专利名称：一种配电网新型电能质量控制装置及方法
技术领域：
本发明属于电力技术领域，涉及一种配电网新型电能质量控制装置及方法。
背景技术：
随着全球高新技术的发展，电子技术得到了更为广泛的应用。大功率变流、变频设备在工业系统特别是在电力系统中得到了广泛的应用，还有我们日常应用的电视机、变频空调等。这些高科技设备带给我们方便的同时也产生大量的高次谐波，如3次、5次、7次等，这些谐波含量超过一定值时会严重影响电子设备的正常工作，严重的会损坏电子设备。多数非线性的电力电子设备运行时基波电流滞后于电网电压，消耗大量的无功并产生大量谐波电流。大量的无功电流导致供电电压的波动和闪变、供电电压的波形畸变、功率因数恶化，电能质量降低，对电网运行带来很大的危害。因此必须治理电网中的谐波，改善供电质量。传统的补偿装置中，无功功率的补偿、负序电流的抑制、谐波电流的抑制是分别地、孤立地进行的，没有按统 一的数学模型全方位地进行治理。理论上欠完备，实践中常出现顾此失彼的情况，甚至相互之间带来不利的影响。由于分别用不同装置独立地进行补偿，难以达到完全补偿的目的。安装维护工作量大，性价比低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种配电网新型电能质量控制装置，从全新的综合治理理论出发，集所有电网污染源包括谐波、负序、零序、无功等各项治理于一身，用同一装置、同一原理对所有“污染”同时进行治理，增强电网无功电压调节能力，提高电压稳定裕度，降低网损，减少电压波动和闪变，改善电能质量、提高电力系统安全、经济运行水平，同时降低“污染”治理的成本。其技术方案为:一种配电网新型电能质量控制装置，该装置包括谐波电流检测单元、电流电压控制单元、驱动单元、逆变桥、保护单元、连接电抗、输出滤波单元，谐波电流检测单元与非线性负载连接，并依次与电流电压控制单元、驱动单元、逆变桥、连接电抗相串联连接，逆变桥输出端与输出滤波单元连接后与电网公共连接点相连接。逆变桥连接有保护单元；电流电压控制单元及谐波电流检测单元采用DSP信号处理器。所述谐波电流检测单元根据PT检测的电压信号和CT检测的电流信号计算出非线性负荷电流中的谐波或无功电流；所述电流电压控制单元根据谐波或无功电流信号，及直流电压信号通过核心算法得到控制信号；所述驱动单元将控制信号变成驱动信号进而驱动逆变电路；所述逆变桥为核心电路，谐波或无功电流发生部分；所述保护单元:在异常情况下保护装置的安全；所述连接电抗:用于和电力系统的连接；
所述输出滤波单元:滤除开关频率谐波。一种配电网新型电能质量控制方法，包含以下步骤:将程序从FLASH拷贝至内存运行，对系统时钟等寄存器设定、GPIO管脚设定、中断设定、计算参数、初始化AD/PWM/串口等寄存器设定及闭锁脉冲进行初始化，执行后进入主循环；当Flag_FFT有效时进行FFT计算，当Flag_FFT无效时，直接串口接收数据并进行通讯报文帧检查及通讯报文处理，如直接串口未接收数据，直接判断Flag_WRITE_EVENT，允许时将对开入端口数据、保护状态锁定、光纤返回状态锁存进行读取，并将状态写入EEPROM存储，返回开始状态进行下一次循环，否则直接进入开始状态进行下一次循环；当出现光纤返回异常中断时将执行闭锁脉冲、flag_WRITE_EVENT置为有效，同时修改状态寄存器event, status, bit.XIN_FAULT并清除中断寄存器，允许下次中断；当出现硬件故障保护中断时将执行闭锁脉冲，flag_WRITE_EVENT置为有效，同时修改状态寄存器event, status, bit.PR0T_FAULT并清除中断寄存器，允许下次中断；当出现开入端口状态改变中断时将读取开入端口数据，如果KM位数据为O时将并网状态置为1，清除中断寄存器，允许下次中断，否则并网状态置O;当出现AD中断时将读取AD转换完成后的数据存入FFT计算，执行滤波、根据配线的设置，将处理后的数据赋值给相应的变量、Clarke变换(3/2变换)，从而获得当前的角度并进行误差调整及修正后的三相电压，当进入测试模式后，利用修正后的三相电压得到PWM数据，通过清除窄脉冲将数据写入PWM的比较寄存器，计算出平均值及均方根值，清除中断标志，响应下一次中断；如果未进入测试模式将经过PI控制，由Udc和Udc_ref得到d_ref,通过Park变换，由Qref得到q_ref,再经过Park反变换及Clarke反变换得到三相参考电流,引入所要补偿的谐波电流并根据实际电流、谐波电流与参考电流得到三相参考电压，其与直流电压调制生成PWM数据，通过清除窄脉冲将数据写入PWM的比较寄存器，计算出平均值及均方根值，清除中断标志，响应下一次中断。与现有技术相比，本发明的有益效果:谐波滤除率高:能够有效滤除负荷产生的2 50次所有滤波，谐波滤除率在97%以上。既可滤除特征谐波，也可滤除非特征谐波；
能够实时跟踪电网的谐波变化，自动滤除谐波、补偿无功功率，具有高度可控性和快速响应性，补偿性能不受电网频率、电压波动的影响。滤波与无功补偿效果不受电网阻抗影响；自动抑制过载，且无共振危险；可同时补偿谐波与无功；采用DSP高速数字中央处理器，具备标准通讯接口，RS485接口，标准MODBUS通讯协议,可以对电力系统的网络管理实施快速灵活的调节,使电网潮流可控,大幅度提高电力系统的安全性和灵活性，方便用户进行远程自动化管理；复合控制算法，该装置使用基于现代瞬时无功检测技术的复合控制算法(控制模型)；选用性能 良的IGBT器件；保护完整，运行安全可靠:具有系统过压保护、欠压保护；输出过流保护；过热保护；控制电压欠压保护；输出过流保护；过热保护；控制电压欠压保护等；扩展方便:最大10台扩展并联运行；经过HFT特种变压器可用于3-lOKv高压系统，扩大了产品应用范围。
图1是装置原理图；图2是初始化流程；图3是主循环；图4是光纤返回异常中断；图5是硬件故障保护中断；图6是开入端口状态改变中断；图7是AD中断。
具体实施例方式下面结合附图具体实施例来详细描述本发明的技术方案。参照图1，一种配电网新型电能质量控制装置，该装置包括谐波电流检测单元、电流电压控制单元、驱动单元、逆变桥、保护单元、连接电抗、输出滤波单元，谐波电流检测单元与非线性负载连接，并依次与电流电压控制单元、驱动单元、逆变桥、连接电抗相串联连接，逆变桥输出端与输出滤波单元连接后与电网公共连接点相连接。逆变桥连接有保护单元；电流电压控制单元及谐波电流检测单元采用DSP信号处理器。其中，谐波电流检测单元1:根据PT检测的电压信号和CT检测的电流信号计算出非线性负荷电流中的谐波或无功电流；电流电压控制单元2:根据谐波或无功电流信号，及`直流电压信号通过核心算法得到控制信号；驱动单元3:将控制信号变成驱动信号进而驱动逆变电路；逆变桥4:装置的核心电路，谐波或无功电流发生部分；保护单元5:在异常情况下保护装置的安全，采用快速硬件保护和高速数字信号处理DSP的软件保护相结合的方式，实现双重保护机制；连接电抗6:用于本发明装置和电力系统的连接；输出滤波单元7:滤除开关频率谐波，提高本发明装置的性能。该装置采用高速DSP信号处理器数字信号处理技术，连接于电网系统中，可等效为一个受控电流源，通过谐波电流检测电路实时检测非线性负载产生的谐波电流和无功功率，送入电流电压控制电路经DSP高速数字信号处理器对信号进行处理，并以脉宽调制(PWM)形式向驱动电路送出驱动信号，驱动IGBT功率模块，快速产生与谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流并注入电网系统，从而将电源侧电流补偿为正常电流，达到滤除谐波，无功功率补偿、稳定电压及提高功率因数的目的。如图2-图7所示，一种配电网新型电能质量控制方法，包含以下步骤:将程序从FLASH拷贝至内存运行，对系统时钟等寄存器设定、GPIO管脚设定、中断设定、计算参数、初始化AD/PWM/串口等寄存器设定及闭锁脉冲进行初始化，执行后进入主循环；当Flag_FFT有效时进行FFT计算，当Flag_FFT无效时，直接串口接收数据并进行通讯报文帧检查及通讯报文处理，如直接串口未接收数据，直接判断Flag_WRITE_EVENT，允许时将对开入端口数据、保护状态锁定、光纤返回状态锁存进行读取，并将状态写入EEPROM存储，返回开始状态进行下一次循环，否则直接进入开始状态进行下一次循环；当出现光纤返回异常中断时将执行闭锁脉冲、flag_WRITE_EVENT置为有效，同时修改状态寄存器event, status, bit.XIN_FAULT并清除中断寄存器，允许下次中断；当出现硬件故障保护中断时将执行闭锁脉冲，flag_WRITE_EVENT置为有效，同时修改状态寄存器event, status, bit.PROT_FAULT并清除中断寄存器，允许下次中断；当出现开入端口状态改变中断时将读取开入端口数据，如果KM位数据为O时将并网状态置为1，清除中断寄存器，允许下次中断，否则并网状态置O ;当出现AD中断时将读取AD转换完成后的数据存入FFT计算，执行滤波、根据配线的设置，将处理后的数据赋值给相应的变量、Clarke变换(3/2变换)，从而获得当前的角度并进行误差调整及修正后的三相电压，当进入测试模式后，利用修正后的三相电压得到PWM数据，通过清除窄脉冲将数据写入PWM的比较寄存器，计算出平均值及均方根值，清除中断标志，响应下一次中断；如果未进入测试模式将经过PI控制，由Udc和Udc_ref得到d_ref,通过Park变换，由Qref得到q_ref,再经过Park反变换及Clarke反变换得到三相参考电流,弓丨入所要补偿的谐波电流并根据实际电流、谐波电流与参考电流得到三相参考电压，其与直流电压调制生成PWM数据，通过清除窄脉冲将数据写入PWM的比较寄存器，计算出平均值及均方根值，清除中断标志，响应下一次中断。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发 明的保护范围内。
权利要求
1.一种配电网新型电能质量控制装置，其特征在于，包括谐波电流检测单元、电流电压控制单元、驱动单元、逆变桥、保护单元、连接电抗、输出滤波单元，谐波电流检测单元与非线性负载连接，并依次与电流电压控制单元、驱动单元、逆变桥、连接电抗相串联连接，逆变桥输出端与输出滤波单元连接后与电网公共连接点相连接，逆变桥连接有保护单元，电流电压控制单元及谐波电流检测单元采用DSP信号处理器: 所述谐波电流检测单元根据PT检测的电压信号和CT检测的电流信号计算出非线性负荷电流中的谐波或无功电流； 所述电流电压控制单元根据谐波或无功电流信号，及直流电压信号通过核心算法得到控制信号； 所述驱动单元将控制信号变成驱动信号进而驱动逆变电路； 所述逆变桥为核心电路，谐波或无功电流发生部分； 所述保护单元:在异常情况下保护装置的安全； 所述连接电抗:用于和电力系统的连接； 所述输出滤波单元:滤除开关频率谐波。
2.一种配电网新型电能质量控制方法，其特征在于，包含以下步骤:将程序从FLASH拷贝至内存运行，对系统时钟等寄存器设定、GPIO管脚设定、中断设定、计算参数、初始化AD/PWM/串口等寄存器设定及闭锁脉冲进行初始化，执行后进入主循环；当Flag_FFT有效时进行FFT计算，当Flag_FFT无效时，直接串口接收数据并进行通讯报文帧检查及通讯报文处理，如直接串口未接收数据，直接判断Flag_WRITE_EVENT，允许时将对开入端口数据、保护状态锁定、光纤返回状态锁存进行读取，并将状态写入EEPROM存储，返回开始状态进行下一次循环，否则直接进入开始状态进行下一次循环；当出现光纤返回异常中断时将执行闭锁脉冲、flag_WRITE_EVENT置为有效，同时修改状态寄存器event, status, bit.XIN_FAULT并清除中断寄存器，允许下次中断；当出现硬件故障保护中断时将执行闭锁脉冲，flaf_WRITE_EVENT置为有效，同时修改状态寄存器event, status, bit.PR0T_FAULT并清除中断寄存器，允许下次中断；当出现开入端口状态改变中断时将读取开入端口数据，如果KM位数据为O时将并网状态置为1，清除中断寄存器，允许下次中断，否则并网状态置O ;当出现AD中断时将读取AD转换完成后的数据存入FFT计算，执行滤波、根据配线的设置，将处理后的数据赋值给相应的变量、Clarke变换(3/2变换)，从而获得当前的角度并进行误差调整及修正后的三相电压，当进入测试模式后，利用修正后的三相电压得到PWM数据，通过清除窄脉冲将数据写入PWM的比较寄存器，计算出平均值及均方根值，清除中断标志，响应下一次中断；如果未进入测试模式将经过PI控制，由Udc和Udc_ref得到d_ref,通过Park变换，由Qref得到q_ref,再经过Park反变换及Clarke反变换得到三相参考电流,引入所要补偿的谐波电流并根据实际电流、谐波电流与参考电流得到三相参考电压，其与直流电压调制生成PWM数据，通过清除窄脉冲将数据写入PWM的比较寄存器，计算出平均值及均方根值，清除中断标志， 响应下一次中断。
全文摘要
本发明公开了一种配电网新型电能质量控制装置及方法，该装置包括谐波电流检测单元、电流电压控制单元、驱动单元和逆变桥相串联连接，逆变桥输出端与电网公共连接点相连接；所述的逆变桥输出端与高通滤波器连接后与电网公共连接点相连接；所述的逆变桥连接有保护单元；所述的电流电压控制单元及谐波电流检测单元采用DSP信号处理器。本发明同时提供一种配电网新型电能质量控制方法，能够改善电能质量、提高电力系统安全、经济运行水平。
文档编号G06Q50/06GK103236699SQ20131017811
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月15日 优先权日2013年5月15日
发明者柳杨, 李檀, 张三勇, 关微, 徐维东, 邓雯雯 申请人:辽宁立德电力工程设计有限公司