专利名称：基于三次谐波有源滤波的混合型电力滤波装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及基于三次谐波有源滤波的混合型电力滤波装置，属于电气工程技术领域，不仅适用于三相四线制系统，同样也适用于三相三线制系统。
背景技术：
随着现代电力电子技术的不断发展，电力系统中各种非线性负载越来越多，使得电力系统的谐波污染日益严重，它导致电源质量明显下降，影响各种电气设备的正常工作，对供电线路产生了附加损耗，使电网中的电容器产生谐振，使继电保护和自动装置出现误动作，并使仪表和电能计量出现较大误差。目前谐波治理装置主要有两大类无源滤波装置和有源滤波装置。无源滤波装置是由电抗器、电容器、电阻器构成，具有成本低，技术成熟的特点，但因为它是通过对某些次数的谐波呈现出低阻抗或高阻抗来达到滤波的目的，因此存在着一些明显的缺陷问题如对谐波电流的滤波效果受电力系统阻抗的影响大；对电网频率偏移和谐波状况经常变化的情况滤波效果不好；连接在同一电网中的其他非线形负载所产生的谐波电流有可能流入该滤波器，从而造成过载；电网的系统阻抗和无源滤波器在某些频率下可能会发生串联或并联谐振。有源电力滤波装置采用了先进的电力电子技术和数字信号处理技术，是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，其应用可克服无源滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点，实现了动态跟踪补偿，而且可以既滤除谐波电流又补偿无功功率。但是由于有源电力滤波装置存在成本高价格贵，实际使用寿命短的问题，因此，在实际应用中受到了极大的限制。而本实用新型采用的混合型电力电力滤波装置能够很好的解决这个问题，针对三次谐波滤波部分，本实用新型采用的信号取样和控制方法与专利号200510022539. 8中国发明专利提出的方法不同。陈斌发在“配电变压器接法对谐波影响的分析”(电网技术-2001年6期P55-P58，作者单位北京供电局)一文中指出“当变压器接法n0时，相电压总畸变率超标主要是零序性的3次谐波电压过高所致，3次谐波电压由负荷的零序性3次谐波电流产生，并且零序性的3次谐波电流没有流经变压器漏抗。当流经变压器时，只能与380V侧漏抗和零序励磁电抗形成回路(在IOkV侧感应的零序电势不能作用到系统阻抗)。当变压器结构为三相三柱式时，由于三相零序磁通大小相等、相位相同，因而不能像正序(或负序)主磁通那样，一相主磁通可以经过另外两相的铁芯形成回路，它们被迫经过绝缘介质和外壳形成回路，遇到很大的磁阻。因此，这种变压器的零序励磁电抗视为有限值，XmO大致为0. 3 1. 0(远远大于漏抗)。3次谐波电流将在此零序励磁电抗上产生较大的压降，即为3次谐波电压，很容易造成电压总畸变率超标。当变压器接法为时，IOkV侧的变压器绕组形成3次谐波电流流通的回路，该回路阻抗为变压器漏抗，远小于零序励磁阻抗，因而不会产生较大的3次谐波电压。”可见，不管配电变压器是什么接法，由于配电力变压器外壳必须接地，三次谐波都会形成电流通路，只不过阻抗大小不同，所产生的三次谐波电流大小不同罢了，因此必须考虑三次谐波电流对无功补偿和滤波装置的影响。本实用新型的装置很好的解决了这个问题。
实用新型内容本实用新型的技术方案包括混合型三次谐波电力有源滤波器1、5次LC无源滤波器组2、7次LC无源滤波器组3、电源侧电压互感器YT、电源侧电流互感器CT1、负载侧电流互感器CT2、混合型三次谐波电力有源滤波器I侧电流互感器CT3。所述的混合型三次谐波电力有源滤波器1:包括DSP主控制电路板，由IGBT半桥和电容半桥组成的逆变电路、2路PWM输出的IGBT驱动电路和给这个逆变电路提供直流电源的具有限流作用的直流开关电源。所述的5次LC无源滤波器组2 :是由许多组星型接法的有中性点抽头的5次LC无源滤波器组成，它不仅能滤除5次谐波电流，给系统提供合适的无功功率，还能给三相电流中的零序性的三次电流提供通路。所述的7次LC无源滤波器组3 :是由许多组星型接法的有中性点抽头的7次LC无源滤波器组成，它不仅能滤除7次谐波电流，给系统提供合适的无功功率，还能给三相电流中的零序性的三次电流提供通路。所述的电源侧电压互感器YT、电源侧电流互感器CTl、负载侧电流互感器CT2、混合型三次谐波电力有源滤波器I的输出侧电流互感器CT3，由于各侧的电流大小不一样，因此，各个电流互感器的变比不一样，在设计应用中要把它们折合到同一个基准上。所述的混合型三次谐波电力有源滤波器I中的DSP主控制电路板主要是由DSP、FPGA、ADC转换器，通讯接口芯片等构成，可以实现的软件功能模块有控制系统模块、数据信号采集模块、PWM驱动模块、无功补偿控制模块、温度检测模块、CAN总线通讯模块、电网电压同步锁相控制模块、人机接口模块、保护和报警电路等，其中数据信号采集模块包含有带隔离的信号调理电路。所述的混合型三次谐波电力有源滤波器的3次谐波基准信号if3是从低压配电系统负载中三相相电流通过带通数字滤波器提取出来的3次谐波电流，并用从电源侧三相相电流中提取出来的3次谐波电流做了修正，形成了一个完整的闭环控制系统。
以下通过附图和实施例对本实用新型作进一步的描述图1为本实用新型原理框图；图2为三相电压同步锁相控制模块；图3为三次谐波电力有源滤波器I的固定频率的PWM控制方法原理框图；图4为无功控制软件模块的原理框图；其中，isa、isb、isc是配电变压器低压配电侧的三相电流，ila、ilb、ilc是非线性负载的三相电流，if3J是混合型三次谐波电力有源滤波器I的输出电流，UDU UD2混合型三次谐波电力有源滤波器I的直流电容CD1、CD2上电压，CONVST是数据信号采集模块ADC的启动信号，CONVSTI和C0NVST2是备用信号。
具体实施方式
本实用新型所提出的装置的原理框图如图1所示，首先，三相电压信号Ua、Ub、Uc通过由FPGA和锁相环PLL芯片构成的电网电压同步锁相控制模块，分别产生一个数字化了的10位的频率为基波频率1024倍的ADC启动信号CONVST和二个功能一致的备用信号CONVST1、C0NVST2 (完全保证ADC和DSP的可靠工作)(见图2)，主控制电路板上的ADC芯片有了启动信号CONVST后就开始不断的进行采样保持和转换，转换结束后发出EOC信号通知DSP读取ADC的转换结果。这样，电源侧电流互感器CTl上的三相电流isa、isb、isc和负载侧电流互感器CT2上的三相电流ila、ilb、I1。及电流互感器CT3上的电流if3j分别经过相应的信号调理电路后送到相应的ADC转换器的输入端，经过ADC转换成相应的数字量，并由DSP读取。然后，如图3所示，DSP根据ADC的转换结果，采用IIR数字滤波技术，可以分别计算出负载侧的3次谐波电流is3a、is3b、is3c,5次谐波电流is5a、is5b、is5c和7次谐波电流iS7a> iS7b> is7。，和电源侧的3次谐波电流i13a、i13b、i13c;,5次谐波电流i15a、i15b、i15c和7次谐波电流i17a、i17b、i17。，这样就可以得到混合型三次谐波电力有源滤波器I所需要的3次谐波基准信号if3 = i13a+i13b+ii3c ;由于混合型三次谐波电力有源滤波器I不可能百分之百完全滤除负载侧的3次谐波电流，在电源侧还存在少量的3次谐波电流；为了使电源侧的3次谐波电流尽量少，在DSP控制软件中弓I人了由电源侧的3次谐波电流构成的反馈；这样混合型三次谐波电力有源滤波器I的3次谐波基准信号if3是从低压配电系统负载中三相相电流通过数字滤波器提取出来的3次谐波电流，并用从电源侧三相相电流中提取出来的3次谐波电流if3k做了修正，形成了一个完整的闭环控制系统。由电源侧的3次谐波产生的反馈信号为if3k= is3a+is3b+if3c ；经过修正后的基准信号
权利要求1.一种基于三次谐波有源滤波的混合型电力滤波装置，其特征在于，包括混合型三次谐波电力有源滤波器(1)、5次LC无源滤波器组(2)、7次LC无源滤波器组(3)、电源侧电压互感器(YT)、电源侧电流互感器(CTl)、负载侧电流互感器(CT2)、混合型三次谐波电力有源滤波器(I)侧电流互感器(CT3)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，混合型三次谐波电力有源滤波器(I)的3 次谐波基准信号(if3)是从低压配电系统负载中三相相电流通过带通数字滤波器提取出来的3次谐波电流，并用从电源侧三相相电流中提取出来的3次谐波电流做了修正，形成了一个完整的闭环控制系统。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，混合型三次谐波电力有源滤波器(1)、5次 LC无源滤波器组(2)、7次LC无源滤波器组(3)是由DSP主控制电路和辅助构成的控制器综合控制的，因此，能够很好的实现3、5、7次谐波滤波和系统的无功补偿目标。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其5、7次无源滤波器的组数和容量可以根据实际系统的需要进行配置，也可以对5、7次无源滤波器进行分相控制。
专利摘要本实用新型公开了一种基于三次谐波有源滤波的混合型电力滤波装置，包括混合型三次谐波电力有源滤波器1、5次LC无源滤波器组2、7次LC无源滤波器组3、电源侧电压互感器YT、电源侧电流互感器CT1、负载侧电流互感器CT2、混合型三次谐波电力有源滤波器1侧电流互感器CT3；该装置不仅可以用在三相四线制配电系统中，而且可以用在三相三线制配电系统中。特别适用于系统中存在较大的5、7次谐波，另外，还存在比较多的三次谐波的用电场合。
文档编号H02J3/01GK202872365SQ20122017118
公开日2013年4月10日 申请日期2012年4月20日 优先权日2012年4月20日
发明者郑文兵, 郑姝祺 申请人:上海润珏机电科技有限公司