专利名称：用于电力系统的中线有源谐波消除装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种有源谐波消除装置，尤其是涉及ー种用于电カ系统的中线有源谐波消除装置。
背景技术：
随着现代エ业的发展和人民生活水平的提高，对电能质量的要求也越来越高。因此不断提高供电质量成为电カ部门的当务之急。谐波含量是衡量电カ系统经济运行的重要指标。现代エ业系统中，诸如炼钢电弧炉、电气化鉄道、可逆式大型轧钢机等均属于动态变化的非线性负荷。这类负荷的特点是有功与无功功率随时间作快速变化，导致供电电压 的波动和闪变、供电电压的波形畸变、功率因数恶化以及不平衡负荷引起三相供电电压的 上得到累加，最終形成线路绝缘老化，大大的提高了火灾的隐患。目前行业中普遍采用的消除谐波的方法是在系统侧并联安装电カ有源滤波器，这种方法虽然能够有效的抑制中线谐波电流，但同时也滤除了各相线的谐波电流。目前有源滤波器的造价较高，对于ー些只关心中线电流和操作空间有限的现场来说传统的有源电カ滤波器不能满足工程应用上的需求。
实用新型内容本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供ー种专门针对中线、滤波效果好、安装方便的用于电カ系统的中线有源谐波消除装置。本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现—种用于电カ系统的中线有源谐波消除装置，其特征在于，该装置包括主电路和控制电路，所述的主电路与控制电路相连，主电路的两端分别连接负荷的中线回路和电カ系统的中线回路，控制电路通过采样得到中线中的谐波阻抗，并控制主电路使主电路中的LC滤波通路的阻抗与中线谐波阻抗相匹配，消除中线的谐波含量。所述的主电路包括输入端子、输出端子、IGBT控制开关、LC滤波通路、电流互感器、电压互感器和保护通路，所述的输入端子的输入端连接负荷的中线回路，输出端通过电流互感器连接IGBT控制开关，所述的IGBT控制开关连接LC滤波通路，所述的LC滤波通路通过输出端子连接电カ系统的中线回路，所述的电压互感器一端接在IGBT控制开关的集电极上，另一端与LC滤波通路连接，所述的保护通路两端分别连接输入端子和输出端子。所述的保护通路中设有双向可控硅触发开关。所述的LC滤波通路中的电抗器为铁硅铝材质的高频电抗器，电容为高频薄膜电容。所述的控制电路包括米样回路、控制回路、IGBT驱动电路和保护驱动电路，所述的采样回路的输入端分别与电压互感器、电流互感器连接，采样回路的输出端与控制回路连接，所述的控制回路分别连接IGBT驱动电路和保护驱动电路，所述的IGBT驱动电路与IGBT控制开关连接，所述的保护驱动电路与保护通路连接。所述的采样回路包括数模转换芯片和差分输入运算放大器，采样回路的采样信号包括中线电流输入信号、中线电流输出信号和LC滤波通路两端电压信号，采样信号通过采样回路中的模转换芯片和差分输入运算放大器转换为控制信号后输出给控制回路。所述的控制回路包括基于DSP芯片的运算电路，所述的控制回路接收采样回路输出的控制信号，通过运算电路提取出中线中的谐波含量，并结合运算电路中的开关信号调制机制发生触发信号触发所述IGBT驱动电路和保护驱动电路。所述的运算电路采用的算法为针对中线谐波电流的瞬时电流分解算法。与现有技术相比，本实用新型具有以下优势I)高精度的数据转换本实用新型采用16位4通道高速A/D转换器芯片和误差仅 为千分之几的差分输入运算放大器。数据采集通过运算放大器，再传输到高精度的A/D转换芯片，并由算法及控制芯片最终通过算法算出精确的数据；2)专门针对中线的谐波滤除效果单线进入，单线输出，接线简单，IGBT开关器件少；3)拥有数据存储功能本实用新型内部配有数据存储芯片，可存储设备在工作过程中的各种状态数据，保护信息，谐波超标信息，中线过流状态；4)多种工作参数可设本实用新型提供了种类繁多的参数，可供用户针对不同的现场进行相应的设置，大大增加了装置使用的灵活性；5)核心芯片的功能强大本实用新型采用最现代的微处理器和和数字信号处理技术，DSP芯片的数据处理功能强大，能迅速的对所采样的数据进行计算和分析，并且能同时处理大批量数据；6)更新进、更有效的算法本实用新型采用新型的专门针对中线谐波电流的瞬时电流分析算法，能够快速准确的提取中线中的各种谐波含量，达到准确的谐波分析的效果;7)安装方便本装置采用的是单点串入式安装结构因此装置接线数量少，整体体积轻；8)滤波效果好串联型的中线滤波装置相当于在中线上加装了一个可靠地滤波阀门，将所有的谐波含量堵截在LC滤波回路中阻止谐波回灌系统。
图I为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型的控制策略工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。实施例一种ACT-N-Sine用于电力系统的中线有源谐波消除装置，包括主电路和控制电路，所述的主电路与控制电路相连，主电路的两端分别连接负荷的中线回路和电力系统的中线回路。控制电路中采用专门的3N次谐波提取采样模块，由于谐波的特性决定了流入中线的谐波含量必定为3N次谐波，为了提高谐波分析的速度与精度，3N次谐波提取采样模块通过ー套高精度的模拟信号调制电路实时快速的从中线电流信号内提取3N次谐波电流含量，将其数字化后通过分析运算得到中线谐波的阻抗；控制电路调节LC滤波通路的阻抗并使其与中线的谐波阻抗匹配，最终让谐波电流在LC滤波通路内形成环流达到滤波的效果。如图I所示，该装置主电路的结构包括输入端子I、输出端子2、IGBT控制开关ーIGBTl和IGBT2、LC滤波通路和保护通路。输入端子I的输入端连接负荷的中线回路，输出端通过电流互感器CT连接IGBT控制开关；IGBT控制开关连接LC滤波通路；LC滤波通路通过输出端子2连接系统的中线回路，LC滤波通路通的两端连接有电压互感器PT，LC滤波通路中的电抗器L为铁硅铝材质的高频电抗器，铁硅铝高频电抗器具有工作稳定、温升低、无涡流损耗的特点，电容C为高频薄膜电容；保护通路两端并联在输入端子I和输出端子2上，保护通路的内部结构为一个双向可控硅触发开关SCR。该装置控制电路的结构包括采样回路3、控制回路4、IGBT驱动电路5和保护驱动 电路6。采样回路3的输入端分别与电压互感器PT、电流互感器CT连接，采样回路3的输出端与控制回路4连接，控制回路4分别连接IGBT驱动电路5和保护驱动电路6，IGBT驱动电路5通过LC滤波通路与IGBT控制开关连接，保护驱动电路6与保护通路连接。采样回路3包括数模转换芯片和高精度的差分输入运算放大器，该回路具有采样精度高，动态范围大，工作稳定性强等优点；采样回路3的采样信号包括中线电流输入信号、中线电流输出信号和LC滤波通路两端电压信号，采样信号通过采样回路中的模转换芯片和差分输入运算放大器转换为控制信号后输出给控制回路4。控制回路4包括基于DSP芯片的运算电路和外围控制逻辑，控制回路4接收采样回路3输出的控制信号，通过运算电路提取出中线中的谐波含量，并结合运算电路中的开关信号调制机制发生触发信号触发IGBT驱动电路5和保护驱动电路6 ;本实施例DSP芯片采用的是美国TI公司的TMS320F28335系列高速浮点数字信号处理器，其中的外围控制逻辑由通用的数字门电路组成，基于TMS320F28335的強大运算功能，本实用新型的控制回路具有运算速度快工作精度高反应快速等优点；运算电路采用的算法为针对中线谐波电流的瞬时电流分解算法。IGBT驱动电路5采用的是CONCEPT公司的专用IGBT驱动电路，由隔离电源，驱动模块，和驱动保护三部分组成，该驱动电路工作稳定，可靠性強，能有效地保护IGBT控制开关。保护驱动电路6由额外的一路电压采样、一路电流采样，配合IO开关量的输出信号共同组成，保护回路独立于其他回路，在出现过压的情况时用于直接导通回路中线让负载正常运行。由产品的结构可以得知，首先我们要将负载接入系统的中线断开JfACT-N-Sine用于电カ系统的中线有源谐波消除装置直接串联接入断开的两个节点，装置内部的输入端子与负载侧中线的输出节点相连；装置内部的输出端子与电カ系统的中线节点相连；装置还需要一路220V的控制电源接入；只要完成上述简单的接线工作设备便能正常投入工作。上述ACT-N-Sine用于电カ系统的中线有源谐波消除装置工作流程如图2所示，具体包括以下步骤[0037]在步骤101中，设备上电；在步骤102中，上电后，装置中的IGBT I、IGBT 2以及SCR同步投入，这时装置内部的LC滤波通路并没有真正的投入运行，负载的工作回路是通过保护通路和电力系统进行能量交换；在步骤103中，等到系统稳定后设备根据用户设定的工作参数实时通过电流互感器CT采集中线电流，并分析中线中的谐波含量；在步骤104中，实时检测并判断电压互感器PT采集到的LC滤波通路两端的电压信号是否超过保护设定值，若是，则执行步骤105，若否，则执行步骤106 ；在步骤105中，控制回路控制保护驱动电路打开SCR触发信号，装置进入保护状态；在步骤106中，控制回路控制保护驱动电路关闭SCR触发信号在20ms后保护通路 退出系统，负载通过LC滤波回路与系统交换能量，控制回路根据步骤103得到的分析结果及用户设定的装置工作模式将调制信号发送至IGBT驱动电路，IGBT驱动电路通过调制开关IGBTl和IGBT2的频率和占空比得到LC滤波通路不同的阻抗并将满足谐振点的高次谐波全部控制在LC通路的内部并形成振荡回路达到滤波的效果，返回步骤103。ACT-N-Sine用于电力系统的中线有源谐波消除装置在滤波工作的过程中实时检测LC滤波通路的两端电压，当端电压超过保护限定值后控制回路迅速启动保护可控硅的触发信号将保护短路通入再次接入中线回路中，此时负载再次直接与系统交换能量，LC滤波通路退出滤波。该保护的目的是当滤波出现异常时设备能正常工作。但在实际应用的工程中有些谐波是不允许流入电力系统的，在这样的现场ACT-N-Sine用于电力系统的中线有源谐波消除装置也可被设定为谐波超标速断装置。当LC滤波通路保护退出工作后，整个中线被截断负载直接断电退出工作。本实用新型的应用灵活多变，它可以作为中线谐波滤除装置使用，亦可作为智能谐波超标速断装置使用，同时可以实现远程数据采集和信息汇总。工业标准的RS-485通讯接口和Modbus通讯协议,使得组网轻松便捷。本实用新型作为一种先进的智能能谐波消除装置，可以应用于各种配电系统，专门用于消除中线的谐波电流，或用于中线的谐波电流保护。相较与传统的产品，本实用新型的成本控制更合理，造价更便宜，产品的使用群体和适用面更广。本实用新型的使用将为绿色电网，净化能源做出贡献。
权利要求1.一种用于电力系统的中线有源谐波消除装置，其特征在于，该装置包括主电路和控制电路，所述的主电路与控制电路相连，主电路的两端分别连接负荷的中线回路和电力系统的中线回路。
2.根据权利要求I所述的一种用于电力系统的中线有源谐波消除装置，其特征在于，所述的主电路包括输入端子、输出端子、IGBT控制开关、LC滤波通路、电流互感器、电压互感器和保护通路，所述的输入端子的输入端连接负荷的中线回路，输出端通过电流互感器连接IGBT控制开关，所述的IGBT控制开关连接LC滤波通路，所述的LC滤波通路通过输出端子连接电力系统的中线回路，所述的电压互感器一端接在IGBT控制开关的集电极上，另一端与LC滤波通路连接，所述的保护通路两端分别连接输入端子和输出端子。
3.根据权利要求2所述的一种用于电力系统的中线有源谐波消除装置，其特征在于，所述的保护通路中设有双向可控硅触发开关。
4.根据权利要求2所述的一种用于电力系统的中线有源谐波消除装置，其特征在于，所述的控制电路包括采样回路、控制回路、IGBT驱动电路和保护驱动电路，所述的采样回路的输入端分别与电压互感器、电流互感器连接，采样回路的输出端与控制回路连接，所述的控制回路分别连接IGBT驱动电路和保护驱动电路，所述的IGBT驱动电路与IGBT控制开关连接，所述的保护驱动电路与保护通路连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于电力系统的中线有源谐波消除装置，其特征在于，所述的采样回路包括数模转换芯片和差分输入运算放大器。
6.根据权利要求4所述的一种用于电力系统的中线有源谐波消除装置，其特征在于，所述的控制回路包括基于DSP芯片的运算电路，所述的控制回路接收采样回路输出的控制信号，通过运算电路提取出中线中的谐波含量，并结合运算电路中的开关信号调制机制发生触发信号触发所述IGBT驱动电路和保护驱动电路。
专利摘要本实用新型涉及一种用于电力系统的中线有源谐波消除装置，该装置包括主电路和控制电路，所述的主电路与控制电路相连，主电路的两端分别连接负荷的中线回路和电力系统的中线回路。与现有技术相比，本实用新型具有数据转换精度高、谐波消除效果好、安装方便等优点。
文档编号H02J3/01GK202524085SQ20122010416
公开日2012年11月7日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者舒观澜 申请人:上海利思电气有限公司