专利名称：有源型谐波治理与无功控制综合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统的控制装置，特别是涉及一种用于滤除电网谐波和提高功率因数的有源型谐波治理与无功控制综合装置。
背景技术：
随着计算机和网络的数字控制设备与电力电子装置的广泛应用，电力系统中用电负荷的结构发生了改变，如变频装置、电弧炉、电气化铁道等非线性或冲击性负荷造成电能质量的降低与破坏。非线性负荷引起的无功和谐波污染问题给电力系统、供电部门和电力用户都带来了严重的危害。电网中无功和谐波含量的增加，将导致电气设备的寿命缩短， 网损增大，系统发生谐振的可能性增加，严重时会造成危险的过电压、过电流；同时还可能引起继电保护和自动装置误动作、仪表指示和电度计量不准、干扰通信系统等一系列问题。 而且恶劣的动态电能质量会带来巨大的经济损失。因此该问题已成为电工领域的前沿性课题，国内外对其相关指标与改善措施已经做了大量的研究。我国迄今为止已颁布了 7项关于电能质量指标的法规和标准，其中《电能质量公用电网谐波》(GB/T 14529 -1993)规定了各电压等级的总谐波畸变率、各单次奇次电压谐波含有率和各单次偶次电压谐波含有率的限制值，以满足人们对电能质量的更高需求。为了解决动态电能质量问题，对于无功功率补偿主要通过在负荷两端并联一定容量的电容器，达到提高负荷功率因数的目的，这种方法只在负荷恒定时才能取得最佳效果。 针对变化的负荷，目前主要采用电容器、电抗器分组投切的方式，如隶属于静态无功补偿器 (SVC)的晶闸管投切电容器(TSC)、晶闸管控制电抗器(TCR)等。但仍普遍存在欠补偿和过补偿以及切换过程的振荡问题，还可能在系统中产生谐振现象。而对于非线性负荷引起的谐波污染问题，主要采用电感和电容组成的特定频率的无源滤波器来消除谐波的影响。如负荷电流包含多种谐波成分，则针对不同频率的谐波都要设置相应的谐振电路，这将增加系统的复杂性，降低使用的可靠性。有源滤波(APF)具有良好的滤波特性，并且不会与系统发生谐振。有源型谐波治理与无功控制性价比高，在目前工程中具有广阔应用前景。然而， 已有的同类装置存在着三相之间控制容量固定、维护困难的问题，因此，需要设计依据具体需要可简单便捷的在三相之间变换控制容量和在线更换的简单结构，以提高装置适用灵活性与可维护性。
发明内容
本发明的目的是提供一种根据实际需求可简单便捷的在三相之间变换控制容量并且方便维护的有源型谐波治理与无功控制综合装置。本发明的技术解决方案是
一种有源型谐波治理与无功控制综合装置，其特征是包括多个独立的抽拉式有源滤波器组合模块，多个独立的抽拉式有源滤波器组合模块与一套双DSP与FPGA组合控制器连接，双DSP与FPGA组合控制器与基于DSP控制的液晶触摸屏连接；所述有源滤波器组合模块是由可抽拉的功率逆变模块和LCL滤波器模块通过接插件对接构成的，可以并联到任意一相，有源滤波器组合模块通过LCL滤波器模块并入电网；双DSP与FPGA组合控制器对每相可以根据实际容量配置的需求发出相应路数的相同PWM控制信号，控制相应数量的有源滤波器组合模块。装置采用模块化设计的柜体结构，柜体内有六个有源滤波器组合模块。多个独立的抽拉式有源滤波组合模块构成装置的全分相补偿的拓扑结构，每一个有源滤波器组合模块可以并联到任意一相，而任意一相可以由多个有源滤波组合模块并联构成。有六个独立的控制容量为150A的抽拉式有源滤波组合模块构成装置的全分相补偿的拓扑结构，单相控制容量最大达900A。组合控制器中的一个DSP实现采样、驱动输出以及保护功能，另一个DSP实现双校正新型工频锁相算法、谐波检测算法、计算补偿参考电流等控制算法，FPGA协调两个DSP间的通信，信号输入输出的缓存和锁存以及各个子模块之间的逻辑关系。本发明结构合理，柜体结构模块化设计，柜内模块化组合，在线更换模块容易，提高装置适用的灵活性与可维护性。可根据实际容量配置需求简单便捷的在三相之间变换控制容量，单相控制容量最大可达900A。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1是本发明工作原理示意图。图2是本发明中有源滤波组合模块结构图。图3是本发明中全分相补偿拓扑结构示意图。图中1、2、3分别为电网A、B、C相电压源，4为电网N相线，5非线性负载，6 LCL滤波模块，7功率逆变模块，8 PWM信号驱动板，9有源滤波器组合模块，10双DSP与FPGA组合控制器，11液晶触摸屏，12 A相系统电流互感器，13 A相装置电流互感器，14避雷器，15 断路器，16接触器，17软启动继电器，18预充电电阻，19、20、21为滤波电容，22快速熔断器， 23J4耦合电抗器，
25滤波电容，26 IGBT桥臂及吸收电容，27滤除高频无极性电容，四过压保护器，30 接插件，31、32、33分别为并联在A、B、C相的有源滤波器组合模块。
具体实施例方式一种有源型谐波治理与无功控制综合装置，包括多个独立的抽拉式有源滤波器组合模块，多个独立的抽拉式有源滤波器组合模块与一套双DSP与FPGA组合控制器连接，双 DSP与FPGA组合控制器与基于DSP控制的液晶触摸屏连接；所述有源滤波器组合模块是由可抽拉的功率逆变模块和LCL滤波器模块通过接插件对接构成的，可以并联到任意一相， 有源滤波器组合模块通过LCL滤波器模块并入电网；双DSP与FPGA组合控制器对每相可以根据实际容量配置的需求发出相应路数的相同PWM控制信号，控制相应数量的有源滤波器组合模块。装置采用模块化设计的柜体结构，柜体内有六个有源滤波器组合模块。
多个独立的抽拉式有源滤波组合模块构成装置的全分相补偿的拓扑结构，每一个有源滤波器组合模块可以并联到任意一相，而任意一相可以由多个有源滤波组合模块并联构成。有六个独立的控制容量为150A的抽拉式有源滤波组合模块构成装置的全分相补偿的拓扑结构，单相控制容量最大达900A。组合控制器中的一个DSP实现采样、驱动输出以及保护功能，另一个DSP实现双校正新型工频锁相算法、谐波检测算法、计算补偿参考电流等控制算法，FPGA协调两个DSP间的通信，信号输入输出的缓存和锁存以及各个子模块之间的逻辑关系。以控制一个有源滤波组合模块为例说明。双DSP与FPGA组合控制器与功率逆变模块的PWM信号驱动板连接，并且通过光纤与液晶触摸屏通信，实现人机交互。本发明中有源滤波器组合模块结构如图2所示，有源滤波模块组合由功率逆变模块和LCL滤波模块通过接插件对接构成；功率逆变模块由PWM信号驱动板、电压源逆变器与直流侧电容组成；电压源逆变器主要由桥式IGBT逆变器、散热器和风扇构成。直流侧由两个滤除高频的无极性电容、两个电解电容以及放电电阻组成；LCL滤波模块由两个快速熔断器、两个滤波电容和两个耦合电抗器组成。PWM信号驱动板输出控制桥式IGBT逆变器。本发明中典型的全分相补偿拓扑结构如图3所示，每一相由两个有源滤波组合模块并联构成，控制容量为300A。可依据实际容量配置的需求，实现三相之间不同控制容量的变换。例如A相并联三个有源滤波组合模块，控制容量为450A ；B相并联两个有源滤波组合模块，控制容量为300A ；C相并联一个有源滤波组合模块，控制容量为150A。如果六个有源滤波组合模块并联到一相，单相控制容量最大可达900A。
权利要求
1.一种有源型谐波治理与无功控制综合装置，其特征是包括多个独立的抽拉式有源滤波器组合模块，多个独立的抽拉式有源滤波器组合模块与一套双DSP与FPGA组合控制器连接，双DSP与FPGA组合控制器与基于DSP控制的液晶触摸屏连接；所述有源滤波器组合模块是由可抽拉的功率逆变模块和LCL滤波器模块通过接插件对接构成的，可以并联到任意一相，有源滤波器组合模块通过LCL滤波器模块并入电网；双DSP与FPGA组合控制器对每相可以根据实际容量配置的需求发出相应路数的相同PWM控制信号，控制相应数量的有源滤波器组合模块。
2.根据权利要求1所述的有源型谐波治理与无功控制综合装置，其特征是装置采用模块化设计的柜体结构，柜体内有六个有源滤波器组合模块。
3.根据权利要求1所述的有源型谐波治理与无功控制综合装置，其特征是多个独立的抽拉式有源滤波组合模块构成装置的全分相补偿的拓扑结构，每一个有源滤波器组合模块可以并联到任意一相，而任意一相可以由多个有源滤波组合模块并联构成。
4.根据权利要求3所述的有源型谐波治理与无功控制综合装置，其特征是有六个独立的控制容量为150A的抽拉式有源滤波组合模块构成装置的全分相补偿的拓扑结构，单相控制容量最大达900A。
全文摘要
本发明公开了一种有源型谐波治理与无功控制综合装置，多个独立的抽拉式有源滤波器组合模块与一套双DSP与FPGA组合控制器连接，组合控制器与液晶触摸屏连接；有源滤波器组合模块是由可抽拉的功率逆变模块和LCL滤波器模块通过接插件对接构成的，有源滤波器组合模块通过LCL滤波器模块并入电网；双DSP与FPGA组合控制器对每相可根据实际容量配置的需求发出相应路数的相同PWM控制信号，控制相应数量的有源滤波器组合模块。本发明柜体结构模块化设计，柜内模块化组合，在线更换模块容易，提高装置适用的灵活性与可维护性。可根据实际容量配置需求简单便捷的在三相之间变换控制容量，单相控制容量最大可达900A。
文档编号H02J3/18GK102255313SQ20111020825
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者周荔丹, 夏武, 姚钢, 宋玉锋, 施博一, 王新明 申请人:上海交通大学, 江苏现代电力电容器有限公司