专利名称：一种有源电力滤波装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力滤波装置，特别是一种有源电力滤波装置，
该装置采用并联的方式，通过现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术研制而成的新型电力谐波治理设备。
背景技术：
在输电系统和配电网中，大量的非线性的负荷的使用，使电网存在电压闪变、波动、频漂、三相不平衡、谐波等影响电能质量和效率的问题，尤其是以开关电源和交流调速设备为代表的各种电力电子设备的大量使用，对电网和用电设备的安全运行产生了威胁，使得电力系统中无功功率和谐波补偿成为迫切需要解决的问题
以往，这一方面的问题主要是靠使用无源滤波装置来解决。传统的无源LC滤波器可以减少谐波，使用的电容器可以改善交流负载的功率因数，但存在明显的不足与缺陷设计的无源滤波器通常选定特定频率，滤除指定次数谐波;存在与电网发生谐振的可能性;对电网的阻抗和频率变化十分敏感，同时，也存在体积大、损耗大等问题。
如何进一步提高电能质量，有效地抑制电网中的谐波和无功功率，这一问题已引起广泛的关注。许多专家和学者一直研究和开发动态可调装置来解决电能质量问题，其中具有代表意义的是有源电力滤波器。从目前国内的情况来看，利用有源电力滤波器进行谐波和无功补偿以提高电能质量的技术是今后的一个发展趋势。
发明内容
鉴于以上情况，本实用新型的目的在于，提供一种有源电力滤波装置，该装置将电流、电压霍尔传感器，变流器模块，直流电容器，电抗器，合分机构，控制器等置于一个箱体内，提高了可靠性，又降低了成本，并使安装方便化，并联在电网中独立于电网系统阻抗之外，不受电网系统阻抗影响，不发生谐振与谐波电压放大，安全性好。
本实用新型的有源电力滤波装置，采用现代电力电子技术，硬件和软
件有机结合双DSP控制系统。从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流注入电网，从而使电网中只含基波分量。
为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案一种有源电力滤波装置，包括一个箱体，其特征在于，箱体内的上部空间安装有相互电连接的变流器模块与直流电容，断路器、交流接触器、电流型电流霍尔传感器、快速熔断器、风机、开关电源、电流型电压霍尔传感器、电压型电压霍尔传感器、空开和接触器整体固定在位于箱体前部一固定板上，电阻固定于箱体后部的固定板上，电抗器并列安装在箱体的中部，控制器固定于前盖位置，负载采样电压型电流霍尔传感设置在箱体外的非线性负载的进线端。
本实用新型的其它一些特点是-
所述的控制部分至少包括双数字信号处理器DSP模块、采样信号输入模块、硬件运算模块、LCD和LED显示显示电路、开关量输入模块、控制信号输出模块、三角波形成模块、驱动模块、通讯接口。
整个装置还有控制回路，控制回路至少包括控制电源、空气开关、装置工作指示电路、手动投切电路，保护电路。
本实用新型的有源电力滤波装置，具有完备的保护功能，包括过载、过电压、欠电压、过电流、温度保护以及自诊断功能。
本实用新型的有源电力滤波装置，实现了多种补偿模式H模式——补偿谐波；HkQ模式——补偿谐波+可调无功功率；kQ模式——补偿可调无功功率；Imb模式——补偿三相不平衡。
装置采用光纤传输关断控制信号，可快速关断变流器模块，防止故障扩大化。
本实用新型的有源电力滤波装置，既可以实现三相四线制系统的谐波补偿也可以满足三相三线系统的补偿，并可以通过特种变压器的耦合，可应用到6 35kV的系统中，扩展了电压等级方面的应用范围。
本实用新型的有源电力滤波装置，扩展性能好，能适应多种补偿系统的拓扑结构，可多机并联工作，根据用户需要灵活扩大补偿容量。
图1为本实用新型装置的结构示意图。其中，(a)是装置的前视图，(b)是去盖前视图，(c)是去盖后视图，(d)是去盖侧视图；图中标号表示的是:1、变流器模块，2、直流电容，3、断路器，4、交流接触器，5、电流型电流霍尔传感器，6、快速熔断器，7、风机，8、开关电源，9、电流型电压霍尔传感器，10、电压型电压霍尔传感器，11、空开，12、接触器，13、电阻，14、电抗器，15、控制器，16、箱体，18、进线端子。
图2为本实用新型装置的原理图。图中的标号表示的是1、变流器模块，2、直流电容，3、断路器，4、交流接触器，5、电流型电流霍尔传感器，6、快速熔断器，7、风机；9、第一电流型电压霍尔传感器，10、第二电流型电压霍尔传感器，11、空开，13、电阻，14、电抗器，15、控制器，17、负载采样电压型电流霍尔传感器。
图3为本实用新型装置的控制器方框图。
图4-1、 4-2、 4-3、 4—4、 4-5、 4-6、 4一7、 4-8、 4-9、 4-10、 4—11、 4-12、为控制器信号处理及输出电路。图5为控制器软件流程图。图6为控制器主循环示意图。
图7为本实用新型装置的控制回路接线图。
为了更清楚地理解本实用新型的有源电力滤波装置，
以下结合附图和具体实例对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
本实用新型采用的技术解决思路是:应用现代电力电子技术和基于高速双DSP器件的数字信号处理技术制成新型电力谐波治理专用设备。它采用高性能的霍尔互感器实时监视线路中的电流，并采用高精度四象限的
模拟乘法器实现指令运算，送入高速数字信号处理器(DSP)对信号进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制(PWM)信号形式向变流器(补偿电流发生电路)送出驱动指令，变流器生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，主动对谐波电流进行抵消。
本实用新型的有源电力滤波装置主要由变流器模块1、直流电容2、断路器3、交流接触器4、电流型电流霍尔传感器5、快速熔断器6、风机、开关电源8、第一电流型电压霍尔传感器9、第二电流型电压霍尔传感器IO、空开ll、接触器12、电阻13、电抗器14、控制器15、箱体16和负载采样电压型电流霍尔传感17组成。除负载采样电压型电流霍尔传感17外(负载采样电压型电流霍尔传感17安装在非线性负载的进线端)，上述所有元器件均在箱体16内，其中变流器模块1与直流电容2安装在箱体16内的上部空间；断路器3、交流接触器4、电流型电流霍尔传感器5、快速熔断器6、风机7、开关电源8、电流型电压霍尔传感器9、电压型电压霍尔传感器IO、空开11和接触器12整体固定在位于箱体16前部一固定板上；电阻13固定于箱体16后部的固定板上，电抗器14并列安装在箱体16的中部，控制器15固定于前盖位置。
有源电力滤波装置进一步包括有控制回路，所述的控制回路至少包括控制电源、空气开关、装置工作指示电路、手动投切电路，保护电路。
在图1中，变流器模块1包含有IGBT模块、IGBT驱动模块、散热片、直流母排以及温度传感模块。进线端子18与断路器3、接触器4通过快速熔断器4与变流器模块1相接。电流型电流霍尔传感器5测量线路中的电流，将信号传给控制器15。开关电源8微为控制器15提供工作电源。控制器15产生指令并形成PWM信号使变流器模块1、直流电容器2、电抗器14组成的变流器生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的形式补偿电流注入电网。
图2为本实用新型装置的原理图。在图2中，负载采样电压型电流霍尔传感17安装在非线性负载的进线端，负载采样电压型电流霍尔传感17、电流型电压霍尔传感器9、电压型电压霍尔传感器IO、电流型电流霍尔传感器5分别将采集到的负载侧电流，系统A相电压，变流器模块1的电流以及直流电容2电压信号送入控制器15。控制器15对采样信号进行分析、计算、处理，然后输出指令并形成PWM信号使变流器模块1、直流电容器2、电抗器14组成的变流器生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的形式补偿电流注入电网。
图3为本实用新型装置的控制器方框图。控制器15由双DSP处理模块、采样信号输入模块、硬件运算模块、LCD和LED显示显示电路、开关量输入模块、控制信号输出模块、三角波形成模块、驱动模块、通讯接口等组成。采样信号输入模块采集所需的信号并将信号送入硬件运算模块，双DSP处理模块将硬件运算模块处理的信号再进行分析、计算、处理，并输出给控制信号输出模块。控制信号输出模块将DSP的输出信号、信号采样输入模块和三角波形成模块的信号进行比较形成指令，传给驱动模块，形成最终的指令。通讯接口可通过RS232/RS485/CAN的通讯方式直接与外部设备通讯，也可以在与无线通讯模块连接之后进行无线通讯。
图4一1、 4—2、 4-3、 4-4、 4-5、 4-6、 4-7、 4—8、 4-9、 4-10、 4-11、 4-12、为控制器的信号处理及输出电路。该电路由双数字信号处理器(DSP)芯片TMS320F2812、电源芯片TDS767D318、高精度四象限的模拟乘法器MLT04、高性能锁相环芯片CD74HCT4046AE、高速M芯片TLV5631DW以及高速模拟运算放大器LF353组成。
图5和图6分别为控制器的DSP软件流程图和软件主循环示意图。本实用新型装置的控制器的软件设计成定时多任务结构，即与A相50Hz信号同步的50Hz中断和12800Hz中断调用信号采样、数据处理程序。DSP的串行
通信中断接收上位机的指令，将实时数据、历史数据等信息传给上位机实现通信功能。
图7为本实用新型装置的控制回路接线图。控制回路由控制电源、空气开关、电源指示电路、投入、切除指示电路、自动投切电路和手动投切电路等部分组成。控制电源是通过接线端子直接引入的，24V电源由开关电源提供。BD是电源指示灯，当回路接通时，该指示灯亮。装置投入指示灯HD1和切除指示灯HD2与断路器的辅助触点QF1 (常闭)和QF1 (常开)串联。装置可投入指示灯LD1和装置不可投入指示灯LD2分别与接触器KM2的一个常开和一个常闭辅助触点相连。当按下常开按钮SB2时，通过常闭按钮SB2，KM2完成自锁，LD2熄灭，LD1点亮，此时装置可以投入运行。当按下常闭按钮SB3时，KM2失电，装置退出运行。按急停按钮可同时使KM2和QF1失电，使装置退出运行。控制器通过常开触点控制KM1，从而控制电阻的投入和切除。
本实用新型的有源电力滤波装置，结构紧凑，体积小，安装过程简单，维护方便。并联在电网中独立于电网系统阻抗之外，不受电网系统阻抗影响，不发生谐振与谐波电压放大，安全性好。
本实用新型的有源电力滤波装置，采用高性能的霍尔电流互感器和霍尔电压互感器和高精度的五阶抗混淆滤波器技术，保证了控制算法的精度；控制器使用了双DSP控制系统，控制系统设计采取了硬件和软件有机结合的方案，有效的提高了响应速度；控制器电路新颖，智能化和自动化程度高；保护功能完善；具有通信接口，能与其它设备进行可靠通信。
权利要求1、一种有源电力滤波装置，包括一个箱体(16)，其特征在于，箱体(16)内的上部空间安装有相互电连接的变流器模块(1)与直流电容(2)，断路器(3)、交流接触器(4)、电流型电流霍尔传感器(5)、快速熔断器(6)、风机(7)、开关电源(8)、电流型电压霍尔传感器(9)、电压型电压霍尔传感器(10)、空开(11)和接触器(12)整体固定在位于箱体(16)前部一固定板上，电阻(13)固定于箱体(16)后部的固定板上，电抗器(14)并列安装在箱体(16)的中部，控制器(15)固定于前盖位置，负载采样电压型电流霍尔传感(17)设置在箱体(16)外的非线性负载的进线端。
2、 如权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，进一步包括有控制回路，所述的控制回路至少包括控制电源、空气开关、装置工作指示电路、手动投切电路，保护电路。
3、 如权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，所述的控制器(16)至少包括双数字信号处理器DSP模块、采样信号输入模块、硬件运算模块、LCD和LED显示显示电路、开关量输入模块、控制信号输出模块、三角波形成模块、驱动模块和通讯接口。
4、 如权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，所述的变流器模块(1)包含有IGBT模块、IGBT驱动模块、散热片、直流母排以及温度传感模块。
5、 如权利要求1所述的有源电力滤波装置，其特征在于，所述的电压型电压霍尔传感器(10)、电流型电压霍尔传感器(9)、负载采样电压型电流霍尔传感(17)和电流型电流霍尔传感器(5)分别使用1个、2个、3个和3个。
专利摘要本实用新型公开一种有源滤波装置，包括一个箱体，在箱体内的上部空间安装有相互电连接的变流器模块与直流电容，断路器、交流接触器、电流型电流霍尔传感器、快速熔断器、风机、开关电源、电压霍尔传感器、电流霍尔传感器、空开和接触器整体固定在位于箱体前部一固定板上，电阻固定于箱体后部的固定板上，电抗器并列安装在箱体的中部，控制器固定于前盖位置，负载采样电压型电流霍尔传感设置在箱体外的非线性负载的进线端。控制器采用双数字信号处理器DSP控制系统，硬件和软件有机结合的方案对采样信号进行分析、计算、处理，然后输出指令并形成PWM信号使变流器生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网。
文档编号H02J3/01GK201430442SQ20092003362
公开日2010年3月24日 申请日期2009年6月22日 优先权日2009年6月22日
发明者张占景, 徐敬海, 黎 金 申请人:西安森宝电气工程有限公司