基于容错机制的电网谐波补偿系统的制作方法

本发明涉及一种基于电网系统，尤其涉及一种基于容错机制的电网谐波补偿系统。

背景技术：

随着技术的发展，电气设备使用已经融入到生产生活的方方面面，而这些电气设备为人们的生产生活带来利益的同时也给电网带来了问题，那就是这些电气设备的使用会产生大量的谐波，而这些谐波通过电力线传输后，导致电网中节点电压畸变，从而影响到接入电网中的其他设备的运行安全。

现有技术中，为了解决电网谐波问题，采用以下方式：采用无源滤波器进行无功补偿，其结构简单，但是，无源滤波器通常采用lc结构并进行调谐，虽然控制简单，但是，容易产生谐振，进而对接入电网中的设备造成损坏；另一种则采用有源电力滤波器进行谐波补偿，进而消除谐波的影响，但是现有的有源电力滤波器进行容错补偿时稳定性差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的旨在提供一种基于容错机制的电网谐波补偿系统。

本发明提供的一种基于容错机制的电网谐波补偿系统，包括逆变补偿模块、控制芯片、第一电流检测单元和第二电流检测单元；

逆变检测模块包括有6个igbt组成的三相逆变器、igbt驱动电路、电容c1、电容c2、三个电感以及三个双向可控硅；

igbt驱动电路与各igbt一一对应且igbt驱动电路由控制芯片控制；电容c1和电容c2串联后分别连接于直流电源udc的电源两端，三相逆变器的三个桥臂的输出端分别通过电感连接于电网的三相，电容c1和电容c2之间的公共连接点分别通过双向可控硅连接于三相逆变器的三个桥臂的输出端；

第一电流检测单元用于检测电力网络中各相的电流信号并输出相电流检测信号至控制芯片；第二电流检测电源用于检测三相逆变器的三个桥臂的电流并输出桥臂电流检测信号至控制芯片；

逆变检测模块还包括可控硅驱动电路，所述可控硅驱动电路包括隔离输出电路、控制电路和电源电路，所述隔离输出电路的输出端向双向可控硅的控制极输出触发电流；所述隔离输出电路的电源端与电源电路的输出端连接，所述隔离输出电路的控制端与控制电路的输出端连接，所述控制电路的控制输入端与控制芯片的控制输出端连接，所述控制电路的电源端与电源电路的输出端连接。

优选地，所述隔离输出电路包括电阻r4、电阻r3、光耦g1、电阻r10、电阻r13、电容c3以及稳压管zd1；

光耦g1的发光二极管的正极通过电阻r4与电源电路的输出端连接，光耦g1的发光二极管的负极通过控制电路的控制端与电阻r10的一端连接，电阻r10的另一端接地，光耦g1的光敏三极管的集电极通过电阻r3与电源电路的输出端连接，光耦g1的光敏三极管的发射极通过电阻r13接地，光耦g1的光敏三极管的发射极通过电容c3接地，光耦g1的光敏三极管的发射极与稳压管zd1的负极连接，稳压管zd1的正极接地，光耦g1的光敏三极管的发射极作为隔离输出电路的输出端与双向可控硅的控制极连接。

优选地，所述控制电路包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、三极管t1、三极管t2、三极管q3、电阻r12、电阻r11、nmos管mt1以及pmos管mt2；

电阻r5的一端连接于电源电路的输出端，电阻r5的另一端通过电阻r6与三极管t1的集电极连接，三极管t1的发射极通过电阻r8接地，三极管t1的基极作为控制电路的第一控制输入端vcom1连接于控制芯片，三极管t1的基极通过电阻r7接地，三极管t1的发射极与nmos管mt1的栅极连接，nmos管mt1的漏极连接于光耦g1的发光二极管的负极，nmos管mt1的源极连接于电阻r10；

pmos管mt2的源极连接于光耦g1的发光二极管的负极，pmos管mt2的漏极连接于电阻r10，pmos管mt2的源极通过电阻r11连接于pmos管mt2的栅极，pmos管mt2的栅极通过电阻r12连接于三极管t3的集电极，三极管t3的发射极接地，三极管t3的基极作为控制电路的第二控制输入端vcom2连接于控制芯片；

三极管t2的集电极作为控制电路的检测输出端cdet连接于控制芯片，三极管t2的发射极接地，三极管t2的基极通过电阻r9连接于nmos管mt1的源极和pmos管mt2的漏极。

优选地，所述电源电路包括电阻r1和电阻r2；

所述电阻r1的一端连接于直流电源udc,电阻r1的另一端通过电阻r2接地，电阻r1和电阻r2的公共连接点作为电源电路的输出端。

优选地，所述第一电流检测单元包括三个霍尔电流传感器，三个霍尔电流传感器分别对应于电网的三相。

优选地，所述第二电流检测单元包括三个霍尔电流传感器，三个霍尔电流传感器分别对应于三相逆变器的三个桥臂。

优选地，所述控制芯片为单片机。

本发明的有益效果：通过本发明的结构下，能够对电网中的谐波进行有效补偿，即使在逆变器中任一桥臂发生短路或者断路的故障下，也能进行容错补偿，从而确保电网运行的稳定性，而且，在进行补偿过程中，能够有效确保补偿回路中的双向可控硅能够稳定导通，从而确保整个补偿系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的系统电路原理图。

图3为本发明的可控硅驱动电路原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细解释说明，需要指出的是，以下仅仅是以较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员的任何对本发明的技术方案的修改以及等同替换，均包含在本申请的的技术方案所要求保护的范围之内。

本发明提供的一种基于容错机制的电网谐波补偿系统，包括逆变补偿模块、控制芯片、第一电流检测单元和第二电流检测单元；

逆变检测模块包括有6个igbt组成的三相逆变器、igbt驱动电路、电容c1、电容c2、三个电感以及三个双向可控硅；

igbt驱动电路与各igbt一一对应且igbt驱动电路由控制芯片控制；电容c1和电容c2串联后分别连接于直流电源udc的电源两端，三相逆变器的三个桥臂的输出端分别通过电感连接于电网的三相，电容c1和电容c2之间的公共连接点分别通过双向可控硅连接于三相逆变器的三个桥臂的输出端，其中，电容c1和电容c2构成一个容错回路；

第一电流检测单元用于检测电力网络中各相的电流信号并输出相电流检测信号至控制芯片；第二电流检测电源用于检测三相逆变器的三个桥臂的电流并输出桥臂电流检测信号至控制芯片；所述第一电流检测单元包括三个霍尔电流传感器，三个霍尔电流传感器分别对应于电网的三相；所述第二电流检测单元包括三个霍尔电流传感器，三个霍尔电流传感器分别对应于三相逆变器的三个桥臂，其中相电流信号用于计算分析谐波的成分，从而控制芯片根据谐波的成分控制逆变器产生相对应的补偿谐波注入到电网中，以消除谐波的影响，控制芯片通过现有的方法对谐波成分进行分析计算；第二电流检测单元的霍尔传感器用于检测逆变器的三个桥臂的电流，控制芯片根据电流值来判断某一桥臂是否发生短路或者断路故障，比如a相发生断路故障，那么对应的霍尔传感器输出电流值为0，那么控制芯片控制双向可控硅q1导通，从而对a相进行补偿，控制芯片采用现有的单片机，比如89s51单片机，stm32系列单片机等。

逆变检测模块还包括可控硅驱动电路，所述可控硅驱动电路包括隔离输出电路、控制电路和电源电路，所述隔离输出电路的输出端向双向可控硅的控制极输出触发电流；所述隔离输出电路的电源端与电源电路的输出端连接，所述隔离输出电路的控制端与控制电路的输出端连接，所述控制电路的控制输入端与控制芯片的控制输出端连接，所述控制电路的电源端与电源电路的输出端连接。

优选的一个实施例中，所述隔离输出电路包括电阻r4、电阻r3、光耦g1、电阻r10、电阻r13、电容c3以及稳压管zd1；

光耦g1的发光二极管的正极通过电阻r4与电源电路的输出端连接，光耦g1的发光二极管的负极通过控制电路的控制端与电阻r10的一端连接，电阻r10的另一端接地，光耦g1的光敏三极管的集电极通过电阻r3与电源电路的输出端连接，光耦g1的光敏三极管的发射极通过电阻r13接地，光耦g1的光敏三极管的发射极通过电容c3接地，光耦g1的光敏三极管的发射极与稳压管zd1的负极连接，稳压管zd1的正极接地，光耦g1的光敏三极管的发射极作为隔离输出电路的输出端与双向可控硅的控制极连接，在上述结构下，能够实现控制芯片与双向可控硅之间的电气隔离，从而确保运行安全。

优选的一个实施例中，所述控制电路包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、三极管t1、三极管t2、三极管q3、电阻r12、电阻r11、nmos管mt1以及pmos管mt2；

电阻r5的一端连接于电源电路的输出端，电阻r5的另一端通过电阻r6与三极管t1的集电极连接，三极管t1的发射极通过电阻r8接地，三极管t1的基极作为控制电路的第一控制输入端vcom1连接于控制芯片，三极管t1的基极通过电阻r7接地，三极管t1的发射极与nmos管mt1的栅极连接，nmos管mt1的漏极连接于光耦g1的发光二极管的负极，nmos管mt1的源极连接于电阻r10；

pmos管mt2的源极连接于光耦g1的发光二极管的负极，pmos管mt2的漏极连接于电阻r10，pmos管mt2的源极通过电阻r11连接于pmos管mt2的栅极，pmos管mt2的栅极通过电阻r12连接于三极管t3的集电极，三极管t3的发射极接地，三极管t3的基极作为控制电路的第二控制输入端vcom2连接于控制芯片；

三极管t2的集电极作为控制电路的检测输出端cdet连接于控制芯片，三极管t2的发射极接地，三极管t2的基极通过电阻r9连接于nmos管mt1的源极和pmos管mt2的漏极，在上述结构中，nmos管mt1和pmos管mt2形成备用结构，当控制芯片判断逆变器任一桥臂出现故障，则首先输出控制信号vcom1,三极管t1导通，进而使得nmos管mt1导通，光耦g1也随之而导通，向对应的双向可控硅的控制极输出触发电流，三极管t2用于检测mt1和mt2是否正常导通，与三极管t2的集电极对应的控制芯片的引脚常态下置为高电平，如果mt1导通，那么该引脚的高电平被拉低，表示工作正常，否则，在控制芯片输出控制信号vcom1的情况下，三极管t2的集电极仍为高电平，则认为mt1故障，控制芯片输出控制信号vcom2,控制三极管t3导通，进而控制pmos管mt2导通，如果控制信号vcom输出的条件下，t2的集电极仍然置为高电平，则表明光耦g1故障，控制芯片则生成驱动故障信息；由于三极管t1为控制芯片输出的小信号，且通过电阻r5和电阻r6共同限流限压，从而t1的故障率较低，进而能够对g1、mt2、mt1是否故障进行判断，而且在上述结构下，形成冗余控制机制，从而能够有效确保双向可控硅能够及时顺利导通，进而确保整个系统的稳定性；在实际使用中，每一个双向可控硅均对应一个可控硅驱动电路。

优选地的一个实施例中，所述电源电路包括电阻r1和电阻r2；

所述电阻r1的一端连接于直流电源udc,电阻r1的另一端通过电阻r2接地，电阻r1和电阻r2的公共连接点作为电源电路的输出端，电阻r1和电阻r2组成一个分压供电电路，将直流电源u输出的直流电进行降压处理，为控制电路和隔离输出电路提供工作用电，并且结构简单。