一种有源电力滤波器系统的制作方法

本实用新型属于电力电子设备技术领域，具体涉及一种有源电力滤波器系统。

背景技术：

在电网供电行业中，为了确保输出功率稳定，需要对电路进行设计，以得到期望的电流，可以在电路中增加滤波器等实现该功能，传统的滤波器例如lc滤波器等的作用远离是谐波抑制和无功补偿，但是该传统的方法智能被动吸收固定频率的谐波，并且无法实现动态跟踪补偿，因此需要对传统的方法进行改进。

有源电力滤波器(即apf)可用于动态抑制谐波，并补偿无功，对大小和频率都变化的谐波进行补偿，最终得到期望的电源电流。然后现有的有源电力滤波器容量确定，只能用于特定电路，对于谐波电流发生变化时，使用灵活性差。

技术实现要素：

本实用新型欲解决的技术问题是现有技术中的有源电力滤波器系统在实际应用中存在容量确定、适用范围窄、使用灵活性差等技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种有源电力滤波器系统，包括依次串联的指令电流运算电路和补偿电流发生电路，所述补偿电流发生电路包括依次串联的电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路；所述指令运算电路为双数字信号处理器结构；所述主电路包括pwm变流器，以及与pwm变流器相连的进线电感和直流侧滤波电容。

进一步地，所述pwm变流器为多组，多组pwm变流器之间为并联连接，多组pwm变流器共用一组直流滤波电容母线，并通过进线电抗器直接并联在一起。

进一步地，所述pwm变流器为两组，且两组pwm变流器完全相同。

更进一步地，所述pwm变流器是由绝缘栅双极型晶体管(即igbt)构成的电压型pwm变流器。

进一步地，所述双数字信号处理器结构中一片数字信号处理器为tms320c32，另一片数字信号处理器为tms320f240。

有源电力滤波器在工作时的基本原理为：首先，对待补偿对象的电压和电流进行检测；然后，经过指令电流运算电路计算出补偿电流，并发出补偿电流的指令信号；随后，该补偿电流与负载电流中需要补偿的谐波和无功等发生电流抵消，最终得到期望的电源电流，由此实现有源滤波的目的。

本实用新型中的有源电力滤波器系统中输出电流超过igbt的额定电流时，将由驱动电路报出故障，同时由继电保护板切断主回路，滤波器将自动关闭输出。当谐波负载容量超出有源滤波器补偿能力时，有源滤波器按最大能力输出(即限流输出)。滤波器在柜内装有防雷元件，可以有效防止雷击对滤波器造成的损坏：防雷元件最大耐压值为1500v，失效指示为绿色时防雷元件正常工作，红色时防雷元件失效，需要更换。

与现有技术相比，本实用新型的有源电力滤波器系统具有如下优点：

(1)可根据应用场合的功率等级选择二重化、三重化、四重化等电路结构，使用灵活，应用范围广；

(2)驱动电路可对电路的额定电流进行监控，当输出电流过大时，系统自动关闭，可避免故障发生，安全等级高。

附图说明

图1：有源电力滤波器的系统框图。

图2：有源电力滤波器的系统原理图。

附图标记说明：1-负载；2-指令电流运算电路；3-电流跟踪控制电路；4-驱动电路；5-主电路；6-直流侧滤波电容；7-三相非线性负载；8-指令电流计算；9-pwm电流跟踪控制驱动电路。

具体实施方式

下面通过具体实施例进行详细阐述，说明本实用新型的技术方案。

如图1和2所示，给出了有源电力滤波器的系统框图和原理图，其中，ea、eb、ec为交流电源，谐波电流源为非线性负载，lsa、lsb、lsc分别代表三相的电网阻抗。

有源电力滤波器主要包括依次串联的指令电流运算电路2和补偿电流发生电路，所述补偿电流发生电路包括依次串联的电流跟踪控制电路3、驱动电路4和主电路5；主电路5包括由igbt构成的电压型pwm变流器，以及与其相连的直流侧电容6。

其中指令运算电路2的主要任务是按照要求检测出负载电流中的谐波、无功以及负序分量。电流跟踪控制电路3、驱动电路4以及主电路5合在一起可以成为补偿电流发生电路，补偿电流发生电路的主要作用是根据指令运算电路2得出的补偿指令，产生实际的补偿电流。

具体地，在一个特定的实施例中，主电路5还包括断路器、电解电容、进线电感和防雷器；主电路采用三相全桥电压型pwm变流器：两组完全相同的pwm变流器共用一组直流滤波电容母线，通过进线电抗器直接并联在一起。pwm变流器控制采用二重化方式，两个pwm变流器的输出电流跟踪同一个补偿指令信号，每个pwm变流器使用自身不同的三角载波调制pwm驱动信号，这两个载波信号在相位上相差180°(即载波移相控制)，这样一方面通过双pwm变流器实现了整个滤波器输出功率的提高，同时，提高了系统等效开关频率，进而提高了滤波器补偿效果，而在同样补偿效果情况下，功率器件igbt的开关频率可以大为降低。

电解电容用来储存直流侧能量；直流侧滤波电容6的作用的滤出直流侧的毛刺；进线电感的作用在于pwm变流器的输出电压和电网电压的差值作用其上产生补偿电流。

同理，该方法可推广到多重化应用，根据功率等级需要可采用三重化、四重化……电路结构，即pwm变流器还可为≧3组。

在一个特定的实施例中，有源电力滤波器系统中还包括继电回路，继电回路包括继电控制、电源系统和同步信号三部分。电源系统主要是给控制系统供电，它由进线变压器、交流滤波器、开关电源、电源板和防雷元件组成；滤波器主要是滤除进线电压的高频干扰，使得开关电源更好的工作，并且能够改善电源部分的emi(即电磁干扰)；开关电源和电源板用来提供控制系统所需要的直流电压，防雷元件用来防止雷击，增加了装置的安全性。继电控制回路由控制系统主接交流触器、控制开关、控制继电器、显示灯、继电板组成，继电板的主要作用是控制开关与控制系统的联系，它用来传递启动、故障等信号。同步信号由一个同步变压器提供。

电流跟踪电路3包括信号调理电路、三角波发生器、pwm信号生成电路、直流侧过压保护电路。

驱动电路4由电源部分、驱动部分、保护部分组成：电源用来提供驱动模块正常工作时电源；驱动部分包括驱动模块和相关的外围电路；保护部分主要是检测pwm变流器的电流和温度信号，必要时停止pwm变流器。

指令运算电路3主要作用是对采样数据进行计算和分析，得出指令信号。它采用了双dsp结构，一片采用tms320c32(32位浮点型)，用于浮点计算和数据处理；另一片采用tms320f240，用于数据采集和大量的逻辑操作和控制。两者通过一片16k×16bit的双口ram进行数交换。tms320c32运算能力强，但片内资源和i/o接口较少，逻辑处理能力弱，而tms320f240正好相反，片内资源丰富，成本低，i/o使用方便，但其16位的定点内核对精度和速度有一定限制，因此两者的结合可充分发挥这两种芯片的优点。它包括a/d、cpld、f240、c32、eprom、双口ram等。

其中：a/d：将模拟信号(同步电压信号、电流信号)转化为数字信号；f240：数据采集；进线电压同步；重要数据的存储；

c32：负载电流谐波分析；补偿电流指令的计算；与监控系统的串行通讯；

cpld：c32，f240的地址译码；f240与外配a/d接口所需的等待状态发生器；缺相，相序检测电路；双端口ram的sem逻辑电路；

双口ram：用于存放准备与f240交换的数据；

eprom：程序存储。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。