基于对称分量法的新型三次谐波混合型电力滤波方法与流程

本发明属于电力滤波技术领域，尤其是一种基于对称分量法的新型三次谐波混合型电力滤波方法。

背景技术：

由于电力电子装置的应用日益广泛，以及大量非线性负荷在配电网中广泛应用，电网的谐波污染问题日益严重，对配电网造成的危害十分严重。电网中不但存在5、7、11次等类型的谐波电流，还存在严重的三次谐波电流污染。由于三次谐波属于零序，该零序回路不仅存在回路阻抗低，还经常造成谐波放大问题，因此，三次谐波污染问题是个国际性的大难题。

中国专利文献“基于对称分量法的三次谐波混合型电力滤波装置”(申请号cn201210118234.7，公开号cn102624001a)可以在一定程度上解决上述问题，但是，该装置在三相严重不对称的情况下不能够有效滤除零线上的三次谐波电流。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于对称分量法的新型三次谐波混合型电力滤波方法，解决在三相电路不对称情况下有源滤波器不能有效地跟踪三次谐波电流的问题，提高有源滤波器滤除三次谐波的效率。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于对称分量法的新型三次谐波混合型电力滤波方法，包括以下步骤：

步骤1、将5次单调谐无源滤波器、7次单调谐无源滤波器、单相逆变器、信号采集锁相及控制电路与交流电源、变压器、负荷连接在一起构建基于对称分量法的新型三次谐波混合型电力滤波电路；

步骤2、adc模块在fpga模块的控制下采集交流电源三相电流信号、负荷侧三相电流以及三相电压并转换为数字信号传送给dsp模块；

步骤3、锁相环电路对三相电压信号进行相位锁定后，输出的高频信号送入fpga模块中，由fpga模块进行预分频和1024分频计，该1024分频电路输出的一路脉冲信号用于adc模块的启动转换控制，另一路脉冲信号通过计数器进行1024的循环计数，fpga模块输出q0、q1……q9信号连接10位角度指针并传送给dsp模块；

步骤4、dsp模块对adc模块输出的数字信号并在fpga模块的控制信号控制下进行处理得到恒定频率的二个pwm信号，二个pwm信号经过igbt驱动电路到单相逆变器上，由单相逆变器的输出电流至交流电源和负荷上，实现3次混合型电力有源滤波器的功能。

所述新型三次谐波混合型电力滤波电路的具体连接关系为：所述交流电源、变压器、5次单调谐无源滤波器、7次单调谐无源滤波器依次相连接，5次单调谐无源滤波器和7次单调谐无源滤波器一端输出负荷侧三相电流至负荷，该5次单调谐无源滤波器和7次单调谐无源滤波器的另一端与单相逆变器相连接；所述信号采集锁相及控制电路包括adc模块、锁相环电路、dsp模块和fpga模块，所述adc模块输入端与交流电源三相电流、三相电压以及负荷侧三相电流相连接，所述锁相环电路输入端与三相电压信号相连接，锁相环电路输出端与fpga模块相连接，fpga的两个控制端分别与adc模块及dsp模块相连接，所述dsp模块输出恒定频率的pwm信号经过igbt驱动电路到单相逆变器上,单相逆变器的输出电流分别连接至交流电源和负荷。

所述步骤4中dsp模块的具体处理方法如下：dsp模块接收经过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；将上述三个电流进行相加，得到有源滤波器的参考电流，再和有源滤波器的实际输出电流进行比较，得到的差值信号经过a倍放大后与三角波信号比较，便得到恒定频率的pwm信号；最后，二个恒定频率的pwm信号经过igbt驱动电路放大后控制三次谐波电力有源滤波器的二个igbt工作，从而实现3次混合型电力有源滤波器的功能。

本发明的优点和积极效果是：

本发明设计合理，其将5次单调谐无源滤波器、7次单调谐无源滤波器、单相逆变器、信号采集锁相及控制电路与交流电源、变压器、负荷连接在一起，通过信号采集锁相及控制电路对于5次以上的非零序谐波具有比较好的滤波效果，同时，能够有效地地降低滤波电路的成本，有效解决了三相电路不对称情况下有源滤波器不能有效跟踪三次谐波电流的问题，提高了有源滤波器滤除三次谐波的效率。

附图说明

图1是本发明的基于对称分量法的新型三次谐波混合型电力滤波电路的电路图；

图2是fpga模块的电路图；

图3是dsp模块的信号处理原理图。

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。

一种基于对称分量法的新型三次谐波混合型电力滤波方法，包括以下步骤：

步骤1、构建如图1所示的基于对称分量法的新型三次谐波混合型电力滤波电路。

在本步骤中，需要将5次及7次单调谐无源滤波器1、单相逆变器2、信号采集锁相及控制电路3与交流电源、变压器及负荷连接在一起构成基于对称分量法的新型三次谐波混合型电力滤波电路。具体连接方法为：

所述交流电源、变压器、5次单调谐无源滤波器、7次单调谐无源滤波器相连接，5次单调谐无源滤波器、7次单调谐无源滤波器一端输出负荷侧三相电流ila、ilb、ilc与负荷相连接，该5次单调谐无源滤波器、7次单调谐无源滤波器的另一端与单相逆变器2相连接。所述信号采集锁相及控制电路3包括adc模块、锁相环电路、dsp模块及fpga模块，所述adc模块输入端与交流电源三相电流信号、负荷侧三相电流ila、ilb、ilc以及三相电压ua、ub、uc相连接，adc模块的控制端与fpga模块相连接，adc模块的输出端与dsp模块相连接。所述锁相环电路输入端与三相电压信号相连接，锁相环电路的输出端与fpga模块相连接，fpga的两个控制端分别与adc模块及dsp模块相连接，所述dsp模块输出恒定频率的pwm信号经过igbt驱动电路到单相逆变器2上,单相逆变器2的输出电流izf分别连接至交流电源和负荷上。

在本实施例中，5次单调谐无源滤波器、7次单调谐无源滤波器均为星型结构。所述单相逆变器2由igbt电容半桥构成。

步骤2、adc模块在fpga模块的控制下采集交流电源三相电流信号、负荷侧三相电流ila、ilb、ilc以及三相电压ua、ub、uc并转换为数字信号传送给dsp模块。

步骤3、锁相环电路对三相电压信号进行相位锁定后，输出的高频信号送入fpga模块中，由fpga模块进行预分频和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fpga模块里面的计数器进行1024的循环计数，fpga模块输出q0、q1……q9信号连接10位角度指针并传送给dsp模块。

步骤4、dsp模块对adc模块输出的数字信号并在fpga模块的控制信号进行处理得到恒定频率的pwm信号经过igbt驱动电路到单相逆变器上，由单相逆变器2的输出电流izf分别连接至交流电源和负荷上。

在本步骤中，dsp模块的具体处理方法如下：

如图3所示，负荷侧三相电流ila、ilb、ilc经过adc进行模数转换后读入dsp模块中，dsp模块对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；再把这三个电流进行相加，得到有源滤波器的参考电流ifl＝ia0+ib0+ic0，再和有源滤波器的实际输出电流izf进行比较，得到的差值信号经过a倍放大后与三角波信号比较，就可以得到恒定频率的pwm信号。二个恒定频率的pwm信号经过igbt驱动电路放大后就可以控制三次谐波电力有源滤波器的二个igbt工作，从而实现3次混合型电力有源滤波器的功能。

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。