0010]在所述的FPGA主控芯片內還設置有微處理器，所述的微處理器連接諧波分析電路;其中，微處理器用于進行各電量參數顯示處理以及人機交互控制處理，并與通訊端口和顯示端口相連接。
[0011]所述的濾波裝置本體還包括與A\D轉換電路的輸入端相連接的信號處理電路，由電網所采集的電壓信號和負載電流信號經信號處理電路進行信號放大和整形處理以備傳輸到A\D轉換電路進行高速A\D轉換。
[0012]所述的濾波裝置本體還包括與順次連接的驅動電路、逆變電路和濾波電路，所述的驅動電路的輸入端與調制電路連接;其中，由調制電路所產生的PWM調制脈沖通過所述的驅動電路將PWM脈沖放大到外部IGBT功率模塊所需的電平；由驅動電路所輸出的PffM脈沖經過所述的逆變電路調制生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流;利用所述的濾波電路將補償電流中高頻載波電流濾除，使得從濾波電路中注入電網中的補償電流完全為電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流。
[0013]所述的逆變電路為IGBT逆變電路。
[0014]本實用新型的有益效果是:
[0015](I)本實用新型通過水平隔板將外部殼體的內腔劃分成上下兩個腔體，并將濾波裝置本體安裝在上空腔中，且在與上空腔相對的外部殼體的上端設有排氣口，在與下空腔相對的外部殼體上設置有一組進氣管;使用時，濾波裝置本體與上空腔內的氣體進行熱交換，上空腔內的氣體在熱交換之后溫度升高，之后通過排氣口排出，此時上空腔內形成負壓區，下空腔中的氣體向上空腔中補入，之后下空腔成為負壓區，外部殼體外的氣體通過各進氣管源源不斷的補入下空腔內，如此循環往復，將濾波裝置本體產生的熱量帶走，從而為濾波裝置降溫，進而增加濾波裝置的使用壽命。
[0016](2)本實用新型所述的進氣管分別包括水平部，以及設置在水平部一端的第一彎曲部和設置在水平部另一端的第二彎曲部，第二彎曲部位于殼體內，第一彎曲部位于殼體夕卜，各第二彎曲部的出氣口的開口朝向同一圓周方向，經進氣管補入的外界空氣在下空腔中形成一渦旋，所述的渦旋產生一種吸力，從而便于將外部殼體外的空氣更為快速的吸進下空腔中，進而便于下空腔得以快速充滿氣體，以便滿足上空腔中的熱交換需求。
[0017](3)本實用新型在位于濾波裝置本體與所述殼體的側壁之間的水平隔板上設有用于連通上空腔和下空腔的連通孔，所述的連通孔均勻分布，這在很大程度上確保了濾波裝置工作過程中，自下空腔補入的氣體在上空腔中的均勻性，從而提高了有源電力濾波裝置散熱的均勻性，結構簡單，較為實用。
[0018](4)本實用新型的外部殼體的頂蓋的外沿上設有用于遮雨的彎折板，所述的彎折板斜向下傾斜，遮雨板的使用，可在一定程度上防止下雨天雨水進入濾波裝置，結構簡單、較為實用。
[0019](5)本實用新型利用具有高速硬件并行算法和高工作頻率的FPGA為主控芯片內部構建的硬件數據處理電路對采樣數據進行量化處理、數字濾波以及限幅處理，再經諧波分析處理并及時以脈寬調制PWM信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，驅動IGBT逆變電路，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，對諧波電流進行及時的補償或抵消，主動消除電力諧波，整個結構具有科學合理、技術先進、補償及時、穩定性高、精確濾除諧波等特點。
[0020](6)本實用新型所述的調制電路能夠以脈寬調制PffM脈沖形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，具有噪聲抵抗能力超強且可將噪聲影響降低到最小的優點。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型外部殼體結構示意圖；
[0022]圖2為第二彎曲部示意圖；
[0023]圖3為濾波裝置本體原理框圖；
[0024]圖中，1-外部殼體，2-濾波裝置本體，3-水平隔板，4-上空腔，5-下空腔，6-排氣口，7-連通孔，8-進氣管，81-第一彎曲部，82-第二彎曲部，9-頂蓋，10-彎折板，11-排氣扇，12-行走輪。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖進一步詳細描述本實用新型的技術方案:
[0026]如圖1和圖2所示，一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置，包括外部殼體I和安裝在外部殼體I內部的濾波裝置本體2，所述外部殼體I的橫斷面呈圓形，外部殼體I的內部通過一水平隔板3分成上空腔4和下空腔5兩部分，其中所述的濾波裝置本體2安裝在上空腔4內，與所述上空腔4相對的外部殼體2的上端設有排氣口6，與所述下空腔5相對的外部殼體I上設置有一組進氣管8;所述的進氣管8分別包括水平部，以及設置在水平部一端的第一彎曲部81和設置在水平部另一端的第二彎曲部82，第二彎曲部82位于外部殼體I內，第一彎曲部81位于外部殼體I外，各第二彎曲部82的出氣口的開口朝向同一圓周方向，各第一彎曲部81的出氣口的開口豎直向下;位于濾波裝置本體2與所述外部殼體I的側壁之間的水平隔板3上設有用于連通上空腔4和下空腔5的連通孔7，所述的連通孔7均勻分布。
[0027]所述的第二彎曲部82的出氣口的開口方向水平，且與外部殼體I的內側壁相切。所述連通孔7的直徑為lcm，兩連通孔7孔心之間的距離為2.5cm。這在很大程度上確保了濾波裝置工作過程中，自下空腔5補入的氣體在上空腔4中的均勻性，從而提高了有源電力濾波裝置散熱的均勻性，結構簡單，較為實用。
[0028]使用時，濾波裝置本體2與上空腔4內的氣體進行熱交換，上空腔4內的氣體在熱交換之后溫度升高，之后通過排氣口6排出，此時上空腔4內形成負壓區，下空腔5中的氣體向上空腔4中補入，之后下空腔5成為負壓區，外部殼體I外的氣體通過各進氣管8源源不斷的補入下空腔5內。在濾波裝置工作的過程中，上空腔4中熱交換后的氣體不斷的通過排氣口6排出，下空腔5中的氣體不斷的補入上空腔4中，而外部殼體I外的空氣不斷的補入下空腔5中，如此循環往復，將濾波裝置本體2產生的熱量帶走，從而為濾波裝置降溫，進而增加濾波裝置的使用壽命。其中，經各進氣管8補入的外界空氣在下空腔5中形成一渦旋，外部殼體I外的空氣在上述渦旋的吸力作用下，更為快速的補入下空腔5，進而便于下空腔5得以快速充滿，以便不間斷的滿足上空腔4中的熱交換需求，進而提高濾波裝置的散熱效率。
[0029]濾波裝置本體2安裝在水平隔板3上，且為了提高濾波裝置的散熱效率，本實用新型在與濾波裝置本體2的底部與外部殼體I之間的水平隔板3上也設有通孔，且在本實施方式中，上述水平隔板3上的通孔與水平隔板3上的連通孔7具有相同的形狀與大小。其中，上述通孔的使用，增大了氣體與濾波裝置本體2之間的接觸面積，從而在一定程度上提高了濾波裝置的散熱效率。
[0030]所述的有源電力濾波裝置的外部殼體I的頂蓋9的外沿上設有用于遮雨的彎折板10，所述的彎折板10斜向下傾斜，在將本實用新型用于室外時，所述的彎折板10可用于為濾波裝置進行擋雨，尤其是可用于防止雨水通過排氣口6進去濾波裝置內，結構簡單，較為實用;本實施方式所述的有源電力濾波裝置的外部殼體I的下端設有具有自鎖功能的行走輪12，不僅便于依據實際需要快速移動濾波裝置，且在將濾波裝置移動至所需的位置時，可通過行走輪12的鎖止機構進行鎖止，從而將濾波裝置固定在某合適的位置;此外，在本實施方式中，在所述的排氣口6上安裝有排氣扇11，排氣扇11的使用，進一步加快了濾波裝置外部殼體I中氣流交換的速率，進而進一步提高了濾波裝置的散熱效率。
[0031]如圖3所示，所述的濾波裝置本體2包括FPGA主控芯片和A\D轉換電路，所述的FPGA主控芯片與A\D轉換電路連接;所述的FPGA主控芯片內部設置有一級處理電路、諧波分析電路和調制電路，所述A\D轉換電路的輸出端與一級處理電路連接，所述的一級處理電路的輸出端與諧波分析電路連接，所述的調制電路的輸出端與諧波分析電路連接;其中，一級處理電路用于將經過A\D轉換電路轉換為數字信號的采樣數據進行量化處理、數字濾波以及限幅處理;諧波分析電路，連接一級處理電路，用于將一級處理電路輸出的限幅信號進行諧波分析，并將諧波與基波分離；調制電路，連接諧波分析電路，用于以脈寬調制P麗信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，驅動外部IGBT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。利用具有高速硬件并行算法和高工作頻率的FPGA主控芯片內部由一級處理電路、諧波分析電路、和調制電路所搭載的數據采集處理電路對采樣數據進行量化處理、數字濾波以及限幅處理，再經諧波分析處理并及時以脈寬調制PWM信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，驅動IGBT逆變電路，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，對諧波電流進行及時的補償或抵消，主動消除電力諧波，整個結構具有科學合理、技術先進、補償及時、穩定性高、精確濾除諧波等特點。
[0032]在所述的FPGA主控芯片內還設置有微處理器，所述的微處理器連接諧波分析電路;其中，微處理器用于進行各電量參數顯示處理以及人機交互控制處理，并與通訊端口和顯示端口相連接。利用通訊端口與人機交互組件進行溝通，并通過顯示端口將經過FPGA主控芯片處理后的各電量參數輸出到顯示設備上進行顯示。
[0033]所述的濾波裝置本體還包括與A\D轉換電路的輸入端相連接的信號處理電路，由電網所采集的電壓信號和負載電流信號經信號處理電路進行信號放大和整形處理以備傳輸到A\D轉換電路進行高速A\D轉換。
[0034]所述的濾波裝置本體還包括與順次連接的驅動電路、逆變電路和濾波電路，所述的驅動電路的輸入端與調制電路連接;其中，由調制電路所產生的PWM調制脈沖通過所述的驅動電路將PWM脈沖放大到外部IGBT功率模塊所需的電平；由驅動電路所輸出的PffM脈沖經過所述的逆變電路調制生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流;利用所述的濾波電路將補償電流中高頻載波電流濾除，使得從濾波電路中注入電網中的補償電流完全為電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流。
[0035]所述的逆變電路為IGBT逆變電路。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和M0S(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。較之其他功率管具有驅動功率小、輸出電流大、擊穿電壓高、工作頻率高等優點。
【主權項】
1.一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置，包括外部殼體(I)和安裝在外部殼體(1)內部的濾波裝置本體(2)，其特征在于:所述外部殼體(I)的橫斷面呈圓形，外部殼體(I)的內部通過一水平隔板(3)分成上空腔(4)和下空腔(5)兩部分，其中所述的濾波裝置本體(2)安裝在上空腔(4)內，與所述上空腔(4)相對的外部殼體(I)的上端設有排氣口(6)，與所述下空腔(5)相對的外部殼體(I)上設置有一組進氣管(8);所述的進氣管(8)分別包括水平部，以及設置在水平部一端的第一彎曲部(81)和設置在水平部另一端的第二彎曲部(82)，第二彎曲部(82)位于外部殼體(I)內，第一彎曲部(81)位于外部殼體(I)外，各第二彎曲部(82)的出氣口的開口朝向同一圓周方向，各第一彎曲部(81)的出氣口的開口豎直向下;位于濾波裝置本體(2)與所述外部殼體(I)的側壁之間的水平隔板(3)上設有用于連通上空腔(4)和下空腔(5)的連通孔(7)，所述的連通孔(7)均勻分布;所述的濾波裝置本體(2)包括FPGA主控芯片和A\D轉換電路，所述的FPGA主控芯片與A\D轉換電路連接;所述的FPGA主控芯片內部設置有一級處理電路、諧波分析電路和調制電路，所述A\D轉換電路的輸出端與一級處理電路連接，所述的一級處理電路的輸出端與諧波分析電路連接，所述的調制電路的輸出端與諧波分析電路連接;其中，一級處理電路用于將經過A\D轉換電路轉換為數字信號的采樣數據進行量化處理、數字濾波以及限幅處理;諧波分析電路，連接一級處理電路，用于將一級處理電路輸出的限幅信號進行諧波分析，并將諧波與基波分離；調制電路，連接諧波分析電路，用于以脈寬調制PWM信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，驅動外部IGBT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。2.根據權利要求1所述的一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置，其特征在于:所述的第二彎曲部(82)的出氣口的開口方向水平，且與殼體的內側壁相切。3.根據權利要求1所述的一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置，其特征在于:所述的排氣口(6)上安裝有排氣扇(11)。4.根據權利要求1所述的一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置，其特征在于:所述的外部殼體(I)的頂蓋(9)的外沿上設有用于遮雨的彎折板(10)，所述的彎折板(10)斜向下傾斜。5.根據權利要求1所述的一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置，其特征在于:所述外部殼體(I)的下端設有具有自鎖功能的行走輪(12)。6.根據權利要求1所述的一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置，其特征在于:所述連通孔的直徑為lcm，兩連通孔孔心之間的距離為2.5cm。7.根據權利要求1所述的一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置，其特征在于:在所述的FPGA主控芯片內還設置有微處理器，所述的微處理器連接諧波分析電路;其中，微處理器用于進行各電量參數顯示處理以及人機交互控制處理，并與通訊端口和顯示端口相連接。8.根據權利要求1所述的一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置，其特征在于:所述的濾波裝置本體還包括與A\D轉換電路的輸入端相連接的信號處理電路，由電網所采集的電壓信號和負載電流信號經信號處理電路進行信號放大和整形處理以備傳輸到A\D轉換電路進行高速A\D轉換。9.根據權利要求1所述的一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置，其特征在于:所述的濾波裝置本體還包括與順次連接的驅動電路、逆變電路和濾波電路，所述的驅動電路的輸入端與調制電路連接;其中，由調制電路所產生的PWM調制脈沖通過所述的驅動電路將PffM脈沖放大到外部IGBT功率模塊所需的電平；由驅動電路所輸出的PWM脈沖經過所述的逆變電路調制生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流;利用所述的濾波電路將補償電流中高頻載波電流濾除，使得從濾波電路中注入電網中的補償電流完全為電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流。10.根據權利要求9所述的一種安全可靠的智能電網有源電力濾波裝置，其特征在于:所述的逆變電路為IGBT逆變電路。
【文檔編號】H02J3/01GK205544279SQ201620241131
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月28日
【發明人】王周蓉
【申請人】成都天進儀器有限公司