一种基于LADRC分频控制的SAPF系统的制作方法

文档序号:11593392阅读:223来源:国知局

(一)技术领域:

本发明属于电力系统谐波抑制和无功补偿技术领域,特别是一种基于ladrc(线性自抗扰控制—linearactivedisturbancerejectioncontrol)实现分频控制的sapf(并联有源电力滤波器—shuntactivepowerfilter)系统。

(二)

背景技术:

目前,谐波检测主要针对电网总谐波电流,即算出电网所含各次谐波电流总和。但是电力系统中的许多场合都需要检测出指定次谐波电流,如对应于高压输电环节或低压配电环节中常见故障的特定次谐波。在电网故障诊断或保护时,或是负荷波动剧烈,如果仍采用谐波全补偿模式,可能会导致导致装置容量不够,发生过热过流,严重时甚至会烧坏开关器件。因此,有必要对指定次谐波检测展开深入研究。

此外,通过对串联谐振注入式sapf系统的幅频特性分析可知,该系统传递函数的幅频特性在基波频率以上只有一个谐振点,其相频特性也以该谐振频率ω为分界点,相位由90°变为-90°。显然,在滤波装置需对ω两侧的谐波同时进行补偿的情况下,若采用单一控制策略而不考虑相位的影响将很难获得理想的滤波效果。对于不同种类的sapf,由于其结构和参数的不同将导致ω的差异,甚至相位变化的规律也可能各有差别,因此,为获得理想的滤波效果,必须综合考虑幅值和相位两个方面的因素,对谐振频率两侧的谐波进行分频控制。

(三)

技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种基于ladrc分频控制的sapf系统,它结构简单,采用理论和实际结合更好的串联谐振注入式并联有源电力滤波器,并且利用高性能的信号处理器和灵活的线性自抗扰控制技术以获得高精度的控制效果,大大提高了sapf的实时跟踪性能和可靠性,以较小的容量实现系良好的谐波抑制效果,以保证良好的电能质量。

本发明的技术方案:一种基于ladrc分频控制的sapf系统,其特征在于按信号传递方向来分析,它主要由采样调理电路单元、dsp控制系统、存储单元、igbt隔离驱动电路单元、保护电路单元和主电路单元构成;其中,所述采样调理电路单元的输入端采集电网电压信号、电流信号和主电路输出信号,其输出端通过dsp控制系统与igbt隔离驱动电路单元的输入端连接;所述主电路单元的输入端与igbt隔离驱动电路单元的输出端连接,其输出端分别与dsp控制系统的输入端、保护电路单元的输入端以及电网连接;所述保护电路单元的输出端与dsp控制系统的输入端连接。

所述采样调理电路单元的输入端采集电网电压、电流信号,它由电压采样调理电路和电流采样调理电路构成;其中,所述电压采样调理电路通过电压互感器采集电网电压信号;所述电流采样调理电路通过霍尔电流互感器实时地获取非线性负载电流和sapf发出的实际补偿电流信号,其输出端与dsp控制单元的输入端连接。

所述dsp控制系统由dsp控制芯片构成;所述dsp控制芯片内置a/d采样模块、谐波检测模块及ladrc分频控制模块、pwm输出模块;所述a/d采样模块的输入端接收由采样调理电路发出的电 压电流信号,其输出端与谐波检测模块及ladrc分频控制模块的输入端连接;所述pwm输出模块的输入端连接谐波检测模块及ladrc分频控制模块的输出端,其输出端输出驱动信号给igbt隔离驱动电路单元。

所述保护电路单元由整流模块和报警模块构成;其中所述运放模块输出端输出电流采样信号,发送到报警模块的输入端;所述报警模块的输出端与dsp控制单元的输入端连接;主要是防止输出电流可能过大。

所述igbt隔离驱动电路单元,其由两个输入电阻、m579芯片、两组三极管组成的推挽电路以及稳压二极管构成,其连接为常规连接。

所述主电路单元是开关器件为igbt的三相桥式电路,所述主电路单元的输入端采集直流侧母线电压以及igbt隔离驱动电路单元的驱动信号,其输出端分别与dsp控制单元和保护电路单元的输入端连接。

本发明的工作原理:首先系统将线路中的大电压、大电流信号经过电压互感器(pt)和电流互感器(ct)后变换为模拟电路能处理的小电平信号。然后信号经过抗混叠低通滤波器以滤掉周期信号中50次谐波以上的高频成份,从而防止信号的频谱发生混叠及高频干扰。接着信号通过采样保持电路以保证对电压及电流信号的同时采样。经过信号调理后,由高速的16位ad转换器和对各相电流、电压进行高速实时采集,此时系统会通过倍频锁相电路使采样频率和信号频率同步,随信号频率变化而变化,输出的同步信号经倍频后去控制对3路电流 信号整周波的采样。由于输入的信号为三相电信号,所以在一周波采样时频率只需计算一次,可用软件设计的数字频率计来计量。当一个周波采集完,锁相倍频电路向dsp申请中断,dsp接受中断后读出数字频率计中的计数值。随后计算各路电压电流的幅值、有效值,并进行基于广义瞬时无功功率理论的谐波电流分频算法运算。这些计算所得数据可通过高速hpi通信接口传入上位机(mcu),通过dsp的hpi接口,上位机可以高速访问dsp的整个存储空间,以完成对dsp数据的统计、分析、存储处理和显示部分的人机交互以及完成与上位机软件的通信。

本发明优越性在于:采用先进的线性自抗扰控制技术,对谐波进行分频控制,大大减小了sapf系统容量,提高了系统的可靠性,具有广阔的市场应用前景和工程应用价值。

(四)附图说明:

图1为本发明所涉一种基于ladrc分频控制的sapf系统的整体结构框图。

图2为本发明所涉一种基于ladrc分频控制的sapf系统中电流采样调理电路的电路原理示意图。

图3为本发明所涉一种基于ladrc分频控制的sapf系统中dsp控制单元的原理结构框图。

图4为本发明所涉一种基于ladrc分频控制的sapf系统中保护电路单元的结构示意图。

图5为本发明所涉一种基于ladrc分频控制的sapf系统中ladrc分频控制算法单元原理框图。

图6为本发明所涉一种基于ladrc分频控制的sapf系统中ladrc基本原理框图。

(五)具体实施方式:

实施例:一种基于ladrc分频控制的sapf系统(见图1),其特征在于按信号传递方向来分析,它主要由采样调理电路单元、dsp控制系统、存储单元、igbt隔离驱动电路单元、保护电路单元和主电路单元构成;其中,所述采样调理电路单元的输入端采集电网电压信号、电流信号和主电路输出信号,其输出端通过dsp控制系统与igbt隔离驱动电路单元的输入端连接;所述主电路单元的输入端与igbt隔离驱动电路单元的输出端连接,其输出端分别与dsp控制系统的输入端、保护电路单元的输入端以及电网连接;所述保护电路单元的输出端与dsp控制系统的输入端连接。

所述采样调理电路单元(见图2)的输入端采集电网电压、电流信号,它由电压采样调理电路和电流采样调理电路构成;其中,所述电压采样调理电路通过电压互感器采集电网电压信号;所述电流采样调理电路通过霍尔电流互感器实时地获取非线性负载电流和sapf发出的实际补偿电流信号,其输出端与dsp控制单元的输入端连接。

所述dsp控制系统(见图3)由dsp控制芯片构成;所述dsp控制芯片内置a/d采样模块、谐波检测模块及ladrc分频控制模块、pwm输出模块;所述a/d采样模块的输入端接收由采样调理电路发出的电压电流信号,其输出端与谐波检测模块及ladrc分频控制模块的输入端连接;所述pwm输出模块的输入端连接谐波检测模块及ladrc分频控制模块的输出端,其输出端输出驱动信号给igbt隔 离驱动电路单元。

所述保护电路单元(见图4)由放构成的整流模块和报警模块构成;其中所述运放模块输出端输出电流采样信号,发送到报警模块的输入端;所述报警模块的输出端与dsp控制单元的输入端连接;主要是防止输出电流可能过大。

所述igbt隔离驱动电路单元,其由两个输入电阻、m579芯片、两组三极管组成的推挽电路以及稳压二极管构成,其连接为常规连接。

所述主电路单元是开关器件为igbt的三相桥式电路,所述主电路单元的输入端采集直流侧母线电压以及igbt隔离驱动电路单元的驱动信号,其输出端分别与dsp控制单元和保护电路单元的输入端连接。

(1)电流检测信号调理电路单元如图2。由电流传感器送来的三相电流信号经过电阻r1采样后转化为电压信号,然后经过由a2、a3等组成的电压偏移电路将双极性信号转化为单极性信号。dsp内部的a/d可同时对两个通道进行a/d转换,故三路电流信号需两次a/d才能完成,为了保持非线性负载电流在采样时间上的一致性,需将非线性负载电流送入外部多路同步采样保持电路。

(2)主控单元设计:谐波实时分频检测装置主控单元原理框图如图3所示。dsp采用高性能浮点dsp芯片tms320c6711,其工作频率高达250mhz,具备32位hpi(hostportinterface)接口,dsp完成检测运算。采集数字电压信号x(t),采集频率为2500hz,由于dsp具有很强的数字处理计算能力,经过dsp对输入的信号进行运算处理。

(3)基于ladrc分频控制的补偿电流跟踪策略:其控制框图如图 5所示,向dsp中编写本发明核心的基于ladrc分频控制算法,将算法流程转化成编程语言存入所述的存储单元闪存芯片。采集电流信号信号为ia,ib,ic,iaa,ibb,icc送入dsp数据处理芯片,根据基于已描述的ladrc分频控制策略,分别得到输出电流控制信号ika,ikb,ikc,进入d/a模数转换单元后,进入门极驱动脉冲单元分别生成脉冲电位,由驱动电路控制主电路,生成补偿谐波的电流,达到消减电网谐波的目的。

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