一种新型三相四线制电力有源滤波控制方法与流程

本发明属于三相四线电力有源滤波器技术领域，尤其是一种新型三相四线制电力有源滤波控制方法。

背景技术：

随着电力电子技术的不断发展及大量非线性负荷的广泛应用，电网的谐波污染问题越来越严重，这些负荷中不仅有大量的单相整流负荷，还有很多谐波频谱非常复杂的非线性负荷(如中频炉等)，尤其是三相四线电力网使用过程中，不仅影响了供电质量，也不利于节能环保。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、供电质量高且节能环保的新型三相四线制电力有源滤波控制方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种新型三相四线制电力有源滤波控制方法，包括以下步骤：

步骤1、将三相igbt逆变桥电路、dsp主控制电路、电压电流信号采集电路与三相四线电源、负荷连接在一起构成三相四线制电力有源滤波器；所述电压电流信号采集电路包括电压互感器、电流互感器、信号调理电路、adc模块和pll模块；

步骤2、电压互感器、电流互感器检测电源侧三相电压、负荷侧电流、滤波器侧三相电流、中性线上电流及电源侧三相电流并经信号调理电路处理、adc模块转换后传送给dsp主控制电路；

步骤3、pll模块对电源侧三相电压进行相位锁定，对高频信号进行预分频和1024分频，该1024分频电路的脉冲一路用于启动转换控制adc模块，另一路由计数器进行1024的循环计数并传送给dsp主控制电路；

步骤4、dsp主控制电路在pll模块控制下对adc模块输出的数字信号进行处理得到恒定频率的六个pwm信号，六个pwm信号经过驱动电路到三相igbt逆变桥电路上，三相igbt逆变桥电路的输出电流至交流电源和负荷上，实现三相四线制电力有源滤波的控制功能。

所述三相四线制电力有源滤波器的具体连接关系为：所述三相igbt逆变桥与电源侧三相电压及中性线相连接，所述电流互感器与电源侧三相电压及中性线、负荷侧电流、滤波器侧三相电流、中性线上电流及电源侧三相电流相连接，所述电压互感器与电源侧三相电压相连接；pll模块的输入端与电源侧三相电压相连接；电压互感器、电流互感器与信号调理电路相连接，信号调理电路的输出端与adc模块相连接，adc模块的输出端与dsp主控制电路相连接，pll模块的输出端与dsp主控制电路相连接。

所述三相igbt逆变桥电路由三相逆变桥与电容半桥连接构成。

所述pll模块采用fpga芯片，由预分频电路、1024分频电路和1024计数器依次连接构成，所述预分频电路与锁相环电路相连接，1024分频电路的一输出端与adc模块相连接，1024分频电路的灵以输出端与1024计数器相连接，1024计数器输出端与10位角度指针模块相连接。

所述dsp主控制电路包括dsp模块、控制开关和人机接口模块，人机接口模块通过控制开关与dsp模块相连接。

所述步骤4的具体处理方法为：dsp主控电路接收经过adc模块进行模数转换后的负荷侧三相电流后，对每相电流经过移相120度和240度，实现对该相进行三相虚构，然后对虚构出的三个电流应用对称分量法进行相加，并进行除3运算，得到负荷侧该相电流中的三次谐波分量；选择所有谐波电流进行加法运算，得到有源滤波器的指令电流，再与有源滤波器的实际电流进行比较，得到误差信号，经过放大器a放大后，再与三角波信号进行比较后得到控制有源滤波器的六个pwm信号，六路pwm信号经过驱动电路隔离并放大后，控制三相igbt逆变桥电路工作。

所述选择所有谐波电流是通过dsp主控制电路中的人机接口模块实现的，人机接口模块通过改变开关状态允许用户根据负载的实际状态选择有源滤波器的工作方式。

本发明的优点和积极效果是：

本发明通过dsp主控制电路、三相igbt逆变桥电路和电压电流信号采集电路相互协同工作，能够根据负载的实际谐波污染情况和无功需求情况通过人机接口或预订的控制策略选择工作模式，能够和用户现有的无功补偿装置进行完好的配合，具有控制灵活、配置灵活、滤波效果好的特点，提高了供电质量，有利于节能环保，可广泛用于低压配电系统的无功补偿及谐波治理。

附图说明

图1是本发明的电路图；

图2是本发明的pll模块电路框图；

图3是计算2次谐波电流iah2、ibh2、ich2的原理图；

图4是计算n次谐波电流iahn、ibhn、ichn的原理图；

图5是控制开关的原理图；

图6是dsp主控制电路的原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种新型三相四线制电力有源滤波控制方法，包括以下步骤：

步骤1、建立如图1所示的三相四线制电力有源滤波器，该三相四线制电力有源滤波器包括三相igbt逆变桥电路1、dsp主控制电路2和电压电流信号采集电路3，所述电压电流信号采集电路3与dsp主控制电路2相连接，该dsp主控制电路2通过驱动电路与三相igbt逆变桥电路1相连接。具体电路连接关系为：

所述电压电流信号采集电路包括电压互感器、电流互感器、信号调理电路、adc模块和pll模块，电压互感器、电流互感器与信号调理电路相连接，信号调理电路的输出端与adc模块相连接，adc模块的输出端与dsp主控制电路2相连接；pll模块的输出端与dsp主控制电路2。在上述电路中，三相igbt逆变桥1、电压电流信号采集电路3与电源侧三相电压ua、ub、uc及中性线n相连接，电流互感器与负荷侧电流ila、ilb、ilc，滤波器侧三相电流ifa、ifb、ifc，中性线上电流ifz，及电源侧三相电流isa、isb、isc相连接，电压互感器与电源侧三相电压ua、ub、uc相连接；pll模块的输入端与电源侧三相电压ua、ub、uc相连接。

所述dsp主控制电路包括dsp模块、控制开关和人机接口模块，人机接口模块通过控制开关与dsp模块相连接。

所述三相igbt逆变桥电路1由三相逆变桥与电容半桥连接构成。

步骤2、电压电流信号采集电路经过电压互感器和电流互感器检测到的三相电压ua、ub、uc，负荷侧电流ila、ilb、ilc，滤波器侧三相电流ifa、ifb、ifc，中性线上电流ifz，及电源侧三相电流isa、isb、isc经过信号调理电路后送入adc模块中转换为数字量并传送给dsp主控制电路2。

步骤3、pll模块对电源侧三相电压ua、ub、uc进行相位锁定后，输出的高频信号进行预分频和1024分频，这个1024分频电路的脉冲一路去进行adc模块的启动转换控制，另一路由计数器进行1024的循环计数。

如图2所示，所述pll模块由fpga构成，其由预分频电路、1024分频电路和1024计数器依次连接构成。三相电压信号经过锁相电路进行相位锁定后，输出的高频信号送入pll模块中进行预分频和1024分频计，该1024分频电路输出的一路脉冲信号(adc转换控制信号)用于adc模块的启动转换控制，另一路脉冲信号传送到pll模块里面的计数器进行1024的循环计数，pll模块输出q0、q1……q9信号连接10位角度指针并传送给dsp主控制电路。

在本专利中，1024的循环计数值代表当前时刻基波电压相位的角度θ1，从这个角度信号可以依次推断出2次谐波电压的当前相位角度θ2、4次谐波电压信号的当前相位角度θ4、5次谐波电压信号的当前相位角度θ5等等。

图3给出了基于新瞬时无功功率理论的2次谐波提取方法。在dsp主控制电路里面，按照2次谐波电压的当前相位角度θ2利用瞬时无功功率理论构造出计算出2次谐波电流iah2、ibh2、ich2。图中矩阵矩阵矩阵c23为矩阵c32的逆矩阵，lpf为直流低通滤波器。

图4给出了基于新瞬时无功功率理论的n次谐波提取方法(n包括2、4、5、7、8、10、11、13、14、16、19等)。dsp主控制电路按照n次谐波电压的当前相位角度θn利用瞬时无功功率理论构造出计算出n次谐波电流iahn、ibhn、ichn。

步骤4、dsp主控制电路对adc模块输出数字信号并在pll模块的控制信号控制下进行处理得到恒定频率的pwm信号，该pwm信号经过驱动电路到三相igbt逆变桥上，由单相逆变器的输出电流至交流电源和负荷上，实现三相四线制电力有源滤波的控制功能。

在本步骤中，dsp主控制电路的具体处理方法如下：

电压电流信号采集电路采集的负荷侧三相电流ila、ilb、ilc经过adc进行模数转换后读入dsp中，对a相电流ila经过软件移相120度和240度后(查表法)，实现对原来的a相进行三相虚构，然后对虚构出的三个电流应用对称分量法进行相加，并进行除3运算，就得到了负荷侧a相电流中的三次谐波分量ia0；同理，对负荷侧的b相和c相电流进行同样的运算操作，就可以得到负荷侧b相电流中的三次谐波分量ib0和负荷侧b相电流中的三次谐波分量ic0。

dsp主控制电路中的人机接口模块可以允许用户根据负载的实际状态选择有源滤波器的工作方式，如图5所示的控制开关，对于小容量用电负载，可以选择控制开关全部闭合，这样，有源滤波器就工作在全频段滤波状态，对于中大容量用电负载，可以选择部分控制开关闭合，这样，有源滤波器就能够按照用户的方案运行。对于三次谐波指令电流信号的提取是基于改进的对称分量法实现的，对于非三次谐波指令电流信号的提取是基于新瞬时无功功率理论实现。

如图5所示，按照控制开关选择出的所有谐波电流进行加法运算，就可以得到有源滤波器的指令电流(参考电流)，再与有源滤波器的实际电流进行比较，得到了误差信号，再经过放大器a放大后，在与三角波信号进行比较就可以得到控制有源滤波器的6个pwm信号。6路pwm信号经过驱动电路隔离并放大后，就可以驱动igbt工作了。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。