专利名称：带通讯智能的有源滤波电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种有源滤波电路，尤其是一种带通讯智能的有源滤波电路，属于电力系统有源滤波的技术领域。
背景技术：
电力电子技术的广泛应用，电能得到了更加充分的利用。但电力电子装置自身所具有的非线性也使得电网的电压和电流发生畸变，这些高度非线性设备数量和额定容量的日益增大使得电力系统谐波污染问题日益严重，已成为了影响电能质量的公害，对电力系统的安全、经济运行造成极大的影响；而另一方面供电方及其电力系统设备、用户及其用电器对电能质量的要求越来越高，这一矛盾使得人们对谐波污染问题越来越重视。每年由电能质量问题造成的年电能损失就高达400多亿元，冶金、铁路、矿山等企业的谐波严重超标，因谐波问题导致的开关跳闸、大面积停电等事故也屡见不鲜，因此对电力系统的谐波污染进行综合治理已成为一个具有重要现实意义的研究课题。而有源电力滤波器由于具有高度可控性和快速响应性，能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，因而受到广泛的重视，成为目前国内外供电系统谐波抑制研究的热点。在目前已有不少企业和研究单位专门对本技术进行研究，提出有源电力滤波的研究。但是，目前有源滤波还是存在信号失真，处理速度慢，对电网谐波的补偿有限，影响用户对电能质量的要求。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种带通讯智能的有源滤波电路，其信号失真小，控制精度搞，处理速度快，降低了谐波对电能质量影响，安全可靠。按照本实用新型提供的技术方案，所述带通讯智能的有源滤波电路，包括数据处理器及与数据处理器输入端相连的信号采集模块；所述信号采集模块分别采集电压互感器 TV输出的三相电源相电压信号与第二电流互感器输出的电流信号；信号采集模块通过信号调理模块及模数转换模块与数据处理器的输入端相连；所述数据处理器的输入端与同步检测模块相连，同步检测模块采集第一电流互感器输出的电流信号，同步检测模块的输出端与锁相同步模块相连，锁相同步模块通过模数转换模块与数据处理器的输入端相连；数据处理器的输出端与驱动模块相连，数据处理器通过驱动模块输出的PWM信号控制IGBT逆变器的导通状态；信号采集模块、信号调理模块、模数转换模块、同步检测模块、锁相同步模块、驱动模块及数据处理器的电源端与电源模块的电源输出端电连接。所述数据处理器的输出端通过液晶驱动模块与液晶显示模块相连。所述数据处理器的输出端与RS485通讯模块相连，RS485通讯模块通过防雷隔离模块与控制主机相连。所述数据处理器包括微处理器及与所述微处理器相连的逻辑处理模块。所述微处理器为DSP，逻辑处理模块为CPLD。所述数据处理器与第一 JTAG接口、第二 JTAG、第一复位模块及第二复位模块相连。所述数据处理器的输入端与按键模块相连。所述驱动模块的输出端与IGBT逆变器的驱动端相连，第一电容Cl与第二电容C2 串联后并联在IGBT逆变器的两端，第一电容Cl对应于与第二电容C2相连的端部分别与中线端N及电源模块相连；IGBT逆变器通过滤波电感器L与预充电接触器KM2的触点相连，预充电接触器KM2的触点两端并联有预充电电阻R，预充电接触器KM2通过交流接触器KMl、 断路器QF与三相电源相连；第二电流互感器检测流过滤波电感器L的电流信号。所述逻辑处理模块通过光电隔离模块与信号转换模块相连。所述逻辑处理模块的输入端与硬件保护模块相连。本实用新型的优点数据处理器通过同步检测模块及锁相同步模块输入的电网电压信号，计算得到电网电压频率和相位，能够实时跟踪电网谐波信号，采集信号失真小；并通过信号采集模块采集电网相电压、第二电流互感器检测的电流信号，通过驱动模块产生 PWM信号控制IGBT逆变器的导通状态，从而控制第一电容Cl、第二电容C2经IGBT逆变器产生补偿电流大小，能够对非线性负载产生的谐波进行补偿抵消，降低了谐波对电网电压质量影响；数据处理器由DSP及CPLD构成，处理速度快，能对谐波进行及时有效处理，控制精度高，安全可靠。
图1为本实用新型的使用状态图。图2为本实用新型的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。如图广图2所示本实用新型包括信号采集模块1、信号调理模块2、模数转换模块3、微处理器4、同步检测模块5、锁相同步模块6、按键模块7、电源模块8、液晶驱动模块 9、液晶显示模块10、第一 JTAG接口 11、RS485通讯模块12、防雷隔离模块13、控制主机14、 第一复位模块15、信号转换模块16、光电隔离模块17、逻辑处理模块18、驱动模块19、第二复位模块20、硬件保护模块21、第二 JTAG接口 22、数据处理器23、第一电流互感器M、非线性负载25、第二电流互感器沈及控制电路27。如图1所示三相电源采用三相四线制，即包括A相、B相、C相及中线端N;所述三相电源用于对非线性负载25提供工作电源，非线性负载25多为感性负载，由于非线性负载 25的存在会导致三相电源的电网电压产生谐波，从而影响电能质量。为了提高电能质量， 需要采用有源滤波技术。三相电源通过断路器QF与交流接触器KMl相连，断路器QF、交流接触器KMl及预充电接触器KM2控制三相电源与有源滤波电路间的连接。交流接触器KMl 通过预充电接触器KM2的触点与滤波电感器L相连，预充电接触器KM2的触点两端通过预充电电阻R相连。滤波电感器L的另一端与IGBTansulated Gate Bipolar Transistor) 逆变器相连，IGBT逆变器由绝缘栅双极型晶体管及续流二极管D相对应配合组成，第一电容Cl与第二电容C2串联后并联在IGBT逆变器的两端；第一电容Cl与IGBT逆变器中相应续流二极管D的阴极端相连，第二电容C2与IGBT逆变器中相应续流二极管D的阳极端相连。第一电容Cl对应于第二电容C2相连的端部与中线端N相连，并与控制电路27相连，为整个控制电路27提供工作电源。三相电源上设置电压互感器TV，电压互感器TV的两端与A相及中线端N相连，用于测量三相电源的相电压；当电网采用三相三线制结构时，电压互感器TV测量相应的线电压，通过线电压与线电压的关系变换后能得到相电压值。第一电流互感器M用于测量非线性负载25工作时产生的电流信号，第二电流互感器沈用于测量 IGBT逆变器处于逆变状态时，第一电容Cl与第二电容C2通过IGBT逆变器产生用于对谐波信号进行补偿的补偿电流信号大小。控制电路27根据电压互感器TV、第一电流互感器24 及第二电流互感器26检测信号，通过IGBT逆变器的导通状态，能够对非线性负载25工作时产生的谐波进行跟踪及补偿，根据感性负载与容性负载工作时产生谐波的特点，能有效消除谐波对电网电压质量的影响。如图2所示为控制电路27的结构框图。所述控制电路27包括数据处理器23，为协调内部逻辑，实现对I/O (输入/输出)接口的扩展，数据处理器23采用微处理器4与逻辑处理模块18间相对应配合。具体实施时，微处理器4采用型号为TMS320F2812的DSP(数字信号处理器)，逻辑处理模块18采用型号为EPM7256AE的CPLD (Complex Programmable Logic Device)。信号采集模块1用于采集电压互感器TV输出的三相电源相电压信号、第二电流互感器沈输出的电流信号，信号采集模块1的输出端通过信号调理模块2及模数转换模块3与微处理器4的输入端相连，信号调理模块2用于对信号采集模块1输入的电压与电流信号进行放大、滤波处理，模数转换模块3将放大、滤波处理后的信号转换为数字信号后输入到微处理器4内进行相应的处理。同步检测模块5通过锁相同步模块6、模数转换模块3与微处理器4的输入端相连，同步检测模块5采集第一电流互感器M检测电网的电流信号，通过对相应电流信号进行检测，通过微处理器4进行相应的处理计算后，输出电网电压的频率和相位，通过实时跟踪电网电压的频率和相位，能够对电网电压的谐波进行有效的补偿。同步检测主要功能是同步检测模块5对一过零电压进行比较，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微处理器4产生中断，以便计算电网频率和控制微处理器4的A/D转换；再通过利用方波信号的跳变触发微处理器4产生中断， 以便计算电网频率和控制微处理器4的A/D转换。电源模块8用于向整个控制模块27内的模块提供工作电源；当第一电容Cl与第二电容C2充电完成后，第一电容Cl与第二电容C2存储的能量就会向微处理器4、逻辑处理模块18、液晶显示模块10等模块提供工作电源。微处理器4的输入端与按键模块7相连，通过按键模块7能够选择相应的选项。微处理器4的输出端通过液晶驱动模块9与液晶显示模块10相连，液晶驱动模块9用于驱动液晶显示模块10显示相应的内容；液晶显示模块10采用LM320240B。微处理器4的输出端还与第一复位电路15相连，用于启动时，微处理器4能自动复位。微处理器4的输入端设置第一 JTAG (Joint Test Action Group)接口 11，通过第一 JTAG接口 11能够向微处理器4内写入相应的处理程序。为了让微处理器4与控制主机14相连，微处理器4上设置 RS485通讯模块12，所述RS485通讯模块12通过防雷隔离电路13与控制主机14相连；从而控制主机14能够通过RS485通讯模块12与微处理器4进行通讯。 微处理器4将信号采集模块1采集电压互感器TV的电压信号、第二电流互感器沈采集的电流信号进行相应的处理后，输出相应的驱动控制信号到逻辑处理模块18内。逻辑处理模块18将相应的模拟信号通过光电隔离电路17输入到信号转换模块16内，由信号转换模块16将相应的模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号通过光电隔离电路17后再输入到逻辑处理模块18内。逻辑处理模块18根据输入的数字信号通过驱动模块19输出相应的PWM驱动信号，驱动模块19输出的PWM驱动信号用于控制IGBT逆变器的导通状态，IGBT逆变器导通时，第一电容Cl与第二电容C2内储存的能量通过IGBT逆变器反馈到电网电压，从而能够对非线性负载25产生的谐波信号进行补偿，抵消相应的谐波，提高电网电压的质量。逻辑处理模块18的输入端还与硬件保护模块21相连，逻辑处理模块18上设置第二 JTAG接口 22，通过第二 JTAG接口 22可以向逻辑处理模块18写入相应的处理程序。逻辑处理模块18上还设有第二复位电路20，逻辑处理模块18启动时，第二复位电路 20能够使逻辑处理模块18复位。如图1和图2所示使用时，将控制电路27内驱动模块19的输入端与IGBT逆变器的驱动端相连。电压互感器TV连接在三相电源的A相与中线端N上，第一电流互感器M 测量非线性负载25工作时产生的电流。工作时，闭合断路器QF，并使交流接触器KMl的常开触点闭合，此时，电网电压通过预充电电阻R、滤波电感器L及IGBT逆变器中的续流二极管D向第一电容Cl、第二电容C2进行充电。随着对第一电容Cl、第二电容C2充电电量的不断积累，第一电容Cl、第二电容C2两端的电压不断升高；当第一电容Cl与第二电容C2两端的电压达到设定值时，第一电容Cl与第二电容C2向控制电路27提供工作所需的电压， 使控制电路27处于工作状态；即第一电容Cl与第二电容C2内储存的能量作为控制电路27 的电源输入。控制电路27启动工作后，输出相应信号，使预充电接触器KM2的线圈带电，预充电接触器KM2的触点闭合，预充电电阻R的两端短路，IGBT逆变器及控制电路27的电压升到额定电压，进入正常工作状态。当电路出现故障时，交流接触器KMl的触点断开，三相电源与控制电路、IGBT逆变器的电源隔离，达到工作的安全可靠。进入正常工作状态后，信号采集模块1采集电压互感器TV的相电压信号、第二电流互感器沈的电流信号，并输入到微处理器4内。同步检测模块5将第一电流互感器M输出的电流信号通过锁相同步模块6及模数转换模块3输入到微处理器4内，微处理器4计算出电网电压的频率及相应。微处理器4在计算过程中，根据电压互感器TV、第一电流互感器24及第二电流互感器沈输入的信号先计算出零序电流分量，将零序电流分量从各相电流中剔除后，利用三相三线制情况下的瞬时无功功率理论，及相关检测法进行检测，进而求出三相四线制系统中的谐波、负序、零序、无功在内的补偿电流指令信号；并通过计算出的补偿电流的指令信号和实际的补偿电流信号进行比较，两者的偏差的输入，并用微处理器4 内部的时钟定时器计时，每隔一个计时周期对偏差的比较结果进行判断，通过驱动模块19 产生PWM控制信号，所述PWM控制信号控制IGBT的通断，从而控制补偿电流的变化，实现补偿功能，达到谐波的改善。实际的补偿电流是由IGBT逆变器工作时，第一电容Cl与第二电容C2内储存的能量通过IGBT逆变器向电网电压输出补偿电流，补偿电流与非线性负载25工作时产生的谐波能相互补偿抵消，从而降低非线性负载25工作产生谐波对电网电压的影响；实际补偿电流的大小通过第二电流互感器沈检测得到。计算的补偿电流指令是微处理器4对信号采集模块1及同步检测模块5输入的信号处理运算后得到的补偿电流大小。通过对计算补偿电流的大小与实际补偿电流的大小相比较，逻辑处理模块18通过驱动模块19输出的PWM信号控制IGBT逆变器的导通状态，来调节实际补偿电流的大小，使控制电路27能够实时跟踪非线性负载25产生的谐波信号，三相电源的三相电流基本达到对称的正弦波，实现改善电能。
权利要求1.一种带通讯智能的有源滤波电路，包括数据处理器(23)及与数据处理器(23)输入端相连的信号采集模块(1);其特征是所述信号采集模块(1)分别采集电压互感器TV输出的三相电源相电压信号与第二电流互感器(26)输出的电流信号；信号采集模块(1)通过信号调理模块(2)及模数转换模块(3)与数据处理器(23)的输入端相连；所述数据处理器 (23)的输入端与同步检测模块(5)相连，同步检测模块(5)采集第一电流互感器(24)输出的电流信号，同步检测模块(5)的输出端与锁相同步模块(6)相连，锁相同步模块(6)通过模数转换模块(3)与数据处理器(23)的输入端相连；数据处理器(23)的输出端与驱动模块(19)相连，数据处理器(23)通过驱动模块(19)输出的PWM信号控制IGBT逆变器的导通状态；信号采集模块(1)、信号调理模块(2)、模数转换模块(3)、同步检测模块(5)、锁相同步模块(6)、驱动模块(19)及数据处理器(23)的电源端与电源模块(8)的电源输出端电连接。
2.根据权利要求1所述的带通讯智能的有源滤波电路，其特征是所述数据处理器 (23)的输出端通过液晶驱动模块(9)与液晶显示模块(10)相连。
3.根据权利要求1所述的带通讯智能的有源滤波电路，其特征是所述数据处理器 (23)的输出端与RS485通讯模块(12)相连，RS485通讯模块(12)通过防雷隔离模块(13) 与控制主机(14)相连。
4.根据权利要求1所述的带通讯智能的有源滤波电路，其特征是所述数据处理器 (23)包括微处理器(4)及与所述微处理器(4)相连的逻辑处理模块(18)。
5.根据权利要求5所述的带通讯智能的有源滤波电路，其特征是所述微处理器(4)为 DSP，逻辑处理模块(18)为CPLD。
6.根据权利要求1所述的带通讯智能的有源滤波电路，其特征是所述数据处理器 (23)与第一 JTAG接口(11)、第二 JTAG (22)、第一复位模块(15)及第二复位模块(20)相连。
7.根据权利要求1所述的带通讯智能的有源滤波电路，其特征是所述数据处理器 (23)的输入端与按键模块(7)相连。
8.根据权利要求1所述的带通讯智能的有源滤波电路，其特征是所述驱动模块(19) 的输出端与IGBT逆变器的驱动端相连，第一电容Cl与第二电容C2串联后并联在IGBT逆变器的两端，第一电容Cl对应于与第二电容C2相连的端部分别与中线端N及电源模块(8) 相连；IGBT逆变器通过滤波电感器L与预充电接触器KM2的触点相连，预充电接触器KM2的触点两端并联有预充电电阻R，预充电接触器KM2通过交流接触器KMl、断路器QF与三相电源相连；第二电流互感器检测流过滤波电感器L的电流信号。
9.根据权利要求5所述的带通讯智能的有源滤波电路，其特征是所述逻辑处理模块 (18)通过光电隔离模块(17)与信号转换模块(16)相连。
10.根据权利要求5所述的带通讯智能的有源滤波电路，其特征是所述逻辑处理模块 (18)的输入端与硬件保护模块(21)相连。
专利摘要本实用新型涉及一种带通讯智能的有源滤波电路，其包括数据处理器及信号采集模块；信号采集模块通过信号调理模块及模数转换模块与数据处理器的输入端相连；数据处理器的输入端与同步检测模块相连，同步检测模块的输出端与锁相同步模块相连，锁相同步模块通过模数转换模块与数据处理器的输入端相连；数据处理器的输出端与驱动模块相连，数据处理器通过驱动模块输出的PWM信号控制IGBT逆变器的导通状态；信号采集模块、信号调理模块、模数转换模块、同步检测模块、锁相同步模块、驱动模块及数据处理器的电源端与电源模块的电源输出端电连接。本实用新型信号失真小，控制精度高，处理速度快，降低了谐波对电能质量影响，安全可靠。
文档编号H02J3/01GK202004458SQ20112007135
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者徐龙坚 申请人:博耳(无锡)电力成套有限公司