一种并联有源滤波装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种并联有源滤波装置，包括电流采样单元、电压采样单元、ARM控制器、FPGA控制器、IGBT驱动单元、IGBT开关单元、并入电网接入单元、并入电网采样电流和系统状态采集单元。FPGA控制器用于检测三相电网的谐波电流信号、无功电流信号和不平衡电流信号，且FPGA控制器根据检测的电流信号形成与检测电流相反的电流指令，且将电流信号指令下达到IGBT驱动单元，驱动IGBT开关形成一个与三相电网反相位的大小相等的补偿电流，并经并入电网接入单元并联到三相电网中。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明的一种并联有源滤波装置，以FPGA控制器和采样ARM控制器为核心芯片搭建的，通过后台设定任意一次谐波，可以检测系统对某次谐波是否和系统谐振。
【专利说明】一种并联有源滤波装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种滤波器，尤其涉及的是一种并联有源滤波装置。
【背景技术】
[0002]在电力系统中，电能质量通常用电压和频率来衡量，单在实际的电力系统中，由于大量非线性负载的存在，仅用电压和频率来表征电能质量很不完善，波形畸变也影响电能质量的重要因素，尤其是近20多年来，随着电力电子的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统，工业，交通家庭等众多领域中的应用日益广泛，由此带来的谐波和无功问题严重。电力系统中的谐波和无功对公用电网带来许多不利影响，如增加设备容量和线路损耗，使电机发生机械振动，引起电网局部谐振，导致继电器装置误动作，干扰通信等，为了消除这丝不利影响，提高电质量，谐波电源侧电流采样的控制算法谐波压制和无功补偿技术竞相发展。并联型有源电力滤波通常被控制成受控谐波和无功电流源，非常补偿电力系统中大量的电流型谐波和无功源，因此受到广泛关注得到迅速发展。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种并联有源滤波装置。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的:一种并联有源滤波装置，包括
[0005]电流采样单元，电压采样单元的输入端与三相电网电性连接且采集三相电网的电压，
[0006]电压采样单元，电流采样单元的输入端与三相电网电性连接且采集三相电网的电流，
[0007]采样ARM控制器，采样ARM控制器的电流信号输入端与电流采样单元的第一电流信号输出端电性连接，采样ARM控制器的电压信号输入端与电压采样单元的第一电压信号输出端电性连接，采样ARM控制器
[0008]FPGA控制器，FPGA控制器的电流信号输入端与电流采样单元的第二电流输出端电性连接，FPGA控制器的电压输入端与电压采样单元的第二电压信号输出端电性连接，FPGA控制器用于检测三相电网的谐波信号、无功信号和不平衡信号，且FPGA控制器根据检测的电流信号形成与检测电流相反的电流指令，且将电流信号指令下达到IGBT驱动单元，驱动单元驱动IGBT开关形成一个与三相电网反相位的大小相等的补偿电流，并经并入电网接入单元并联到三相电网中；
[0009]IGBT驱动单元，IGBT驱动单元的信号输入端与FPGA控制器的信号输出端电性连接，IGBT驱动单元的信号输出端分别与FPGA控制器和IGBT开关单元的信号输入端通信连接;
[0010]IGBT开关单元，IGBT开关单元的信号输出端与并入电网接入单元的信号输入端电性连接，
[0011]并入电网接入单元，并入电网接入单元的信号输出端分别与并入电网采样电流、三相电网通信连接；
[0012]并入电网采样电流，其信号输出端分别与采样ARM控制器、FPGA控制器的信号输入端输出电性连接，并入电网采样电流输出电流信号到采样ARM控制器、FPGA控制器中，采样ARM控制器根据输出电流信号参与电流显示，发送到FPGA控制器中的信号根据指令电流信号与输出电流信号比较，执行锁相计算并根据计算结果对FPGA控制器输出的PWM脉冲信号进行调节，使输出的电流信号具有正确的相位，
[0013]系统状态采集单元，将采样的系统状态信号传送到FPGA控制器中，FPGA控制器根据系统状态做相应的动作，
[0014]显示单元，该显示单元包括显示屏、触摸屏、按键板和电源指示灯，该显示单元与采样ARM控制器双向通信连接。
[0015]作为上述方案的进一步优化，该电流采样单元包括电流互感器、仪表运放器及其组成的谐波电路，该电流采样单元采集三相电网的电流信号，电流信号经仪表运放器处理后，形成的谐波电流信号输入FPGA控制器中。
[0016]作为上述方案的进一步优化，该IGBT驱动单元包括差分电路和IGBT驱动芯片隔离变压器，差分电路的输入端与FPGA控制器的差分信号输出端电性连接，FPGA控制器根据指令电流产生的PWM信号，再返回IGBT驱动单元，P丽信号经过驱动芯片处理以及隔离变压器，把隔离的PWM信号送到IGBT开关单元中，驱动并入电网接入单元。
[0017]作为上述方案的进一步优化，该并入电网接入单元，包括低通滤波器、电抗器和接触器，低通滤波器滤去IGBT产生的高频成分，低通滤波器与输出电抗相连，并经电抗器输出到电网中；该接触器并联电抗器接入三相电网回路中，所述该接触器的控制端通过FPGA信号输出控制接触器分合。
[0018]作为上述方案的进一步优化，该系统状态采集单元包括IGBT温度传感器及其外围电路，用于采集系统过流信息、过压信息和IGBT故障信息。
[0019]本发明相比现有技术具有以下优点:本发明的一种并联有源滤波装置，以FPGA控制器和采样ARM控制器为核心芯片搭建的，通过FPGA控制器的强大处理能力并行语言运行特点，以及FFT和IFFT可以快速的分离电网的谐波以及快速响应速度，所有的运算单元采用并行运行，可以不受限制设定任意2到50次补偿偿次数以及同时实现无功和谐波同时补偿能力。实验表明本发明可以补偿系统电流中任意一次谐波以及谐波大小，以及混合补偿能力。通过后台设定任意一次谐波，可以检测系统对某次谐波是否和系统谐振。FPGA控制器和采样ARM控制器的并联运行，实现无功补偿，谐波补偿，不平衡负载的补偿以及混合补
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[0020]本发明的显示单元配置触摸屏，实现显示设备运行状态，运行参数补偿效果，从显示屏上设定所要的补偿次数以及混合补偿，无功补偿等参数。中文操作界面，操作简单和人性化。
[0021]本发明的并联有源滤波装置具有强大的保护措施，一旦系统出现故障，可自动实现保护，还可以实现自检能力，如果装置判断装置故障消除可以实现装置自动重新启动，以及可以从后台查询功能。
[0022]本发明的并联有源滤波装置实现软件锁相环技术，不会因为系统的频率波动而出现锁相不正确，可以避免设备系统有害的谐波和无功功率。如果装置判断相位不正确以及过流等问题，装置可以做相应的保护以及处理，完全不用担心装置过补偿。
[0023]本发明的并联有源滤波装置可以和系统运行平台通信连接，且留有工业接口，可以和工业监控后台通信，可以远程监控设备运行状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明的一种并联有源滤波装置的电路结构框图。
[0025]图2是本发明的一种并联有源滤波装置的内部信号控制原理图。
【具体实施方式】
[0026]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0027]参见图1，为本发明的一种并联有源滤波装置的电路结构框图。一种并联有源滤波装置，包括电流采样单元，电压采样单元的输入端与三相电网电性连接且采集三相电网的电压。优化的，该电流采样单元包括电流互感器、仪表运放器及其组成的谐波电路，该电流采样单元采集三相电网的电流信号，电流信号经仪表运放器处理后，形成的谐波电流信号输入FPGA控制器中。
[0028]电压采样单元，电流采样单元的输入端与三相电网电性连接且采集三相电网的电流。
[0029]采样ARM控制器，采样ARM控制器的电流信号输入端与电流采样单元的第一电流信号输出端电性连接，采样ARM控制器的电压信号输入端与电压采样单元的第一电压信号输出端电性连接。
[0030]FPGA控制器，FPGA控制器的电流信号输入端与电流采样单元的第二电流输出端电性连接，FPGA控制器的电压输入端与电压采样单元的第二电压信号输出端电性连接，FPGA控制器用于检测三相电网的谐波信号、无功信号和不平衡信号，且FPGA控制器根据检测的电流信号形成与检测电流相反的电流指令，且将电流信号指令下达到IGBT驱动单元，驱动单元驱动IGBT开关形成一个与三相电网反相位的大小相等的补偿电流，并经并入电网接入单元并联到三相电网中。
[0031]IGBT驱动单元，IGBT驱动单元的信号输入端与FPGA控制器的信号输出端电性连接，IGBT驱动单元的信号输出端分别与FPGA控制器和IGBT开关单元的信号输入端通信连接。优化的，该IGBT驱动单元包括差分电路和IGBT驱动芯片隔离变压器，差分电路的输入端与FPGA控制器的差分信号输出端电性连接，FPGA控制器根据指令电流产生的PWM信号，再返回IGBT驱动单元，PWM信号经过驱动芯片处理以及隔离变压器，把隔离的PWM信号送到IGBT开关单元中，驱动并入电网接入单元。
[0032]IGBT开关单元，IGBT开关单元的信号输出端与并入电网接入单元的信号输入端电性连接。
[0033]并入电网接入单元，并入电网接入单元的信号输出端分别与并入电网采样电流、三相电网通信连接。优化的，并入电网接入单元，包括低通滤波器、电抗器和接触器，低通滤波器滤去IGBT产生的高频成分，低通滤波器与输出电抗相连，并经电抗器输出到电网中；该接触器并联电抗器接入三相电网回路中，所述该接触器的控制端通过FPGA信号输出控制接触器分合。
[0034]并入电网采样电流，其信号输出端分别与采样ARM控制器、FPGA控制器的信号输入端输出电性连接，并入电网采样电流输出电流信号到采样ARM控制器、FPGA控制器中，采样ARM控制器根据输出电流信号参与电流显示，发送到FPGA控制器中的信号根据指令电流信号与输出电流信号比较，执行锁相计算并根据计算结果对FPGA控制器输出的PWM脉冲信号进行调节，使输出的电流信号具有正确的相位。
[0035]系统状态采集单元，将采样的系统状态信号传送到FPGA控制器中，FPGA控制器根据系统状态做相应的动作。优化的，该系统状态采集单元包括IGBT温度传感器及其外围电路，用于采集系统过流信息、过压信息和IGBT故障信息。
[0036]显示单元，该显示单元包括显示屏、触摸屏、按键板和电源指示灯，该显示单元与采样ARM控制器双向通信连接。
[0037]参见图2，为本发明的一种并联有源滤波装置的内部信号控制原理图。FPGA控制器经电压采样单元采集的电网三相电压经三相锁相环处理，IGBT驱动单元采样的Udc经智能能PID处理合成。再与经FFT处理，谐波分离处理、IFFT处理和相位移位处理的负载电压合成，综合并入电网采样电流的反馈电流经延迟处理后，下发电流指令。FPGA控制器根据检测的电流信号形成与检测电流相反的电流指令，且将电流信号指令下达到IGBT驱动单元，驱动单元驱动IGBT开关形成一个与三相电网反相位的大小相等的补偿电流，并经并入电网接入单元并联到三相电网中。
[0038]本发明的一种并联有源滤波装置，以FPGA控制器和采样ARM控制器为核心芯片搭建的，通过FPGA控制器的强大处理能力并行语言运行特点，以及FFT和IFFT可以快速的分离电网的谐波以及快速响应速度，所有的运算单元采用并行运行，可以不受限制设定任意2到50次补偿次数以及同时实现无功和谐波同时补偿能力。本发明可以补偿系统电流中任意一次谐波以及谐波大小，以及混合补偿能力。通过后台设定任意一次谐波，可以检测系统对某次谐波是否和系统谐振。且FPGA控制器和采样ARM控制器的并联运行，实现无功补偿，谐波补偿，不平衡负载的补偿以及混合补偿。
[0039]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种并联有源滤波装置，其特征在于:包括 电流采样单元，电压采样单元的输入端与三相电网电性连接且采集三相电网的电流， 电压采样单元，电流采样单元的输入端与三相电网电性连接且采集三相电网的电压，采样ARM控制器，采样ARM控制器的电流信号输入端与电流采样单元的第一电流信号输出端电性连接，采样ARM控制器的电压信号输入端与电压采样单元的第一电压信号输出端电性连接，采样到ARM控制器 FPGA控制器，FPGA控制器的电流信号输入端与电流采样单元的第二电流输出端电性连接，FPGA控制器的电压输入端与电压采样单元的第二电压信号输出端电性连接，FPGA控制器用于检测三相电网的谐波信号、无功信号和不平衡信号，且FPGA控制器根据检测的电流信号形成与检测电流相反的电流指令，且将电流信号指令下达到IGBT驱动单元，驱动单元驱动IGBT开关形成一个与三相电网反相位的大小相等的补偿电流，并经并入电网接入单元并联到三相电网中； IGBT驱动单元，IGBT驱动单元的信号输入端与FPGA控制器的信号输出端电性连接，IGBT驱动单元的信号输出端分别与FPGA控制器和IGBT开关单元的信号输入端通信连接；IGBT开关单元，IGBT开关单元的信号输出端与并入电网接入单元的信号输入端电性连接， 并入电网接入单元，并入电网接入单元的信号输出端分别与并入电网采样电流、三相电网通信连接； 并入电网采样电流，其信号输出端分别与采样ARM控制器、FPGA控制器的信号输入端输出电性连接，并入电网采样电流输出电流信号到采样ARM控制器、FPGA控制器中，采样ARM控制器根据输出电流信号参与电流显示，发送到FPGA控制器中的信号根据指令电流信号与输出电流信号比较，执行锁相计算并根据计算结果对FPGA控制器输出的PWM脉冲信号进行调节，使输出的电流信号具有正确的相位， 系统状态采集单元，将采样的系统状态信号传送到FPGA控制器中，FPGA图像控制器根据系统状态做相应的动作， 显示单元，该显示单元包括显示屏、触摸屏、按键板和电源指示灯，该显示单元与采样ARM控制器双向通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种并联有源滤波装置，其特征在于:该电流采样单元包括电流互感器、仪表运放器及其组成的谐波电路，该电流采样单元采集三相电网的电流信号，电流信号经仪表运放器处理后，形成的谐波电流信号输入FPGA控制器中。
3.根据权利要求1所述的一种并联有源滤波装置，其特征在于:该IGBT驱动单元包括差分电路和IGBT驱动芯片隔离变压器，差分电路的输入端与FPGA控制器的差分信号输出端电性连接，FPGA控制器根据指令电流产生的PWM信号，再返回IGBT驱动单元，PWM信号经过驱动芯片处理以及隔离变压器，把隔离的PWM信号送到IGBT开关单元中，驱动并入电网接入单元。
4.根据权利要求1所述的一种并联有源滤波装置，其特征在于:该并入电网接入单元，包括低通滤波器、电抗器和接触器，低通滤波器滤去IGBT产生的高频成分，低通滤波器与输出电抗相连，并经电抗器输出到电网中；该接触器并联电抗器接入三相电网回路中，所述该接触器的控制端通过FPGA信号输出控制接触器分合。
5.根据权利要求1所述的一种并联有源滤波装置，其特征在于:该系统状态采集单元包括IGBT温度传感器及其外围电路，用于采集系统过流过压信息和IGBT故障信息。
【文档编号】H02J3/18GK104466967SQ201410820138
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】李瑜, 薛忠明 申请人:安徽天沃电气技术有限公司