抗噪声电网谐波治理系统的制作方法

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及抗噪声电网谐波治理系统。

背景技术：

近年来，电力用户的各类大功率非线性电子设备apflcr(如工厂中的电弧炉、乳钢机，民用建筑中的空调等)不断增加，给电网造成了极大的负担。电流流经非线性电子设备时与所加的电压不呈线性关系，形成非正弦电流，从而产生谐波。当前电力系统中谐波污染日益严重，谐波干扰是影响电能质量的一大“公害”，严重威胁电力系统的安全稳定运行，亟待采取对策。

谐波会使电网的供电质量下降，大量的谐波电流在系统中流动，使得电网中电压与电流畸变，浪费电能。湖南柿竹园有色金属有限责任公司在多金属工厂对旋转电机等进行了谐波电流测试，电流总谐波畸变率为4.3％～24.7％，电压总谐波畸变率达到4％，各次谐波含量远远高于国家标准gb/t14549—1993《电能质量公用电网谐波》的规定，严重地影响了用电设备的配电情况。

大量吸收谐波会导致电容器、变频器等过流，使设备终端的介质损耗增加，导致设备发热，寿命缩短。谐波电流还会产生电磁干扰，引起变电站局部的串、并联谐振，造成供电中断、电网解裂等危害，并且会使控制设备损坏或出现误动作的几率大大增加。

谐波对电力系统环境的影响和危害不能小觑。谐波污染范围大、距离远、传播快，对电网的污染程度比一个化工厂对大气环境的污染更为严重。变压器在谐波影响下会产生发热情况，发热严重时有引发火灾的风险。

技术实现要素：

本发明提供的抗噪声电网谐波治理系统，其能够有效抑制电网中的谐波噪声。

本发明提供的多温室集中控制系统，包括：fpga和多组调节机构；

所述fpga包括：控制模块；

所述控制模块，用于抗噪声电网谐波治理系统，其特征在于，包括：静态无功补偿电路和混合型有源电力滤波电路；

所述静态无功补偿电路和混合型有源电力滤波电路分别与三相电网并联；

所述混合型有源电力滤波电路包括：相互串联的无源电力滤波器和有源电力滤波器。

进一步地，所述静态无功补偿电路包括三相结构相同的无功补偿电路；

每相无功补偿电路包括：第一电感、第二电感、晶闸管组和第一电容；

所述晶闸管组由收尾连接的两个晶闸管并联构成；

所述晶闸管组与第二电感串联后与第一电容并联构成晶闸管控制电抗器；

所述第一电感与晶闸管控制电抗器串联构成无功补偿电路；

三相无功补偿电路以三角接线的方式接入三相电网。

更进一步地，所述无源电力滤波器三相支路：三次谐波串联谐振支路、五次谐波串联谐振支路和七次谐波串联谐振支路；

每相支路都由对应的电感和电容串联构成。

再进一步地，所述有源电力滤波器包括：检测电路、控制模块、pwm驱动电路和igbt模块；

所述检测电路根据检测无源电力滤波器的输出电流，得到补偿电流信号；

所述控制模块根据补偿电流信号进行调节得到触发脉冲信号；

所述igbt模块根据触发脉冲信号和pwm驱动电路产生的驱动信号，得到与谐波治理电流。

在上述技术方案中，所述检测电路通过小波阈值去燥检测方法得到补偿电流信号。

在上述技术方案中，所述控制模块采用比例积分调节得到触发脉冲信号。

优选地，所述pwm驱动电路采用三角载波调制得到驱动信号。

优选地，所述igbt模块包括三相igbt电路，每相igbt电路包括三组h桥整流器。

优选地，所述检测电路，具体用于：

选择小波基并确定分解层数，对检测无源电力滤波器的输出电流进行小波分解；

选择阈值和阈值函数，对小波分解得到的系数进行阈值化处理；

对处理后的信号进行小波重构，得到补偿电流信号。

优选地，所述阈值函数为：

式中：λ为阈值，wj,k是阈值化前的小波系数，是阈值化后的小波系数，α为决定函数渐近线的参数。参数n决定了函数的形状，通过调整n阈值函数可以在软硬阈值函数之间转换。本系统设置相关参数为α＝0.7，n＝6。

本发明采用静态无功补偿器并联混合有源电力滤波器的混合拓扑结构，能够克服单一结构滤波器不能兼容容量大与精度高的问题。系统中大部分谐波由无源电力滤波器吸收滤除，使用小容量有源电力滤波器动态调整阻抗，抑制谐波放大，再通过静态无功补偿器补偿无功功率。本发明以较低成本获得单独采用有源电力滤波器方案的功效，同时突破了有源电力滤波器不能应用于大容量的场合的限制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的系统结构示意图；

图2为本发明实施例的有源电力滤波器结构示意图；

图3为本发明实施例中对于igbt模块的控制原理示意图；

图4为本发明实施例中三角载波调制示意图；

图5为本发明实施例中系统的电流补偿效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

如图1所示，本实施例提供的抗噪声电网谐波治理系统，包括：静态无功补偿电路1和混合型有源电力滤波电路2；

所述静态无功补偿电路1和混合型有源电力滤波电路2分别与三相电网并联；

所述混合型有源电力滤波电路2包括：相互串联的无源电力滤波器2.1和有源电力滤波器2.2。

在本实施例中，静态无功补偿电路(svc)1用于补偿电网中的无功功率，滤除少量谐波电流，平衡三相电网；混合型有源电力滤波电路(hapf)2用于滤除大部分谐波电流。

所述静态无功补偿电路1包括三相结构相同的无功补偿电路；

每相无功补偿电路包括：第一电感l1、第二电感l2、晶闸管组v和第一电容c1；

所述晶闸管组v由收尾连接的两个晶闸管并联构成；

所述晶闸管组v与第二电感l2串联后与第一电容c1并联构成晶闸管控制电抗器；

所述第一电感l1与晶闸管控制电抗器串联构成无功补偿电路；

三相无功补偿电路以三角接线的方式接入三相电网。

在本实施例中，svc1使得三的倍数次谐波电流不流入电网，可以正负连续调节无功功率。hapf2采用反馈控制和前馈控制结合的复合控制方式，同时检测负载谐波电流(反馈)和电源谐波电流(前馈)，指令电流主要来自负载电流。

所述无源电力滤波器2.1三相支路：三次谐波串联谐振支路、五次谐波串联谐振支路和七次谐波串联谐振支路；每相支路都由对应的电感和电容串联构成。

在本实施例中，无源电力滤波器(lc)2.1包括所述的三条单调谐滤波器支路，分别为：电抗器l3和电容器c3串联构成3次谐波串联谐振支路，电抗器l5和电容器c5串联构成5次谐波串联谐振支路，电抗器l7和电容器c7串联构成7次谐波串联谐振支路，分别分流由非线性负载产生的三次、五次和七次谐波电流，是低频次谐波电流的主要流通通道。

如图2所示，所述有源电力滤波器(apf)2.2包括：检测电路2.21、控制模块2.22、pwm驱动电路2.23和igbt模块2.24；

所述检测电路2.21根据检测无源电力滤波器2.1的输出电流，得到补偿电流信号；

所述控制模块2.22根据补偿电流信号进行调节得到触发脉冲信号；

所述igbt模块2.24根据触发脉冲信号和pwm驱动电路2.23产生的驱动信号，得到与谐波治理电流。

如图1和2所示，所述igbt模块2.24包括三相igbt电路，每相igbt电路包括三组h桥整流器。h桥整流器的结构的主要优点是降低了功率器件的需求耐压值，加在每个h桥臂上的是相电压，而不是线电压，降低了对电容电压值的要求，使系统处于更加安全的环境，保证了本系统的可控性与独立性。

在本实施例中，所述控制模块2.22采用比例积分调节得到触发脉冲信号。由此，控制模块2.22为pi调节器。

如图2和3所示，igbt模块2.24是整个系统的执行机构，负责产生补偿电流。igbt模块2.24中的直流侧电容是补偿电流的电压源，直流侧电容电压的稳定影响着谐波补偿效果。因此在对主电路开关器件控制之前，需要先对直流侧电容电压进行闭环控制。图3中虚线左侧为直流侧电容电压控制原理。

所述检测电路2.21通过小波阈值去燥检测方法得到补偿电流信号；检测方法如下：

步骤1、选择小波基并确定分解层数，对检测无源电力滤波器2.1的输出电流进行小波分解；

步骤2、选择阈值和阈值函数，对小波分解得到的系数进行阈值化处理；

步骤3、对处理后的信号进行小波重构，得到补偿电流信号。

所述阈值函数为：

式中：λ为阈值，wj,k是阈值化前的小波系数，是阈值化后的小波系数，α为决定函数渐近线的参数。参数n决定了函数的形状，通过调整n阈值函数可以在软硬阈值函数之间转换。本系统设置相关参数为α＝0.7，n＝6。

在阈值函数算法中，常用的阈值函数包括硬阈值和软阈值函数。通过调整n阈值函数可以灵活的在软硬阈值函数之间转换，阈值函数是连续一阶可导，通过不断改变参数的值能够更好的实现优化信号的平滑过渡。分解层数的增加采用固定阈值存在着一定的不合理性，因此使用对原来阈值进行调整，j为分解层数。通过对的大小的改变使阈值介于软硬阈值函数之间。

改进的阈值函数不仅能够实现函数的形状的灵活变化，还能够很好的实现平滑过渡。因此本设计对谐波信号在高频采用偏硬阈值函数优化，主要滤除大部分噪声，低频上系数采用偏软阈值函数优化，实现有用信号的保留。如此尽可能保留有用信号的原始特性同时最大程度地优化。

如图4和5所示，所述pwm驱动电路2.23采用三角载波调制得到驱动信号。

在本实施例中，pwm驱动电路2.23使用三角载波调制(spwm)方法，通过所述检测电路2.21检测出lc2.2输出电流中存在的谐波，经过比例积分控制器(pi)2.22得到生成触发脉冲的信号，触发脉冲结合电流控制策略触发igbt模块2.24得到与谐波电流相反的电流，使电流达到补偿效果。

与传统的滞环比较控制法相比，三角载波电流控制法具有固定的开关频率，其与svc1相配合，能够得到更高质量的补偿电流。

图4为三角载波调制图解，图中使用正弦波代替指令电流信号进行演示。当正弦波幅值大于三角波幅值时，pwm信号为+1，当正弦波幅值小于三角波幅值时，pwm信号为-1。

图5通过仿真展示了系统电流的补偿效果。图中从下至上依次为补偿前的电网电流波形、补偿电流波形、补偿后的电网电流波形。可以看出本系统具有较快的补偿响应速度，补偿后的电网电流波形近似正弦波，滤除了大部分谐波电流。对比补偿前后的电网电流波形，发现产生了相移，这是因为系统具有一定的无功功率补偿效果。

本发明采用静态无功补偿器1并联混合有源电力滤波器2的混合拓扑结构，能够克服单一结构滤波器不能兼容容量大与精度高的问题。系统中大部分谐波由无源电力滤波器2.1吸收滤除，使用小容量有源电力滤波器2.2动态调整阻抗，抑制谐波放大，再通过静态无功补偿器1补偿无功功率。这种方式以较低成本获得单独采用有源电力滤波器方案的功效，同时突破了有源电力滤波器不能应用于大容量的场合的限制。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。