专利名称：一种石油电动钻机专用有源滤波装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种石油电动钻机专用有源滤波装置。
背景技术：
传统的补偿谐波的主要手段是设置无源LC滤波器，优点是装置结构简单，一直被 广泛应用，缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，此外，这 种装置只能补偿固定频率的谐波，难以对频率变化的谐波进行有效的动态补偿，而随着电 力系统的发展，对谐波进行快速动态补偿的需求越来越大了。在SCR电驱动系统和VFD电驱动系统均存在着把交流电整流成直流电的整流变 换过程，此过程将产生大量的5、7、11、13等次谐波，并传输到柴油发电机组小电网系统中 (600V电网)，产生的谐波将对600V电网上的其他用电设备带来以下不良影响1、使电网电压波形畸变，供电质量下降。2、谐波电流引起无功功率增加，降低功率因数。3、使接在同一电网中的变压器、交流电机等损耗加大，加速绝缘老化，还会使这 些设备的振动和噪声增加。4、使接在同一电网中的电力电容器可能由于对谐波电流的放大而过电流。5、谐波可能在公共电网中产生并联谐振，引起过电压而损坏电网中的其他用电 设备。例如UPS电源经常烧坏。6、谐波影响仪表用互感器的检测精度。7、谐波对邻近的弱电系统，包括通信系统和电子设备产生干扰。
实用新型内容本实用新型所解决的技术问题是提供一种经试验验证，安全、可靠，具有很快的动 态响应速度和很高的补偿精度的石油电动钻机专用有源滤波装置。为解决上述的技术问题，本实用新型采取的技术方案本实用新型的特殊之处在于由指令电流运算电路和补偿电流发生电路组成，补 偿电流发生电路由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路构成，所述的电流跟踪控制电路 包括数字电路部分和模拟电路部分，驱动电路采用SKiiP功率模块；所述的补偿电流发生 电路中的电流跟踪控制电路的数字电路部分采集直流母线的电压并将直流母线电压误差 经过PI调节器的计算后的指令信号传输到模拟电路部分；指令电流运算电路将检测的负 载电流通过运算后得到需要补偿的各次谐波电流指令，再与直流侧稳压电流指令叠加得到 总的电流指令传输到模拟电路部分，模拟电路部分根据指令信号和电流指令生成并输出 PWM信号，驱动电路通过光纤接收PWM信号并输出控制信号到开关管。上述的驱动电路的SKiiP功率模块为集成了驱动电路的多个IGBT并联模块。上述的每个开关管均由多个小容量开关管并联构成。与现有技术相比，本实用新型的有益效果[0017]1、本装置可以补偿各次谐波，从而区别于以往的只能补偿固定频率的静态补偿。2、本装置是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大小相 等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。3、有源补偿设备安全、可靠，具有很快的动态响应速度和很高的补偿精度。
图1为本实用新型的电路结构图；图2为本实用新型的控制流程框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。参见图1、2，本实用新型由指令电流运算电路和补偿电流发生电路组成，补偿电流 发生电路由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路构成，所述的电流跟踪控制电路包括数 字电路部分和模拟电路部分，驱动电路采用SKiiP功率模块；所述的补偿电流发生电路中 的电流跟踪控制电路的数字电路部分采集直流母线的电压并将直流母线电压误差经过PI 调节器的计算后的指令信号传输到模拟电路部分；指令电流运算电路将检测的负载电流通 过运算后得到需要补偿的各次谐波电流指令，再与直流侧稳压电流指令叠加得到总的电流 指令传输到模拟电路部分，模拟电路部分根据指令信号和电流指令生成并输出PWM信号， 驱动电路通过光纤接收PWM信号并输出控制信号到开关管。驱动电路的SKiiP功率模块为集成了驱动电路的多个IGBT并联模块。每个开关管均由多个小容量开关管并联构成，这样的电路结构与小容量APF相 同，比较简单，其中的每个开关管均由多个小容量开关管并联构成，以增大整体容量。开关 管并联方案的技术关键在于多管并联时管内、管外参数的对称性，及管间瞬态、稳态的一致 性，这对器件工艺，驱动电路的设计提出了很高的要求。这里我们选用SEMIKR0N公司的智 能功率模块SKiiP2403GB172-4，这款功率模块内部集成了多支IGBT以供并联，并集成了驱 动电路，过流、过温保护电路及故障信号输出接口，并配备了光纤接口，具有较高的可靠性 和实用性。SKiiP功率模块的整个模块由4个半桥模块在内部并联封装构成，以保证开关管 可以驱动较大的电流等级，各半桥输出电流通过母线铜排从模块外部进行并接；所有IGBT 由内部驱动电路进行统一驱动控制，具有较高的参数对称性和可靠性。电流跟踪控制电路是以DSP+FPGA结构为核心的，包括数字电路部分和模拟电路 部分1、数字电路部分采用了以DSP+FPGA为核心的数字控制系统，分别是TI公司的 DSP TMS320M812 和 ALTERA 公司的 acyclone III EP3C40Q240C8N。DSP TMS320F2812主要实现的功能(1)、数据采集，主要是直流母线电压的采集； (2)、电压外环的控制，主要是直流母线电压误差经过PI调节器的计算；(3)、无源投切判 断；(4)、与触摸屏的通讯功能。FPGA主要实现的功能补偿电流指令的计算，主要采用TTA算法，对5、7、11、13次 谐波分次补偿。
4[0031]2、模拟电路部分电流跟踪电路主要完成根据运算电路输出的指令信号，生成适 当的PWM信号，从而使变流器的输出电流能够很好的跟踪指令波形。采用本实用新型后补偿前后电网电流FFT分析如下
权利要求1.一种石油电动钻机专用有源滤波装置，其特征在于由指令电流运算电路和补偿电 流发生电路组成，补偿电流发生电路由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路构成，所述的 电流跟踪控制电路包括数字电路部分和模拟电路部分，驱动电路采用SKiiP功率模块；所 述的补偿电流发生电路中的电流跟踪控制电路的数字电路部分采集直流母线的电压并将 直流母线电压误差经过PI调节器的计算后的指令信号传输到模拟电路部分；指令电流运 算电路将检测的负载电流通过运算后得到需要补偿的各次谐波电流指令，再与直流侧稳压 电流指令叠加得到总的电流指令传输到模拟电路部分，模拟电路部分根据指令信号和电流 指令生成并输出PWM信号，驱动电路通过光纤接收PWM信号并输出控制信号到开关管。
2.根据权利要求1所述的一种石油电动钻机专用有源滤波装置，其特征在于所述的 驱动电路的SKiiP功率模块为集成了驱动电路的多个IGBT并联模块。
3.根据权利要求1所述的一种石油电动钻机专用有源滤波装置，其特征在于所述的 每个开关管均由多个小容量开关管并联构成。
专利摘要本实用新型涉及一种石油电动钻机专用有源滤波装置。传统的补偿谐波的主要手段是设置无源LC滤波器，优点是装置结构简单，一直被广泛应用，缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振。本实用新型由指令电流运算电路和补偿电流发生电路组成，补偿电流发生电路由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路构成，所述的电流跟踪控制电路包括数字电路部分和模拟电路部分，驱动电路采用SKiiP功率模块。本实用新型可以补偿各次谐波，从而区别于以往的只能补偿固定频率的静态补偿。
文档编号H02J3/01GK201860112SQ20102060214
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者张洁, 李剑波 申请人:西安宝美电气工业有限公司