一种用于低压电网间谐波治理装置的制作方法

本发明属于电力电子控制领域，具体涉及一种用于低压电网间谐波治理装置。

背景技术：

间谐波：在低压电网的电力系统中，非线性波动负荷产生的电压和电流信号中，频率为基波频率的非整数倍的谐波。电力系统中主要的间谐波源包括：电弧焊、电焊机、感应电机、各种变频调速装置及同步串级调速装置。与谐波类似，间谐波存在放大电压闪变和音频干扰，造成感应电机的振动与异常。同时由电容、电感和电阻组成的无源滤波器会使间谐波被放大，从而影响滤波器的正常工作。因此，间谐波的治理成为了近几年的发展方向和研究热点。间谐波治理的难点主要包括了间谐波的采样检测方法、对采样信号的快速计算处理和避免电磁干扰的通讯传输等。

由于间谐波存在非稳定性、频率难以预测、幅值较小等特征，给间谐波的治理带来一定的难度。首先，在间谐波的检测方面，目前采用的改进fft方法、基于二阶统计量的ar模型功率谱等方法，难以对间谐波进行精确检测，存在频谱泄漏、抗干扰性较差等不足，而基于高阶累积量的方法虽然结果较为精准，但延时大，不能满足间谐波治理的实时性要求。同时在对采样信号的计算处理方面，准确性和实时性难以实现兼顾。在控制和通讯过程中，强电对弱电的干扰负作用也是不容小觑。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够检测和治理间谐波的低压电网间谐波治理装置。

实现本发明的技术方案如下

一种用于低压电网间谐波治理装置，包括信号采集模块、运算控制模块、控制保护模块、通讯模块以及功率模块，所述信号采集模块对低压电网中三相负荷电流、三相输出电流及电压的采集，所述运算控制模块将信号采集模块所输出的数据信号进行电流中间谐波目标量分析并根据获得的间谐波目标量生成大小相同、方向相反的波，并生成对应的pwm脉冲控制信号，所述控制保护模块设置输入功率模块中的驱动信号限值；所述通讯模块将上述生成的pwm脉冲控制信号转换为光信号传输给功率模块，功率模块输出相应电流抵消电流中的间谐波。

所述运算控制模块包含两个dsp运算单元，一个dsp运算单元对电流中的间谐波目标量进行分析，另一个dsp运算单元根据获得的间谐波目标量生成大小相同、方向相反的波，并生成对应的pwm脉冲控制信号。

间谐波治理方法，包括如下步骤，

s1、信号采集模块将电流互感器采集的三相负荷电流、三相输出电流作为输入信号，将电流信号转换成电压信号，再经过滤波电路对输入信号进行滤波降噪处理，同时采集电网线电压uab和线电压ubc信号并进行滤波降噪处理。

s2、运算控制模块采用双dsp运算单元控制模式，一个dsp运算单元承担电流中的间谐波目标量运算分析，另一个dsp运算单元产生与获得的间谐波目标量相反的波，并生成对应的pwm脉冲控制信号；

其中，当负责本周期的pwm脉冲生成任务的dsp运算单元运行的同时，另一dsp运算单元进行下一周期的间谐波消除目标量的运算分析；

s3、控制保护模块对生成的pwm脉冲进行加死区保护处理，并设置输入功率模块中的驱动信号限值；

s4、通过通讯模块将pwm脉冲电信号通过光纤接头转变为光信号，传输给功率模块，

功率模块输出相应电流抵消电流中的间谐波。

步骤s2中运用衰减窗fft差值算法对输入信号进行快速分析，初步获取间谐波频率成分，并通过利用递归带通滤波对间谐波频段分析，获得该频段内的间谐波的特征参数。

通过dsp运算进行三相两相静止坐标变换，求出itotal(t)；

其中，i1表示基波分量的幅值和初相位，ibnk表示为频率为(1+2k)f的间谐波分量的幅值和初相位，k表示不为零的正整数，n(t)表示均值为0的白噪音。

采用了上述技术方案，本申请能够对电网中的间谐波进行有效的检测和治理，从根源上解决了间谐波对电网中设备的诸多危害；本发明与电网中负荷并联运行，当发生故障停止运行时，并不会影响电网中负荷的正常运行，另外这一特点也便于该发明产品的断电检修。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明中fft算法示意图；

图3为基波、间谐波叠加之后的频谱图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1所示，一种用于低压电网间谐波治理装置，包括信号采集模块、运算控制模块、控制保护模块、通讯模块以及功率模块，信号采集模块通过电压采集、电流采集对电网及负荷电压、电流信息进行采集。信号采集模块的输出端与运输控制模块信号输入端连接，运输控制模块的输出端与控制保护模块的输入端连接，控制保护模块与通讯模块连接，通讯模块与公路模块连接；其中，信号采集模块对低压电网中三相负荷电流、三相输出电流及电压的采集，所述运算控制模块将信号采集模块所输出的数据信号进行电流中间谐波目标量分析并根据获得的间谐波目标量生成大小相同、方向相反的波，并生成对应的pwm脉冲控制信号，所述控制保护模块设置输入功率模块中的驱动信号限值；所述通讯模块将上述生成的pwm脉冲控制信号转换为光信号传输给功率模块，功率模块输出相应电流抵消电流中的间谐波。电源模块从电网单独供电，以为治理装置提供电源。

具体实施中，运算控制模块包含两个dsp运算单元，一个dsp运算单元对电流中的间谐波目标量进行分析(确认间谐波的频率、相位和幅值)，另一个dsp运算单元根据获得的间谐波目标量生成大小相同、方向相反的波，并生成对应的pwm脉冲控制信号。

间谐波治理方法，包括如下步骤，

s1、信号采集模块将电流互感器采集的三相负荷电流、三相输出电流作为输入信号，将电流信号转换成电压信号，再经过滤波电路对输入信号进行滤波降噪处理，保证信号的准确性真实性。同时采集电网线电压uab和线电压ubc信号并进行滤波降噪处理，之后一并将信号输送至运输控制模块中。

s2、运算控制模块采用双dsp运算单元控制模式，一个dsp运算单元承担电流中的间谐波目标量运算分析，另一个dsp运算单元产生与获得的间谐波目标量相反的波，并生成对应的pwm脉冲控制信号；

其中，当负责本周期的pwm脉冲生成任务的dsp运算单元运行的同时，另一dsp运算单元进行下一周期的间谐波消除目标量的运算分析；运算过程运用衰减窗fft差值算法对输入信号进行快速分析，初步获取间谐波频率成分，并通过利用递归带通滤波对间谐波频段分析，获得该频段内的间谐波的特征参数；避免了对不含间谐波频段的分析，保证了信号运算的精度和实时性。另外，双dsp运算控制模式也信号的运算分析时间上一定的空间，从而更好的提高精度。

s3、控制保护模块对生成的pwm脉冲进行加死区保护处理，并设置输入功率模块中的驱动信号限值，确保设备在可控的范围内正常工作。在极端的工况条件下，也能在保证设备自身安全的情况下，消除额定容量范围内的间谐波成分。

s4、通过通讯模块将pwm脉冲电信号通过光纤接头转变为光信号，传输给功率模块，功率模块输出相应电流抵消电流中的间谐波。

该装置基于同步坐标转换和双dsp运算技术，快速准确地实现了对低压电网中间谐波的检测及治理。如图3所示，为基波、间谐波叠加之后的频谱图，其中间谐波为需要消除部分。

通过信号采集模块将互感器采集的电流、电压信号进行滤波降噪处理并量化；

如图2所示，本计算方法是基于fft算法而来，本图为fft算法示意图；

通过dsp运算进行三相两相静止坐标变换，求出itotal(t)；

其中，i1表示基波分量的幅值和初相位，ibnk表示为频率为(1+2k)f的间谐波分量的幅值和初相位，k表示不为零的正整数，n(t)表示均值为0的白噪音。

其中，第一片dsp运算单元出间谐波的目标量，第二片dsp运算单元针对三相间谐波的目标量生成pwm脉冲驱动信号，通过通讯模块将驱动电信号转换为光信号，控制功率模块中igbt的开关。通过以上步骤，功率模块按照接受到的指令发出一个相应电流抵消负荷电流中的间谐波，从而达到治理系统中间谐波的目的。