专利名称：具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有源滤波装置，尤其涉及一种应用于电力电能的质量治理技术领域中的具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置。
背景技术：
有源滤波装置为需要提供电源的装置，其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点，传统的只能固定补偿，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功；三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要基础理论；APF有并联型和串联型两种，前者用的多；并联有源滤波装置主要是治理电流谐波，串联有源滤波装置主要是治理电压谐波等引起的问题。有源滤波装置同有源滤波装置比较，治理效果好，主要可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起谐振。
其工作原理是采用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制成的新型电力谐波治理专用设备，由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成，指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，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)信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM功率模块，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，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波，广泛应用于电力、铁路、冶金、化工、煤炭、造船等领域。
当前，市场上的谐波装置大多为无源滤波装置，无源滤波装置存在以下缺点:(I)、容易与电网发生并联谐振，严重影响电网的安全运行；(2)、装置的工作效率不高，仅能滤除大部分滤波，不能提供质量的谐波治理效果；(3)、滤波电容容易衰减，导致滤波支路失谐，失去滤波的作用；(4)、寿命不长 ，最好的无源滤波寿命是3 4年，装置报废后，电容会污染环境；(5)、无源滤波在功率因数高的场合不能用，由于滤波的同时，必须补偿无功，这就导致了无源滤波应用的局限性；￠)、无源滤波只能消除固定次数的谐波，若电网中含有的谐波次数多，增加支路的路数会很多，导致成本过高；(7)、无源滤波不能动态的消除滤波，不能很好的平衡无功；(8)、无源滤波受温度的影响很大，影响装置的滤波效果。发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置，可迅速、有效地滤除谐波，有效率高，能有效地滤除2 50次谐波，滤除率可达97%，响应时间< 8ms，防护等级为IP40，降低设备损耗，满足国家标准，具有高度可控性和快速响应性，且不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险。
本发明是通过以下的技术方案来实现的:
具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置，其结构主要由:主控显示单元、主电路模块、变流器模块、输出电抗器、输出滤波回路、控制电路模块、控制系统、外壳、零线排、非线性负载等部件构成，其中主电路模块、变流器模块、输出电抗器、输出滤波回路间通过电缆连接，主控显示单元、控制电路模块间通过网络控制电缆连接，零线排固定在外壳内部的横梁上，所有的零线都固定在零线排上，非线性负载通过电缆连接于三相电网的另一端，外壳由小日光灯、轴流风机、行程开关构成，其中的小日光灯、轴流风机、行程开关均固定于外壳的内壁上，小日光灯设置于外壳的内部的上顶端。
所述的主电路模块，其结构由:主断路器、交流接触器、预充电电阻、快速熔断器、电源进线端子构成，其中主断路器、交流接触器和快速熔断器通过电缆串联，预充电电阻通过电缆与交流接触器并联，电源进线端子一端与主断路器的上端连接，另一段预留位置。
所述的变流器模块，其结构由:IPM模块、IPM模块触发板、散热器、直流侧电容器组、预充电投切回路、电容放电回路、输出电流互感器组成，其中IPM模块触发板通过螺丝固定在IPM模块上，IPM模块用螺丝固定在散热器上，IPM模块、直流侧电容器组、预充电投切回路、电容放电回路间是通过电缆连接，输出电流互感器为穿心式，直接套在母线上，二次端采样信号与控制电路模块中的运算板连接，变流器模块为整机工作中最关键的部分，起到了有源逆变与系统交换能量的作用。
所述的输出电抗器，其进线端通过电缆与主电路模块中的快速熔断器连接，出线端通过电缆与变流器模块中的IPM模块连接，主要起到与系统的能量交换作用，各个参数直接决定了工作性能，是变流器模块能输出电流到系统的重要连接器件。
所述的输出滤波回路，其由高频滤波断路器、高频滤波电阻、高频滤波电容器组成，高频滤波断路器、高频滤波电阻、高频滤波电容器之间通过电缆依次串联的，高频滤波断路器进线端通过电缆连接在主电路模块中的主断路器的出线端。
所述的控制电路模块，其结构由:主控板、运算板、直流电源模块、触发板、主控显示单元、微型继电器、IP微型断路器、二次熔断器、3P微型断路器、控制变压器构成，其中主控板内嵌于主控显示单元内，主控板、运算板、直流电源模块、触发板、主控显示单元通过网络控制电缆相互连接，微型继电器与IP微型断路器通过电缆连接，3P微型断路器设置于二次熔断器的下端，二次熔断器设置为三个，每个上下两个引脚分别连接至控制变压器与3P微型断路器的引脚上，人机接口装置和VAPFl控制模块连接，控制电路模块对VAPFl控制模块工作的整体控制，VAPFl控制模块是通过设备并网连接部分注入与谐波电流大小相等方向相反的补偿电流，对电流谐波进行补偿。
所述的运算板，其内部嵌入有软件，其工作流程为:首先对系统进行初始化，以保证高速数字信号处理器(DSP)及所有外设的初始化状态正常；然后系统进入到主程序循环中，系统先进行故障自检，若有故障，进行故障处理，保证系统安全、可靠的运行；若系统无故障发生，则等待同步采样控制信号中断的发生，系统进入到对应的中断服务程序中进行频率检测和A/D转换等；然后进行直流侧电压控制、指令电流计算、软启动控制等，若是启动过程，则采用软启动方式，否则直接输出PWM控制信号，此时完成了对一个采样周期的控制，然后程序返回，进行下一次采样循环控制，能够实现了对系统的循环控制。
所述的VAPFl控制模块，其由核心控制系统和硬件电路构成，其中核心控制系统由高性能32位定点DSP TMS320LF2812芯片、一片CPLD EPM7256AE芯片及外围电路组成，采用了以DSP+CPLD为核心的数字化系统，能够实现装置的控制系统实时性和准确性的要求，直接决定了装置的性能指标和补偿效果；其硬件电路由数据采集电路、同步检测电路、PWM隔离驱动电路、硬件保护电路、I/O接口电路、通信电路、电源等辅助电路组成。
所述的数据采集电路，其主要负责电压、电流等模拟信号转换的处理，由于被检测的电压电流量数值比较大，数值远超过DSP允许的输入信号范围，需要把这些模拟电信号降低，并将电流量变换为电压量，双极性信号变成单极性信号，并进行电平匹配，A/D转换后送入DSP进行运算，其实现方法为:电压、电流信号(包括2个直流母线电压、3个负载电流及3个补偿器输出电流)经电流型霍尔传感器变换后，在高精度采样电阻上形成与原信号成比例的电压信号，再经滤波、隔离、电平变换后，得到O 3V模拟量输入电压，最后经12位A/D变换后进入DSP内处理。
所述的同步检测电路，其主要功能是产生与电网电压频率、相位相同的同步工作脉冲信号及256倍电网基波频率的A/D同步采用启动信号，由于电网的频率总会在50Hz上下发生波动，因此为保证电网参数计算的准确性，在测量过程中需要跟踪电网频率的变化，随时修正A/D的采样周期，以保证采样速率不变，同步检测电路实质是一过零电压比较器，将一相电源交流输入信号变换成方波信号，实现三相电源电压的相位检测，利用方波信号的跳变触发DSP产生中断，以便计算电网频率和控制DSP的A/D转换时刻。
所述的PWM隔离驱动电路，其将VAPFl控制模块产生的光驱动脉冲信号转换为电驱动脉冲信号，同时经过功率放大处理后，最终输出6路PWM信号，实现对逆变主电路IGBT的驱动控制，当装置出现过流、短路等故障时，立即封锁IGBT的驱动脉冲，并向核心控制系统发送保护信号。
所述的硬件保护电路，其保证了装置可靠稳定的工作，当补偿装置发生短路、过流、过压、超温、欠压等故障时，故障信号经过故障检测电路处理后，立即封锁PWM驱动脉冲信号，并进行报警等处理，整个装置系统自动退出运行，以保护系统安全。
所述的主控板，其由一块主控显示单元、一块运算板、三块触发板组成。
所述的直流侧电容器组，由个直流电容器构成，陶瓷电阻并联于直流侧电容器组的两端。
本发明的工作流程为:通过采样单元采集配电系统的电流信号(CT信号)和电压信号(PT信号)，由互感器检测补偿对象的电压和电流信号，将实时电流和电压信号传送到指令运算板的微机处理中心，然后经过转换处理后送给控制系统计算出补偿电流的指令信号，直流电源部分在系统运行前先储能升压，储能完备后将信号(DC信号)反馈到指令运算板的微机处理中心，通过比较和运算，指令运算板根据配电系统中的谐波含量和大小给逆变器的触发板发送触发指令，逆变器将产生与配电系统中谐波电流大小相同、方向相反的逆变电流输送到配电系统中，将配电系统中的谐波、无功、负序等有害电流分量抵消，电网侧三相电流为对称正弦波，零线电流为0，实现治理谐波，改善电能质量的目的，最终得到期望的正弦电源电流。
本发明是一种动态滤除谐波的新型谐波治理设备，它通过监测电网实时谐波状况，在线计算出所含谐波分量，产生相应的控制信号，控制逆变电路，将大小相等、方向相反的谐波电流注入到电网中，达到迅速地动态跟踪滤除谐波的作用。
由于采用了以上技术方案，本发明具有的有益效果为:
1、可迅速、有效地滤除谐波，效率高，能有效地滤除2 50次谐波，滤除率可达97% ；
2、既可以滤波又可以进行无功补偿，可以瞬间高于额定容量进行涌流补偿，从而消除闪变和电压波动；
3、且可以通过设备自行判断得到最佳滤波效果，并能够自动适应电网的阻抗变化；
4、能实时跟踪电网谐波变化，具有高度可控性和快速响应性，补偿性能不受电网频率波动影响，滤波特滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；
5、中、英文、图形液晶显示，人机界面清晰友好；
6、具有完善的自诊断和监视功能，对故障可具体定位，方便调试；
7、响应时间< 8ms，防护等级IP40，降低设备损耗，满足国家标准，具有高度可控性和快速响应性。
8、具有设计合理、性能优良等优点，具有良好的市场推广价值。
图1、为本发明的正面剖视结构示意图2、为本发明的后面剖视结构示意图3、为本发明运算板中软件的指令流程图4、为本发明中的VAPFl控制模块的结构框图5、为本发明中VAPFl控制模块的电路图6、为本发明的工作流程的原理图7、为本发明应用于医院中的谐波治理前后的对比图8、为本发明应用于铸造厂中的谐波治理前后电流波形及频谱分析图。
图1 2中:1-外壳、2-小日光灯、3-轴流风机、4-行程开关、5-陶瓷电阻、6-直流侧电容器组、7-1PM模块触发板、8-1PM模块、9-散热器、10-电流互感器、11_交流接触器、12-快速熔断器、13-高频滤波断路器、14-主断路器、15-输出电抗器、16-电源进线端子、17-微型继电器、18-1P微型断路器、19-二次熔断器、20-3P微型断路器、21-控制变压器、22-直流电源模块、23-运算板、24-高频滤波电阻、25-预充电电阻、26-直流放电电阻、27-零线排、28-高频滤波电容器；29_电容放电回路；31-VAPF1控制模块；32_人机接口装置；33_非线性负载；34_主控显示单元；35_停止指示灯；36_停止按钮；37_工作指示灯；38-启动按钮。
具体实施方式
:
下面结合附图及实施例对本发明的结构及工作过程做进一步说明:
如图1 2所示，具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置，其结构主要由:主控显示单元34、主电路模块、变流器模块、输出电抗器15、输出滤波回路、控制电路模块、控制系统、外壳1、零线排27、非线性负载33等部件构成，其中主电路模块、变流器模块、输出电抗器15、输出滤波回路间通过电缆连接，主控显示单元34、控制电路模块间通过网络控制电缆连接，零线排27固定在外壳I内部的横梁上，所有的零线都固定在零线排27上，非线性负载33通过电缆连接于三相电网的另一端，外壳I由小日光灯2、轴流风机3、行程开关4构成,其中的小日光灯2、轴流风机3、行程开关4均固定于外壳I的内壁上，小日光灯2设置于外壳I的内部的上顶端。
所述的主电路模块，其结构由:主断路器14、交流接触器11、预充电电阻25、快速熔断器12、电源进线端子16构成，其中主断路器14、交流接触器11和快速熔断器12通过电缆串联，预充电电阻25通过电缆与交流接触器11并联，电源进线端子16 —端与主断路器14的上端连接，另一段预留位置。
所述的变流器模块，其结构由:IPM模块8、IPM模块触发板7、散热器9、直流侧电容器组6、预充电投切回路、电容放电回路29、输出电流互感器10组成，其中IPM模块触发板7通过螺丝固定在IPM模块8上，IPM模块用8螺丝固定在散热器9上，IPM模块8、直流侧电容器组6、预充电投切回路、电容放电回路29间是通过电缆连接，输出电流互感器10为穿心式，直接套在母线上，二次端采样信号与控制电路模块中的运算板23连接，变流器模块为整机工作中最关键的部分，起到了有源逆变与系统交换能量的作用。
所述的输出电抗器15，其进线端通过电缆与主电路模块中的快速熔断器12连接，出线端通过电缆与变流器模块中的IPM模块8连接，主要起到与系统的能量交换作用，各个参数直接决定了工作性能，是变流器模块能输出电流到系统的重要连接器件。
所述的输出滤波回路，其由高频滤波断路器13、高频滤波电阻24、高频滤波电容器28组成，高频滤波断路器13、高频滤波电阻24、高频滤波电容器28之间通过电缆依次串联的，高频滤波断路器13进线端通过电缆连接在主电路模块中的主断路器14的出线端。
所述的控制电路模块，其结构由:主控板、运算板23、直流电源模块22、触发板、主控显示单元34、微型继电器17、1P微型断路器18、二次熔断器19、3P微型断路器20、控制变压器21构成，其中主控板内嵌于主控显示单元34内，主控板、运算板23、直流电源模块22、触发板、主控显示单元34通过网络控制电缆相互连接，微型继电器17与IP微型断路器18通过电缆连接，3P微型断路器20设置于二次熔断器19的下端，二次熔断器19设置为三个，每个上下两个引脚分别连接至控制变压器21与3P微型断路器20的引脚上，人机接口装置32和VAPFl控制模块31连接，控制电路模块对VAPFl控制模块31工作的整体控制，VAPFl控制模块31是通过设备并网连接部分注入与谐波电流大小相等方向相反的补偿电流，对电流谐波进行补偿。
如图3 5所示，所述的运算板23，其内部嵌入有软件，其工作流程为:首先对系统进行初始化，以保证高速数字信号处理器(DSP)及所有外设的初始化状态正常；然后系统进入到主程序循环中，系统先进行故障自检，若有故障，进行故障处理，保证系统安全、可靠的运行；若系统无故障发生，则等待同步采样控制信号中断的发生，系统进入到对应的中断服务程序中进行频率检测和A/D转换等；然后进行直流侧电压控制、指令电流计算、软启动控制等，若是启动过程，则采用软启动方式，否则直接输出PWM控制信号，此时完成了对一个采样周期的控制，然后程序返回，进行下一次采样循环控制，能够实现了对系统的循环控制。
所述的VAPFl控制模块31，其由核心控制系统和硬件电路构成，其中核心控制系统由高性能32位定点DSP TMS320LF2812芯片、一片CPLD EPM7256AE芯片及外围电路组成，采用了以DSP+CPLD为核心的数字化系统，能够实现装置的控制系统实时性和准确性的要求，直接决定了装置的性能指标和补偿效果；其硬件电路由数据采集电路、同步检测电路、PWM隔离驱动电路、硬件保护电路、I/O接口电路、通信电路、电源等辅助电路组成。
所述的数据采集电路，其主要负责电压、电流等模拟信号转换的处理，由于被检测的电压电流量数值比较大，数值远超过DSP允许的输入信号范围，需要把这些模拟电信号降低，并将电流量变换为电压量，双极性信号变成单极性信号，并进行电平匹配，A/D转换后送入DSP进行运算，其实现方法为:电压、电流信号(包括2个直流母线电压、3个负载电流及3个补偿器输出电流)经电流型霍尔传感器变换后，在高精度采样电阻上形成与原信号成比例的电压信号，再经滤波、隔离、电平变换后，得到O 3V模拟量输入电压，最后经12位A/D变换后进入DSP内处理。
所述的同步检测电路，其主要功能是产生与电网电压频率、相位相同的同步工作脉冲信号及256倍电网基波频率的A/D同步采用启动信号，由于电网的频率总会在50Hz上下发生波动，因此为保证电网参数计算的准确性，在测量过程中需要跟踪电网频率的变化，随时修正A/D的采样周 期，以保证采样速率不变，同步检测电路实质是一过零电压比较器，将一相电源交流输入信号变换成方波信号，实现三相电源电压的相位检测，利用方波信号的跳变触发DSP产生中断，以便计算电网频率和控制DSP的A/D转换时刻。
所述的PWM隔离驱动电路，其将VAPFl控制模块31产生的光驱动脉冲信号转换为电驱动脉冲信号，同时经过功率放大处理后，最终输出6路PWM信号，实现对逆变主电路IGBT的驱动控制，当装置出现过流、短路等故障时，立即封锁IGBT的驱动脉冲，并向核心控制系统发送保护信号。
所述的硬件保护电路，其保证了装置可靠稳定的工作，当补偿装置发生短路、过流、过压、超温、欠压等故障时，故障信号经过故障检测电路处理后，立即封锁PWM驱动脉冲信号，并进行报警等处理，整个装置系统自动退出运行，以保护系统安全。
所述的主控板，其由一块主控显示单元34、一块运算板23、三块触发板组成。
所述的直流侧电容器组6，由18个直流电容器构成，陶瓷电阻5并联于直流侧电容器组6的两端。
如图6所示，本发明的工作流程为:通过采样单元采集配电系统的电流信号(CT信号)和电压信号(PT信号)，由互感器检测补偿对象的电压和电流信号，将实时电流和电压信号传送到指令运算板23的微机处理中心，然后经过转换处理后送给控制系统计算出补偿电流的指令信号，直流电源部分在系统运行前先储能升压，储能完备后将信号(DC信号)反馈到指令运算板23的微机处理中心，通过比较和运算，指令运算板23根据配电系统中的谐波含量和大小给逆变器的触发板发送触发指令，逆变器将产生与配电系统中谐波电流大小相同、方向相反的逆变电流输送到配电系统中，将配电系统中的谐波、无功、负序等有害电流分量抵消，电网侧三相电流为对称正弦波，零线电流为0，实现治理谐波，改善电能质量的目的，最终得到期望的正弦电源电流。
如图7所示，本发明应用于某医院的实施例，在医院有大量的大型医疗设备、照明设备和UPS等，在运行中产生大量的3、5、7次等谐波，大量的谐波使电流产生的畸变，干扰了高精密的医疗设备的正常工作，受谐波的影响，经常出现计算机的死机现象和储存信息的丢失，而本发明直接连接于医院的电力干路中，其处理过程为:
主要负载为精密医疗设备、加速器、电子检测设备、荧光灯、LED大屏、UPS等；
电能质量超标项目为谐波电流；
A相电流有效值157.1安培、电流谐波畸变率为48.2% ；B相电流有效值160.8安培、电流谐波畸变率为38.3%;C相电流有效值164.2安培、总电流谐波畸变率为35.6%;
治理措施
根据现场工况和测量结果发现，谐波主要由精密医疗设备和照明设备产生，采用本发明装置，补偿容量为150A，自动跟踪治理负载产生的谐波电流，并补偿部分无功功率;
治理效果
电流总畸变率为降至3.9%，治理前波形非正弦波，治理后波形为正弦波，可见滤波器投入后，系统谐波得到了很好的抑制，提升供电系统的可靠性，消除了系统谐波对配电系统的危害，确保精密医疗设备的正常运行，提高了功率因数。
如图8所示，本发明应用于某铸造厂的实施例，状况分析:
该厂主要负荷为中频炉，其六脉相整流桥为典型的谐波源；
由于变压器超负荷运行，导致电压畸变，从而谐波也大大增加；
六脉相整流的控制使得晶闸管的换相过程中电流的变化率极大，整个负荷的波形呈现直角变化率，波形系数较差，谐波畸变严重；
功率因数不能满足要求时仅仅是由于波形系数较差引起，不能采用常规的无功功率补偿设备进行补偿；
在中频炉满负荷运行时，电流总畸变率为22.5%，主要谐波电流依次为5次，7次，11次，13次；
单项电流有效值761安培；
治理措施
根据现场实际情况，在中频炉配电柜旁并联安装一台补偿容量为200A的电力有源滤波器(VAPF1-3L-200A/400V)；
治理效果
负载运行过程中电流稳定，单相电流有效值726安培，与补偿前相比电流有效值明显降低，从而降低用电成本；
在中频炉满负荷运行时，电流总畸变率为降至5.78%，各次谐波的畸变率都在1.5%以内，大大降低了谐波含量。
本发明是一种动态滤除谐波的新型谐波治理设备，通过监测电网实时谐波状况，在线计算出所含谐波分量，产生相应的控制信号，控制逆变电路，将大小相等、方向相反的谐波电流注入到电网中，达到迅速地动态跟踪滤除谐波的作用。
权利要求
1.具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置，其结构主要由:主控显示单元[34]、主电路模块、变流器模块、输出电抗器[15]、输出滤波回路、控制电路模块、控制系统、外壳[1]、零线排[27]、非线性负载[33]部件构成，其特征在于:其中主电路模块、变流器模块、输出电抗器[15]、输出滤波回路间通过电缆连接，主控显示单元[34]、控制电路模块间通过网络控制电缆连接，零线排[27]固定在外壳[I]内部的横梁上，所有的零线都固定在零线排[27]上，非线性负载[33]通过电缆连接于三相电网的另一端，外壳[I]由小口光灯[2]、轴流风机[3]、行程开关[4]构成，其中的小口光灯[2]、轴流风机[3]、行程开关[4]均固定于外壳[I]的内壁上，小口光灯[2]设置于外壳[I]的内部的上顶端。
2.如权利要求1所述的具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置，其特征在于:所述的变流器模块，其结构由:IPM模块[8]、IPM模块触发板[7]、散热器[9]、直流侧电容器组[6]、预充电投切回路、电容放电回路[29]、输出电流互感器[10]组成，其中IPM模块触发板[7]通过螺丝固定在IPM模块[8]上，IPM模块用[8]螺丝固定在散热器[9]上，IPM模块[8]、直流侧电容器组[6]、预充电投切回路、电容放电回路[29]间通过电缆连接，输出电流互感器[10]为穿心式，直接套在母线上，二次端采样信号与控制电路模块中的运算板[23]连接，变流 器模块为整机工作中最关键的部分，起到了有源逆变与系统交换能量的作用。
3.如权利要求1所述的具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置，其特征在于:所述的控制电路模块，其结构由:主控板、运算板[23]、直流电源模块[22]、触发板、主控显示单元[34]、微型继电器[17]、1P微型断路器[18]、二次熔断器[19]、3P微型断路器[20]、控制变压器[21]构成，其中主控板内嵌于主控显示单元[34]内，主控板、运算板[23]、直流电源模块[22]、触发板、主控显示单元[34]通过网络控制电缆相互连接，微型继电器[17]与IP微型断路器[18]通过电缆连接，3P微型断路器[20]设置于二次熔断器[19]的下端，二次熔断器[19]设置为三个，每个上下两个引脚分别连接至控制变压器[21]与3P微型断路器[20]的引脚上，人机接口装置[32]和VAPFl控制模块[31]连接，控制电路模块对VAPFl控制模块[31]工作的整体控制，VAPFl控制模块[31]是通过设备并网连接部分注入与谐波电流大小相等方向相反的补偿电流，对电流谐波进行补偿。
4.如权利要求2或3所述的具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置，其特征在于:所述的运算板[23]，其内部嵌入有软件，其工作流程为:首先对系统进行初始化，以保证高速数字信号处理器(DSP)及所有外设的初始化状态正常；然后系统进入到主程序循环中，系统先进行故障自检，若有故障，进行故障处理，保证系统安全、可靠的运行；若系统无故障发生，则等待同步采样控制信号中断的发生，系统进入到对应的中断服务程序中进行频率检测和A/D转换等；然后进行直流侧电压控制、指令电流计算、软启动控制等，若是启动过程，则采用软启动方式，否则直接输出PWN控制信号，此时完成了对一个采样周期的控制，然后程序返回，进行下一次采样循环控制，能够实现了对系统的循环控制。
5.如权利要求3所述的具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置，其特征在于:所述的VAPFl控制模块[31]，其由核心控制系统和硬件电路构成，其中核心控制系统由高性能32位定点DSPTMS320LF2812芯片、一片CPLD EPM7256AE芯片及外围电路组成，采用了以DSP+CPLD为核心的数字化系统，能够实现装置的控制系统实时性和准确性的要求，直接决定了装置的性能指标和补偿效果；其硬件电路由数据采集电路、同步检测电路、PWM隔离驱动电路、硬件保护电路、I/o接口电路、通信电路、电源组成。
6.如权利要求5所述的具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置，其特征在于:所述的数据采集电路，其主要负责电压、电流模拟信号转换的处理，由于被检测的电压电流量数值比较大，数值远超过DSP允许的输入信号范围，需要把这些模拟电信号降低，并将电流量变换为电压量，双极性信号变成单极性信号，并进行电平匹配，A/D转换后送入DSP进行运算，其实现方法为:电压、电流信号(包括2个直流母线电压、3个负载电流及3个补偿器输出电流)经电流型霍尔传感器变换后，在高精度采样电阻上形成与原信号成比例的电压信号，再经滤波、隔离、电平变换后，得到O 3V模拟量输入电压，最后经12位A/D变换后进入DSP内处理。
7.如权利要求5所述的具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置，其特征在于:所述的同步检测电路，其主要功能是产生与电网电压频率、相位相同的同步工作脉冲信号及256倍电网基波频率的A/D同步采用启动信号，由于电网的频率总会在50Hz上下发生波动，因此为保证电网参数计算的准确性，在测量过程中需要跟踪电网频率的变化，随时修正A/D的采样周期，以保证采样速率不变，同步检测电路实质是一过零电压比较器，将一相电源交流输入信号变换成方波信号，实现三相电源电压的相位检测，利用方波信号的跳变触发DSP产生中断，以便计算电网频率和控制DSP的A/D转换时刻。
8.如权利要求5所述的具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置，其特征在于:所述的PWM隔离 驱动电路，其将VAPFl控制模块[31]产生的光驱动脉冲信号转换为电驱动脉冲信号，同时经过功率放大处理后，最终输出6路PWM信号，实现对逆变主电路IGBT的驱动控制，当装置出现过流、短路故障时，立即封锁IGBT的驱动脉冲，并向核心控制系统发送保护信号。
9.如权利要求5所述的具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置，其特征在于:所述的硬件保护电路，其保证了装置可靠稳定的工作，当补偿装置发生短路、过流、过压、超温、欠压故障时，故障信号经过故障检测电路处理后，立即封锁PWM驱动脉冲信号，并进行报警处理，控制整个装置系统自动退出运行，以保护系统安全。
10.如权利要求1所述的具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置，其特征在于:其工作流程为:通过采样单元采集配电系统的电流信号(CT信号)和电压信号(PT信号)，由互感器检测补偿对象的电压和电流信号，将实时电流和电压信号传送到指令运算板[23]的微机处理中心，然后经过转换处理后送给控制系统计算出补偿电流的指令信号，直流电源部分在系统运行前先储能升压，储能完备后将信号(DC信号)反馈到指令运算板[23]的微机处理中心，通过比较和运算，指令运算板[23]根据配电系统中的谐波含量和大小给逆变器的触发板发送触发指令，逆变器将产生与配电系统中谐波电流大小相同、方向相反的逆变电流输送到配电系统中，将配电系统中的谐波、无功、负序有害电流分量抵消，电网测三相电流为对称正弦波，零线电流为0，实现治理谐波，改善电能质量的目的，最终得到期望的正弦电源电流。
全文摘要
本发明公开了一种具有节能降耗治理谐波方法的有源滤波装置，属于滤波技术领域，其结构主要由主控显示单元、主电路模块、变流器模块、输出电抗器、输出滤波回路、控制电路模块、控制系统、零线排、非线性负载等构成，主电路模块、变流器模块、输出电抗器、输出滤波回路间通过电缆连接，主控显示单元、控制电路模块间通过网络控制电缆连接，非线性负载通过电缆连接于三相电网的另一端；本发明为动态滤除谐波的新型谐波治理设备，通过监测电网实时谐波状况，在线计算出所含谐波分量，产生相应的控制信号，将大小相等、方向相反的谐波电流注入到电网中，达到迅速、能有效地滤除2～50次谐波，滤除率可达97％，且不受系统阻抗的影响。
文档编号H02J3/01GK103199530SQ20121000237
公开日2013年7月10日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者陈茂, 包志勇 申请人:上海韦欧韦滤波设备有限公司