专利名称：高电压系统有源谐波补偿设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种有源消除谐波装置，尤其是涉及ー种高电压系统有源谐波补偿设备。
背景技术：
电カ有源滤波器(Active Power Filter,缩写为APF)是治理电カ系统谐波、改善电能质量的有效措施。非线性负荷产生的谐波和无功电流对电网产生污染，将对电网系统、供电部门和电カ用户带来严重的危害。目前普遍采用的并联型无源滤波器存在着滤波效果差、对电网參数敏感、元件体积庞大，严重时导致串并联谐振事故等缺陷。与传统的无源滤波器(Passive Filter，缩写为PF)相比，电カ有源滤波器具有能补偿各次谐波、抑制闪变、 补偿无功，自动跟踪补偿变化的谐波等技术优势。随着电カ电子技术的快速发展，电カ电子器件的导通容量、开关频率等性能大大提高，PWM控制技术也日趋成熟，采用现代电カ电子技术、数字信号处理技术和先进控制理论的电カ有源滤波器技术对电网谐波进行动态实时补偿，可视为现在解决谐波污染问题的最有效和最具潜力的途径。目前，电カ有源滤波器已成为电カ电子技术领域中的研究热点，许多国家已将有源电カ滤波器作为改善电能质量的一项关键技术和措施，在我国也具有非常广阔的应用前景。电カ有源滤波器系统主要由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路(由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成)。指令电流运算电路的功能主要是从负载电流れ⑴中分离出谐波、无功电流iLq(t)和基波有功电流ilp(t)，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号ijt)=iLq(t)。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流ic，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路，产生补偿电流ijt)，is(t) = iL(t)-ic(t) = iLp(t)+ilq(t)-ic(t) = iLP(t)即电源电流is(t)中只含有基波的有功分量kp(t)，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理，电カ有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。电カ有源滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型APF(储能元件为电容)和电流型APF(储能元件为电感)。电压型APF在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。电压型APF的优点是损耗较少，效率高，是目前国内外绝大多数APF采用的方式。高压电カ有源滤波器区别于低压电カ有源滤波器的最关键之处在于如何实现补偿电流发生电路，由于电カ电子器件本身的耐压特性使得电カ有源滤波器在高压系统很难扩展应用。
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有效补偿谐波和无功功率、高效、稳定的高电压系统有源谐波补偿设备。本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现一种高电压系统有源谐波补偿设备，该设备并联接入高电压系统，其特征在于，所述的补偿设备包括主电路、控制电路和高压空心电抗器，所述的主电路包括H桥链路逆变単元，所述的控制电路包括依次连接的主控制单元和H桥链路逆变控制単元，所述的H桥链路逆变単元分别与主控制单元和H桥链路逆变控制单元连接，所述的H桥链路逆变单元通过高压空心电抗器与高电压系统连接；主控制单元采集高电压系统的信号，并接收H桥链路逆变控制単元反馈的直流信号，主控制单元对信号进行比较处理后，向H桥链路逆变单元发送控制指令，补偿高电压系统的谐波和无功功率。所述的H桥链路逆变单元包括输入端子、输出端子、IGBT逆变桥组和直流电容组，所述的IGBT逆变桥组和直流电容组并联，所述的IGBT逆变桥组上设有输入端子和输出端子。所述的H桥链路逆变单元设有多个，第一个H桥链路逆变单元的输入端子连接高压空心电抗器，最后ー个H桥链路逆变单元的输出端子连接高电压系统，中间的H桥链路逆变单元的输入端子连接与其相邻H桥链路逆变单元的输出端子。所述的每个H桥链路逆变单元与ー个H桥链路逆变控制単元相对应。所述的主控制单元包括多DSP芯片协同处理器、电压电流传感器、运算放大器和AD转换芯片，所述的电压电流传感器、运算放大器、AD转换芯片和多DSP芯片协同处理器依次连接；电压电流传感器采集高电压系统的电压电流信号，该信号通过运算放大器的跟随与调制传输至AD转换芯片，AD转换芯片将信号转换为数字信号并发送至多DSP芯片协同处理器，多DSP芯片协同处理器接收到AD转换芯片输出的信号及H桥链路逆变控制単元反馈的直流信号，通过通讯及控制总线向每ー个H桥链路逆变单元发送控制指令。所述的多DSP芯片协同处理器包括四个DSP芯片和第一 FPGA可编程逻辑电路，所述的四个DSP芯片和第一 FPGA可编程逻辑电路两两之间通过PCI总线进行数据交換。所述的H桥链路逆变控制単元包括DSP运算电路、第二 FPGA可编程逻辑电路、直流侧采样模块、直流侧取电DC/DC模块和高速AD转换电路，所述的直流侧采样模块、高速AD转换电路、DSP运算电路和第二 FPGA可编程逻辑电路依次连接；高速AD转换电路接收直流侧采样模块传输的直流信号，将其转换为数字信号后发送给DSP运算电路，DSP运算电路和第二 FPGA可编程逻辑电路对信号进行处理后，通过控制及同步信号总线发送至主控制单
J Li ο与现有技术相比，本实用新型具有以下优势I)高速高精度的数字处理电路本实用新型的主控制单元采用基于PIC总线的4DSP多核协同处理技术，每块DSP核的主频高达lGhz，4块DSP芯片通过PIC总线交换数据，FPGA的介入使得整个数据流的数据交换可靠稳定；2)低电压等级的H桥链路逆变单元H桥链路逆变单元的核心开关器件是1700V的IGBT模块，该型号的IGBT模块属于エ业系统中十分常用的开关器件，确保了 H桥链路逆变单元的简单实现，每个单独的H桥逆变单元都是完全相同的，模块化的H桥链路逆变单元为整个系统的稳定运行奠定了可靠的基础；3)稳定的エ业以太网现场总线技术エ业以太网是ー种基于网络协议的以太网エ业应用，配合光纤的使用使整个系统的实时性和同步性得到了最好的优化；4)创新的多通道、多级链路控制技术整个系统中有多个看似独立却又紧密结合的H桥链路逆变单元在同步工作，本实用新型的多级链路控制技术保证了整个系统在エ作时的稳定与可靠。
图I为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型H桥链路逆变单元的结构框图； 图3为本实用新型主控制单元的结构框图；图4为本实用新型H桥链路逆变控制単元的结构框图。
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。实施例一种高电压系统有源谐波补偿设备，该设备并联接入高电压系统，该设备包括主电路、控制电路和高压空心电抗器，主电路包括多个H桥链路逆变单元，控制电路包括依次连接的主控制单元和H桥链路逆变控制単元，H桥链路逆变单元分别与主控制单元和H桥链路逆变控制单元连接，H桥链路逆变单元通过高压空心电抗器与高电压系统连接，主电路中的姆个H桥链路逆变单元与ー个H桥链路逆变控制单元相对应。如图1-2所示，H桥链路逆变单元包括输入端子I、输出端子2、IGBT逆变桥组3和直流电容组4，IGBT逆变桥组3和直流电容组4并联，IGBT逆变桥组3上设有输入端子I和输出端子2。每相中的第一个H桥链路逆变单元的输入端子I连接高压空心电抗器5，最后ー个H桥链路逆变单元的输出端子2连接高电压系统，中间H桥链路逆变单元的输入端子I连接与其相邻H桥链路逆变单元的输出端子2。如图3所示，主控制单元包括多DSP芯片协同处理器6、电压电流传感器7、运算放大器8和AD转换芯片9，电压电流传感器7、运算放大器8、AD转换芯片9和多DSP芯片协同处理器6依次连接。多DSP芯片协同处理器6包括以PCI总线进行数据交换的四个DSP芯片和ー个FPGA逻辑电路，四个DSP芯片分别为主DSP芯片10、A相DSP芯片11、B相DSP芯片12和C相DSP芯片13，主DSP芯片10负责高电压系统数据的采样计算分析，A相DSP芯片11、B相DSP芯片12和C相DSP芯片13分别负责电カ系统中A、B、C三相每ー相的多H桥链路逆变控制単元的数据采集与控制信号下载工作，FPGA逻辑电路负责四个DSP芯片协同工作时的竞争与过程控制。如图4所示，H桥链路逆变控制単元包括DSP运算电路19、FPGA可编程逻辑电路
15、直流侧采样模块16、直流侧取电DC/DC模块17和高速AD转换电路18，直流侧采样模块
16、高速AD转换电路18、DSP运算电路19和FPGA可编程逻辑电路15依次连接；H桥链路逆变控制単元负责采集与其对应的H桥链路逆变单元的直流侧信号，处理后通过控制及同步信号总线发送至主控制单元。[0035]由于是同步实时工作，本实用新型在工作中要从两个方面相结合来看I)控制电路部分主控制单元通过电压电流传感器7将高电压系统中各相的电压电流信号采集进多DSP芯片协同处理器6，主DSP芯片10运用功率流控制理论将快速傅里叶分析与瞬时无功算法相结合快速分离出用于补偿负荷产生的谐波电流和基波无功电流，主DSP芯片10将信号实时的发送至三相的各自的DSP芯片；姆一相的DSP芯片根据下属姆ー级的H桥链路逆变单元所反馈的直流信息分析计算出下属每ー个H桥链路逆变单元的指令运算命令，并将该运算命令高速下发至每ー个H桥链路逆变单元。每ー个H桥链路逆变単元在接收到主控单元发送的指令运算电路后控制IGBT逆变桥组将每ー级的直流逆变源连接至系统。2)主电路部分设备在工作的过程中(以IOKV系统为例)整个系统中27个H桥链路逆变单元都处于同步工作状态，通过不同的开关组合可以获取相对于系统不同的电势能，井向系统吸收或发送能量。
权利要求1.一种高电压系统有源谐波补偿设备，该设备并联接入高电压系统，其特征在于，所述的补偿设备包括主电路、控制电路和高压空心电抗器，所述的主电路包括H桥链路逆变单元，所述的控制电路包括依次连接的主控制单元和H桥链路逆变控制单元,所述的H桥链路逆变单元分别与主控制单元和H桥链路逆变控制单元连接,所述的H桥链路逆变单元通过高压空心电抗器与高电压系统连接。
2.根据权利要求I所述的ー种高电压系统有源谐波补偿设备，其特征在于，所述的H桥链路逆变单元包括输入端子、输出端子、IGBT逆变桥组和直流电容组，所述的IGBT逆变桥组和直流电容组并联，所述的IGBT逆变桥组上设有输入端子和输出端子。
3.根据权利要求2所述的ー种高电压系统有源谐波补偿设备，其特征在于，所述的H桥链路逆变单元设有多个，第一个H桥链路逆变单元的输入端子连接高压空心电抗器，最后ー个H桥链路逆变单元的输出端子连接高电压系统，中间的H桥链路逆变单元的输入端子连接与其相邻H桥链路逆变单元的输出端子。
4.根据权利要求3所述的ー种高电压系统有源谐波补偿设备，其特征在于，所述的每个H桥链路逆变单元与ー个H桥链路逆变控制单元相对应。
5.根据权利要求I所述的ー种高电压系统有源谐波补偿设备，其特征在于，所述的主控制单元包括多DSP芯片协同处理器、电压电流传感器、运算放大器和AD转换芯片，所述的电压电流传感器、运算放大器、AD转换芯片和多DSP芯片协同处理器依次连接。
6.根据权利要求5所述的ー种高电压系统有源谐波补偿设备，其特征在于，所述的多DSP芯片协同处理器包括四个DSP芯片和第一 FPGA可编程逻辑电路，所述的四个DSP芯片和第一 FPGA可编程逻辑电路两两之间通过PCI总线进行数据交換。
7.根据权利要求I所述的ー种高电压系统有源谐波补偿设备，其特征在于，所述的H桥链路逆变控制単元包括DSP运算电路、第二 FPGA可编程逻辑电路、直流侧采样模块、直流侧取电DC/DC模块和高速AD转换电路，所述的直流侧采样模块、高速AD转换电路、DSP运算电路和第二 FPGA可编程逻辑电路依次连接。
专利摘要本实用新型涉及一种高电压系统有源谐波补偿设备，该设备并联接入高电压系统，所述的补偿设备包括主电路、控制电路和高压空心电抗器，所述的主电路包括H桥链路逆变单元，所述的控制电路包括依次连接的主控制单元和H桥链路逆变控制单元，所述的H桥链路逆变单元分别与主控制单元和H桥链路逆变控制单元连接，所述的H桥链路逆变单元通过高压空心电抗器与高电压系统连接。与现有技术相比，本实用新型具有高速高精度、有效补偿谐波和无功功率等优点。
文档编号H02J3/18GK202602287SQ20122010578
公开日2012年12月12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