一種具有gprs的有源電力濾波器的制造方法
【專利摘要】鑒于電力電子裝置作為電網的非線性和時變性負載，給電網帶來了如諧波污染、無功問題、電壓波動及不平衡等嚴重的電能質量問題。本實用新型提出一種具有GPRS的有源電力濾波器，該濾波器由電壓電流傳感器、過零檢測鎖相倍頻、信號調理電路模塊、APF主電路模塊、驅動電路模塊、DSP、GPRS模塊以及遠程計算機組成。本實用新型將GPRS模塊加入到有源電力濾波器中，該有源電力濾波器可以進行動態補償，并可遠程在線監測，為智能電網提供諧波監測和處理設備。
【專利說明】
一種具有GPRS的有源電力濾波器
技術領域
[0001]本實用新型提出一種具有GPRS的有源電力濾波器，可遠程監測并實現諧波補償。 屬于電力濾波技術領域。【背景技術】
[0002]20世紀70年代以來，由于電力電子裝置(如逆變器、整流器等)作為電網的非線性和時變性負載，給電網帶來了嚴重的電能質量問題，如諧波污染、無功問題、電壓波動及不平衡等。傳統的諧波抑制和無功補償方法是用無源濾波器由R、L、C構成，與需補償的非線性負載并聯，為諧波提供一個低阻通路，同時也為負載提供所需要的無功功率。雖然無源濾波器具有簡單、方便的優點，但是當前，由于社會的發展和資源的緊缺，大型動力供給正在向節能化、集中化、高效化方向發展，同時用戶對電能質量的要求也越來越高，因此傳統的LC無源濾波器已經不能滿足工業發展和用戶的需求。與LC無源濾波器相比，有源電力濾波器(Active Power Filter，APF)具有可控制性強、自適應能力和快速響應性能強、體積小、重量輕等優點。[〇〇〇3]隨著無線通信技術的不斷提高，利用移動運營商提供的無線網絡實現電網數據采集和監控，是電力系統現代化的一個重要發展方向。由于GPRS(General Packet Rad1 Servic，通用無線分組業務)網絡的通信技術日漸成熟，且覆蓋面廣泛，將GPRS無線通信結合到有源電力濾波器中，可遠程監控APF對諧波的補償，同時遠程檢測電網中的綜合參數。 又因為GPRS網絡是由移動運營商調控系統，可以節省大量的導線材料及人工費用，達到環保節能、資源最大共享的目的，而且免除了網絡的日常修改和維護工作，最大限度地節省了投資。
【發明內容】
[0004]本實用新型提出一種具有GPRS的有源電力濾波器，可遠程監測并實現諧波補償。 該有源電力濾波器包括信號采集、DSP、驅動電路模塊、APF主電路模塊以及GPRS模塊。其中: APF主電路模塊(6 )與驅動電路模塊(7 )相連，驅動電路模塊(7 )與DSP (8 )相連，DSP (8 )—路通過過零檢測鎖相倍頻(4)，再通過電壓電流傳感器(2)與電網(1)相連，DSP(8)另一路通過信號調理電路模塊(5)，再通過電壓電流傳感器(2)與負載(3)相連，APF主電路模塊(6)與負載(3)相連，APF主電路模塊(6)與電壓電流傳感器(2)相連，DSP(8)與GPRS模塊(9)相連， GPRS模塊(9)通過無線網絡與遠程計算機(10)構成聯系。電網(1)和負載(3)中的電壓電流信號，通過電壓電流傳感器(2)進行采集，采集到的電壓電流信號經過信號調理電路模塊(5)和過零檢測鎖相倍頻(4)，輸送到DSP(8)中進行處理和運算，DSP(8)根據采樣得到的各種電壓電流值，經過運算輸出相應PWM驅動信號，輸出的PWM驅動信號傳遞給驅動電路模塊 (7 )，從而控制APF主電路模塊(6 )產生對應的補償電流送入到電網(1)中。同時，DSP (8 )將數據傳送到GPRS模塊(9)，GPRS模塊(9)通過無線網絡將數據傳送到遠程計算機(10)中。
[0005]所述的信號采集部分包括電壓電流傳感器、信號調理電路模塊以及過零檢測鎖相倍頻三部分。其中:電壓電流傳感器用于采集APF的補償電流、負載電流、電源進線電流、線電壓以及直流側的電容電壓；信號調理電路模塊則用于調理電壓電流傳感器采集的信號； 過零檢測鎖相倍頻的用途在于能夠產生與系統電壓同頻率的方波信號，用來作為恢復正弦表的觸發信號同時能使得的數據采樣及時啟動，另一個用處是為在無功電流計算時提供與相電壓能形成同步的過零信號。由于電力系統頻率的波動，必須對采集的同步過零信號進行鎖相倍頻，使采樣過程不因頻率的變化而造成采樣誤差，以保證計算是以采集電網的基頻為基波信號。
[0006]DSP控制系統是整個控制系統最為關鍵的組成部分，本實用新型將TI公司的 TMS320F28335芯片作為APF的處理器，TMS320F28335采用高性能的靜態CMOS技術，具有 150MHz的高速處理能力，足以滿足APF的控制要求。其片內存儲資源十分豐富:多達256KX 16位的Flash程序存儲器，最多達128KX 16位的ROM，34KX 16位的單周期訪問RAM (SARAM)，1KX16 位的一次性可編程 ROM (OTP ROM)以及 8KX16位的 B00TR0M。 TMS320F28335的12位16通道A/D轉換器，具有80ns的快速轉換時間，兩個采樣保持電路可以實現雙通道同步采樣。此外，TMS320F28335還具有88個可配置通用輸入/輸出(GP10)引腳； 能設置8個外部中斷，外設中斷擴展模塊(PIE)共支持58個不同的外設中斷；具有2個CAN通信模塊，3個UTAR接口模塊(SCI)，1個串行外設接口模塊(SPI)，2個多通道緩沖串口(McBSP) 以及1個I2C總線接口。其中TMS320F28335的A/D轉換接口與信號調理電路模塊及過零檢測鎖相倍頻相連，對各電壓電流進行采集;TMS320F28335的HVM輸出與驅動電路模塊相連，向驅動電路模塊發出脈沖信號;TMS320F28335的SCI 口與GPRS模塊相連。DSP主要完成的任務為:在每個控制周期內采樣電網進線電流、諧波源負載電流、有源電力濾波器輸出補償電流、直流母線電壓、電網電壓等電流或者電壓瞬時值、捕獲電網a相電壓相位、計算諧波電流指令值、產生PWM驅動信號、對驅動電路出現的異常進行快速保護處理以及與GPRS模塊進行通彳目等。
[0007]驅動電路模塊及APF主電路模塊:驅動電路模塊是有源電力濾波器的執行部分，它接受控制DSP發出的PWM驅動信號，經過自身的隔離放大之后輸出驅動脈沖信號來開通或者關斷APF主電路模塊中的器件，以產生相應的諧波補償電流送入到電網中。
[0008]GPRS模塊與遠程計算機:GPRS模塊采用宏電技術開發有限公司生產的H7710 GPRS，H7710 GPRS具有以下功能:1.內部集成TCP/IP協議棧。H7710 GPRS內部封裝了PPP撥號協議以及TCP/IP協議棧并且具有嵌入式操作系統，具備GPRS撥號上網以及TCP/IP數據通信的功能。2.提供串口數據雙向轉換功能。H7710 GPRS提供了串行通信接口，包括RS232/ RS485等都屬于常用的串行通信方式，可以和各種使用串口通信的用戶設備進行連接，而且不需要對用戶設備作改動。3.保持永久在線。GPRS通信網絡的優點之一就是支持GPRS終端設備永久在線、支持斷線自動重連、自動重撥號等特點。4.支持參數配置，永久保存。H7710 GPRS支持參數配置，并且將配置好的參數保存內部的永久存儲器件內(一般為FLASH或 EEPR0M等)。一旦上電，就自動按照設置好的參數進行工作。
[0009]H7710 GPRS上電后，首先讀取內部FLASH中保存的工作參數，包括已配置好的GPRS 撥號參數、串口波特率、數據中心IP地址等等。然后H7710 GPRS登陸GSM網絡，進行GPRSPPP 撥號。撥號成功后，H7710 GPRS將獲得一個由移動隨機分配的內部IP地址。H7710 GPRS相當于一個移動內部局域網內的設備，通過移動網關來實現與外部Internet公網的通信。[0〇10]H7710 GPRS通過數據中心的IP地址以及端口號等參數，向數據中心發起TCP或UDP通信請求。在得到中心的響應后，便建立了 TCP/UDP通信連接，遠程計算機只要接入 Internet網絡，就可以對有源電力濾波器的工作狀態實現遠程監控了。
[0011]本實用新型的有益效果是:一、基于GPRS實時性好，無線傳輸，低成本，覆蓋廣，擴展性強，速率高等特點，將GPRS模塊加入到有源電力濾波器中，該有源電力濾波器既可以完成動態補償，同時能夠通過遠程計算機實時監測APF的數據采集、運算處理、諧波補償效果， 以及電網中的各項參數。二、本設計使用TMS320F28335作為有源電力濾波器處理器，由于其強大的性能，能夠在短時間內完成大量復雜的計算，極大的提高了系統的實時處理速度，確保了控制的精度，提高了有源電力濾波器的實時和動態補償效果。本發明針對干式空心電抗器在低溫下故障機理的測試方法。【附圖說明】[〇〇12]圖1是根據本實用新型的實施例的一種具有GPRS的有源電力濾波器的系統原理框圖。
[0013]圖中:1-電網，2-電壓電流傳感器，3-負載，4-過零檢測鎖相倍頻，5-信號調理電路模塊，6-APF主電路模塊，7-驅動電路模塊，8-DSP，9-GPRS模塊，10-遠程計算機。【具體實施方式】
[0014]如圖1所示，本實用新型的實施例的一種具有GPRS的有源電力濾波器包括:電網 (1)，電壓電流傳感器(2)，負載(3)，過零檢測鎖相倍頻(4)，信號調理電路模塊(5)，APF主電路模塊(6 )，驅動電路模塊(7 )，DSP(8)，GPRS模塊(9)，遠程計算機(10 )。其中:APF主電路模塊(6 )與驅動電路模塊(7 )相連，驅動電路模塊(7 )與DSP (8 )相連，DSP (8 )—路通過過零檢測鎖相倍頻(4)，再通過電壓電流傳感器(2)與電網(1)相連，DSP(8)另一路通過信號調理電路模塊(5)，再通過電壓電流傳感器(2)與負載(3)相連，APF主電路模塊(6)與負載(3)相連， APF主電路模塊(6 )與電壓電流傳感器(2 )相連，DSP (8 )與GPRS模塊(9 )相連，GPRS模塊(9 )通過無線網絡與遠程計算機(10)構成聯系。電網(1)和負載(3)中的電壓電流信號，通過電壓電流傳感器(2)進行采集，采集到的電壓電流信號經過信號調理電路模塊(5)和過零檢測鎖相倍頻(4)，輸送到DSP(8)中進行處理和運算，DSP(8)根據采樣得到的各種電壓電流值，經過運算輸出相應PWM驅動信號，輸出的PWM驅動信號傳遞給驅動電路模塊(7)，從而控制APF 主電路模塊(6 )產生對應的補償電流送入到電網(1)中。同時，DSP (8 )將數據傳送到GPRS模塊(9)，GPRS模塊(9)通過無線網絡將數據傳送到遠程計算機(10)中。[〇〇15]信號采集部分包括電壓電流傳感器(2)、信號調理電路模塊(5)以及過零檢測鎖相倍頻(4)三部分。其中:電壓電流傳感器(2)用于采集APF的補償電流、負載電流、電源進線電流、線電壓以及直流側的電容電壓；信號調理電路模塊(5)則用于調理電壓電流傳感器(2) 采集的信號;過零檢測鎖相倍頻(4)的用途在于能夠產生與系統電壓同頻率的方波信號，用來作為恢復正弦表的觸發信號同時能使得的數據采樣及時啟動，另一個用處是為在無功電流計算時提供與相電壓能形成同步的過零信號。由于電力系統頻率的波動，必須對采集的同步過零信號進行鎖相倍頻，使采樣過程不因頻率的變化而造成采樣誤差，以保證計算是以采集電網的基頻為基波信號。
[0016] DSP( 8)是整個控制系統最為關鍵的組成部分，本實用新型將TI公司的 TMS320F28335芯片作為APF的處理器。其中DSP(8)的A/D轉換接口與信號調理電路模塊(5) 及過零檢測鎖相倍頻(4 )相連，對各電壓電流進行采集;DSP (8 )的HVM輸出與驅動電路模塊 (7)相連，向驅動電路模塊(7)發出脈沖信號;DSP(8)的SCI 口與GPRS模塊(9)相連。DSP主要完成的任務為:在每個控制周期內采樣電網進線電流、諧波源負載電流、有源電力濾波器輸出補償電流、直流母線電壓、電網電壓等電流或者電壓瞬時值、捕獲電網a相電壓相位、計算諧波電流指令值、產生PWM驅動信號、對驅動電路出現的異常進行快速保護處理以及與 GPRS模塊(9)進行通信等。[〇〇17]驅動電路模塊(7)及APF主電路模塊(6):驅動電路模塊(7)是有源電力濾波器的執行部分，它接受控制DSP(8)發出的HVM驅動信號，經過自身的隔離放大之后輸出驅動脈沖信號來開通或者關斷APF主電路模塊(6)中的器件，以產生相應的諧波補償電流送入到電網(1)中。[〇〇18] GPRS模塊(9)與遠程計算機(10):GPRS模塊(9)采用宏電技術開發有限公司生產的 H7710 GPRS，H7710 GPRS具有以下功能:1.內部集成TCP/IP協議棧。H7710 GPRS內部封裝了PPP撥號協議以及TCP/IP協議棧并且具有嵌入式操作系統，具備GPRS撥號上網以及TCP/ IP數據通信的功能。2.提供串口數據雙向轉換功能。H7710 GPRS提供了串行通信接口，包括 RS232/RS485等都屬于常用的串行通信方式，可以和各種使用串口通信的用戶設備進行連接，而且不需要對用戶設備作改動。3.保持永久在線。GPRS通信網絡的優點之一就是支持 GPRS終端設備永久在線、支持斷線自動重連、自動重撥號等特點。4.支持參數配置，永久保存。H7710 GPRS支持參數配置，并且將配置好的參數保存內部的永久存儲器件內(一般為 FLASH或EEPR0M等)。一旦上電，就自動按照設置好的參數進行工作。[〇〇19]H7710 GPRS上電后，首先讀取內部FLASH中保存的工作參數，包括已配置好的GPRS撥號參數、串口波特率、數據中心IP地址等等。然后H7710 GPRS登陸GSM網絡，進行GPRSPPP 撥號。撥號成功后，H7710 GPRS將獲得一個由移動隨機分配的內部IP地址。H7710 GPRS相當于一個移動內部局域網內的設備，通過移動網關來實現與外部Internet公網的通信。
[0020]H7710 GPRS通過數據中心的IP地址以及端口號等參數，向數據中心發起TCP或UDP 通信請求。在得到中心的響應后，便建立了 TCP/UDP通信連接，遠程計算機只要接入 Internet網絡，就可以對有源電力濾波器的工作狀態實現遠程監控了。
[0021]通過以上描述可知，該有源電力濾波器將電網和負載中的電壓電流信號，通過電壓電流傳感器進行采集，采集到的電壓電流信號經過信號調理電路模塊和過零檢測鎖相倍頻，輸送到DSP中進行處理和運算，DSP根據采樣得到的各種電壓電流值，經過運算輸出相應 P麗驅動信號，輸出的P麗驅動信號傳遞給驅動電路模塊，從而控制APF主電路模塊產生對應的補償電流送入到電網中，以達到動態補償諧波的目的。同時，DSP將數據傳送到GPRS模塊，GPRS模塊通過無線網絡將數據傳送到遠程計算機中，可實現遠程在線監測，為智能電網提供諧波監測和處理設備。
【主權項】
1.一種具有GPRS的有源電力濾波器，其特征在于:包括電網(1)，電壓電流傳感器(2)， 負載(3)，過零檢測鎖相倍頻(4)，信號調理電路模塊(5)，APF主電路模塊(6)，驅動電路模塊 (7)，DSP( 8)，GPRS模塊(9)，遠程計算機(10); APF主電路模塊(6)與驅動電路模塊(7)相連， 驅動電路模塊(7)與DSP(8)相連，DSP(8)—路通過過零檢測鎖相倍頻(4)，再通過電壓電流 傳感器(2)與電網(1)相連，DSP(8)另一路通過信號調理電路模塊(5)，再通過電壓電流傳 感器(2)與負載(3)相連，APF主電路模塊(6)與負載(3)相連，APF主電路模塊(6)與電壓電流 傳感器(2)相連，DSP( 8)與GPRS模塊(9)相連，GPRS模塊(9)通過無線網絡與遠程計算機(10) 構成聯系；電網(1)和負載(3)中的電壓電流信號，通過電壓電流傳感器(2)進行采集，采集 到的電壓電流信號經過信號調理電路模塊(5)和過零檢測鎖相倍頻(4)，輸送到DSP(8)中進 行處理和運算，DSP(8)根據采樣得到的各種電壓電流值，經過運算輸出相應P麗驅動信號， 輸出的PWM驅動信號傳遞給驅動電路模塊(7)，從而控制APF主電路模塊(6)產生對應的補 償電流送入到電網(1)中;DSP(8)將數據傳送到GPRS模塊(9)，GPRS模塊(9)通過無線網絡將 數據傳送到遠程計算機(10)中。2.根據權利要求1所述的一種具有GPRS的有源電力濾波器，其特征在于:所述的DSP采 用TI公司生產的TMS320F28335作為主控芯片。3.根據權利要求1所述的一種具有GPRS的有源電力濾波器，其特征在于:所述的GPRS模 塊采用宏電技術開發有限公司生產的H7710 GPRS。
【文檔編號】H02J3/01GK205583690SQ201620204426
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月17日
【發明人】宋立新, 曾皓, 劉斯琦, 梁晶, 李瑞顯
【申請人】哈爾濱理工大學