专利名称：全数字有源电力滤波控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种全数字有源电力滤波控制器，是一种能够动态 抑制谐波、补偿无功功率、抑制电压闪变、调节和平衡三相不平衡电压、 提高系统功率因数、改善电能质量的灵活供电技术的基础装置。
背景技术：
有源电力滤波器是一种能够动态抑制谐波、补偿无功功率、抑制电 压闪变、调节和平衡三相不平衡电压、提高系统功率因数、改善电能质 量的灵活供电技术的基础装置。用一台装置就可以实现对各次谐波和基 波无功功率的补偿，它可向电网发送正负无功功率，支持电网电压，改 善电网质量，为企业和电力供电部门所提倡。面对电力系统的无功及谐波问题日趋严重的状况，传统的各种无功 补偿及谐波抑制方法己难以满足现代电力系统的需要。作为一种新型补 偿装置，有源电力滤波器(APF)具有的特点如下(1) 能快速对大小和频率都变化的谐波及无功损耗进行补偿，还可同 时抑制电压闪变、调节和平衡三相不平衡电压等；(2) 滤波特性不受系统阻抗和频率的影响，可消除与电网阻抗发生串 并联谐振的危险，且对外电路的谐振具有阻尼作用；(3) 具有自适应能力，能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿。(4) 用一台装置就可以实现对各次谐波和基波无功功率的补偿。 缺点在于有源电力滤波器的价格比传统无源滤波器要贵。 由于上述优点，有源电力滤波器作为综合治理电网污染、提高电网稳定性和改善电能质量的一项关键技术在各国工业上得到广泛的关注。发明内容本实用新型的目的是:利用脉冲宽度调制(P窗)变流器模块和数字信 号处理器(DSP)组合开发出具有本世纪世界先进水平的全数字有源电力 滤波控制器。其特点、新颖之处在于从可靠性出发，针对我国企业对 当前电气产品的要求以及我国国情，结合国际最先进脉冲宽度调制技术、 计算机技术、研究开发以DSP为核心的控制装置。本实用新型的技术方案是全数字有源电力滤波控制器包括谐波检 测电路、控制电路、补偿主回路。补偿电路是补偿电感和可控开关器件 组成的变流器构成的主回路；谐波检测电路由电流互感器、A/D转换电 路和信号处理电路组成，A/D转换电路的输出与控制电路连接；控制电路采用多功能控制模块，多功能控制模块包括程序存储器、DSP、 D/A转 换电路及脉冲功放驱动电路，脉冲功放驱动电路与变流器的可控开关器 件控制端连接。所述的全数字有源电力滤波控制器，控制方式为电流跟踪控制中的 三角载波控制。本实用新型的优点及主要技术特点是通过谐波检测电路将采集到的三相电流信号通过A/D转换后变成数字信号，通过DSP对采样获得的三相电流处理后将基波无功分量和谐波分量分离出来，得到所需补偿的电流信号即参考电流信号Q ;补偿电流,:.与参考电流的误差A/经PI调节器处理后与三角载波比较，产生对应的控制开关器件的P丽脉冲信号， 使开关器件产生的补偿电流快速准确的跟踪参考电流以达到快速补偿的 目的。各种参数全数字写入，软件锁存，永久不变，不受外界环境影响， 解除锁存可以改写参数。同时还具有自动定相、过流、开路、缺相、过 热等完善的保护，并具有停电记忆、复电査询功能。
图1是全数字有源电力滤波控制器原理框图；图2是补偿主回路原理框图；图3是脉冲驱动电路原理框图；图4是DSP主程序框图。
具体实施方式
图1是全数字有源电力滤波控制器原理框图。谐波检测电路包括谐 波采样互感器Lj、谐波信号处理电路，谐波信号处理电路的输出与控制 电路连接；控制电路包括DSP控制器、补偿电流检测互感器Lc及脉冲驱 动电路，补偿电流检测互感器Lc位于补偿主回路输出端，补偿电流检测 互感器Lc与脉冲驱动电路的一个输入端连接，DSP控制器的输出与脉冲 驱动电路的另一个输入端连接；脉冲驱动电路的输出端与补偿主回路中 的开关器件控制端连接。图2是补偿主回路原理框图主要由电压源型逆变器和补偿谐振电感组成。图中A，AA为谐振电感，G为补偿电容，Tl、 T2、 T3、 T4、T5、 T6为开关器件，Dl、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6为续流二极管，kl k6 是开关器件控制极。图3是脉冲驱动电路原理框图脉冲驱动电路包括三角波发生器、 减法器E、 PI调节器、比较器；减法器E的输入端分别与补偿电流检测互感器和DSP控制器的输出端连接，输入ic和ierf;减法器将ic和ierf 相减，将A i送给PI调节器，将与参考电流的误差经PI调节器处理后 与三角载波进行比较，产生相应的P丽脉冲来控制补偿主回路的开关器 件，使补偿电流跟踪参考电流变化，抵消电网谐波成分。 控制方式图4是DSP主程序框图整个控制装置是采用环路调节的手段。非 线性负载经互感器Lj、谐波检测信号处理电路处理，经A/D转换后送入DSP。 DSP通过谐波电流算法计算出谐波补偿电流的大小即参考电流"。该方法采用与电源周波同步的三角波比较方法确定有源电力滤波器 开关器件的开关相位。有源滤波器输出的补偿电流^与参考电流/re/的差经PI调节器处理后与三角波进行比较，产生相应的P丽脉冲。当^〉Q时，控制有源电力滤波器的开关器件减小补偿电流；当t.dw时，控制有源电力滤波器的开关器件增加补偿电流。这个三角载波电流跟踪控制 方法的优点是非常简单，实现起来容易，对有源电力滤波器的参数及结 构的依赖性小。 控制方式整个控制装置是采用环路调节的手段。非线性负载向谐波检测电路 和多功能控制模块提供当前的电流和电压相位，经A/D转换后送入DSP。DSP通过谐波电流检测算法计算出谐波补偿电流的大小即参考电流^ ，有源滤波器输出的补偿电流与参考电流的误差经比例积分PI处理后与 三角载波进行比较，产生相应的P丽脉冲来控制逆变器的开关电路，使 补偿电流跟踪参考电流变化，抵消电网谐波成分。以下就有源电力滤波 器的控制方式加以说明。 三、工作原理(1) 整个控制装置是采用环路调节的手段。谐波检测环节从非线性 负载处采集负载电流Z,信息，然后通过A/D转换电路对负载电流进行采 样与量化，将模拟信号转换为数字信号送DSP处理。(2) DSP对采样获得的三相电流进行三相/两相变换、高通滤波、两 相/三相变换处理，将基波无功分量和谐波分量分离出来，从而得到有源电力滤波器的参考电流iref 。(3)根据DSP计算得到参考电流Q。有源滤波器产生的补偿电流 信号4与参考电流^相减经比例积分PI处理后，与三角载波比较形成PWM信号，驱动逆变器开关，使逆变器产生的补偿电流V決速准确地跟踪参考电流g。
权利要求1.一种全数字有源电力滤波控制器，包括谐波检测电路、控制电路和补偿电路，其特征在于补偿电路是电感和可控开关器件组成的补偿主回路；谐波检测电路包括谐波采样互感器、谐波信号处理电路，谐波信号处理电路的输出与控制电路连接；控制电路包括DSP控制器、补偿电流检测互感器及脉冲驱动电路，补偿电流检测互感器位于补偿主回路输出端，补偿电流检测互感器与脉冲驱动电路的一个输入端连接，DSP控制器的输出与脉冲驱动电路的另一个输入端连接；脉冲驱动电路的输出端与补偿主回路中的开关器件控制端连接。
2. 根据权利要求1所述的全数字有源电力滤波控制器，其特征在于 脉冲驱动电路包括三角波发生器、减法器、PI调节器、比较器；减法器 的输入端分别与补偿电流检测互感器和DSP控制器的输出端连接，减法 器与PI调节器输入端连接，PI调节器输出端与比较器的一个输入端连 接，比较器的另一个输入端与三角波发生器的输出端连接。
专利摘要本实用新型提供一种全数字有源电力滤波控制器，包括谐波检测电路、控制电路、补偿主回路。补偿电路是补偿电感和可控开关器件组成的变流器构成的主回路；谐波检测电路由电流互感器、A/D转换电路和信号处理电路组成，A/D转换电路的输出与控制电路连接；控制电路采用多功能控制模块，多功能控制模块包括程序存储器、DSP、D/A转换电路及脉冲功放驱动电路，脉冲功放驱动电路与变流器的可控开关器件控制端连接。控制方式为电流跟踪控制中的三角载波控制。
文档编号H02J3/18GK201219199SQ20082006745
公开日2009年4月8日 申请日期2008年5月29日 优先权日2008年5月29日
发明者刘惠康, 琳 柴, 汤其彩 申请人:武汉科技大学