用于配电网的电能质量综合治理装置的制作方法

本发明属于电力系统的电能质量管理的技术领域，尤其涉及一种电能质量综合治理装置。

背景技术：

现今，我国农村的低压配电网规模、线路长度、以及400V/220V低压线路都是和广大用户零距离接触。随着农村经济的发展和家电下乡政策的发展，各种大功率家用电器出现在农民的家中，农村的用电量迅速增加。

农村配送区经常出现以下的运行状况：农村农民工的农业生产和流动性，造成农村电网的大负荷波动；远离变电站、重负荷的终端电压较低，当变电站的电压调节、电压过高时，轻负荷过高，就会烧毁设备；某些区域有许多小水电站，雨季400V线路电压太高，严重的相电压可以达到295v，这可能会导致用户设备损坏；在低压三相四线制供电系统中，由于用户的单相负载或单相和三相负荷和负荷结构，大小的时间和功率是不同的，因此，三相负载不平衡的情况存在，提高变压器的功率损耗的影响，严重时会烧毁配电变压器；非线性负载的快速增长使得谐波问题出现，这对低压电网无功补偿装置的安全运行构成了巨大的威胁。

随着上述运行状况的出现，低压配电网存在着功率因数低、三相不平衡、电压不合格、谐波等问题，影响了供电质量。目前，一般管理装置功能单一，体积大，调节精度差，不能解决电能质量问题，影响设备的安全性，都是单独地采用低压有源电力滤波器来治理谐波、采用低压静止无功发生器来治理无功补偿、采用低电压治理装置来治理低电压，缺少一种综合性的能够起到治理谐波、功率因数低、三相不平衡及低电压的综合装置。

技术实现要素：

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种集无功补偿、谐波补偿、不平衡补偿以及低电压补偿这几种功能于一体的用于配电网的电能质量综合治理装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：用于配电网的电能质量综合治理装置，串接在电源U1和负载FZ1之间，所述电能质量综合治理装置包括：主电路和控制电路，所述主电路包括：变压器TR、滤波组件LC、滤波电抗器La、第一三电平逆变器CON1和第二三电平逆变器CON2；所述变压器TR的一次绕组串接在所述电源U1和所述负载FZ1之间，所述第一三电平逆变器CON1经过所述滤波组件LC和所述变压器TR的二次绕组后串联接入电网中，所述第二三电平逆变器CON2经过所述滤波电抗器La后与所述负载FZ1并接，所述第一三电平逆变器CON1的控制信号输入端和所述第二三电平逆变器CON2的控制信号输入端分别与所述控制电路的控制信号输出端电气连接。

优选地，所述控制电路包括：采集单元、预处理单元和主控单元，所述采集单元包括：电网电压检测电路、负载电路检测电路、输出电路检测电路和直流母线电压检测电路，所述预处理单元包括：调理电路和模数转换器，所述主控单元包括：DSP芯片、FPGA芯片、PWM脉冲封锁模块和PWM输出模块；所述电网电压检测电路的输出端、所述负载电路检测电路的输出端、所述输出电路检测电路的输出端和所述直流母线电压检测电路的输出端分别与所述调理电路的输入端电气连接，所述调理电路的输出端与所述模数转换器的输入端电气连接，所述模数转换器的输出端与所述DSP芯片的输入端电气连接，所述DSP芯片的输出端与所述FPGA芯片的输入端电气连接，所述FPGA芯片的输出端与所述PWM脉冲封锁模块的输入端电气连接，所述PWM脉冲封锁模块的输出端与所述PWM输出模块的输入端电气连接。

优选地，所述控制电路还包括：过零点检测电路和保护电路，所述过零点检测电路的输出端与所述DSP芯片的输入端电气连接，所述保护电路的输出端与所述PWM脉冲封锁模块的输入端电气连接。

优选地，所述电能质量综合治理装置还包括：旁路电路，所述旁路电路包括：第一接触器KM1、第二接触器KM2和第三接触器KM3，所述第一接触器KM1的常开触点串接在所述电源U1和所述变压器TR的一次绕组之间，所述第二接触器KM2的常开触点串接在所述滤波电抗器La和所述负载FZ1之间，所述第三接触器KM3的常开触点串接在所述电源U1和所述负载FZ1之间。

优选地，所述电能质量综合治理装置还包括：断路器QF1，所述断路器QF1串接在所述电源U1和所述第三接触器KM3的常开触点之间。

优选地，所述电能质量综合治理装置还包括：直流电容CL，所述直流电容CL并接在所述第一三电平逆变器CON1和所述第二三电平逆变器CON2的公共直流端。

优选地，所述直流电容CL包括：电容CL1和电容CL2，所述电容CL1和所述电容CL2串联在一起，且所述电容CL1和所述电容CL2之间的连线与所述电源U1的零线电气连接。

优选地，所述变压器TR包括：单相变压器TR1、单相变压器TR2和单相变压器TR3，所述滤波组件LC包括：电感L1、电感L2、电感L3、电容C1、电容C2和电容C3，所述滤波电抗器La包括：电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、电感L8、电感L9、电容C4、电容C5和电容C6，所述第一三电平逆变器CON1包括：三电平逆变电路T1、三电平逆变电路T2和三电平逆变电路T3，所述第二三电平逆变器CON2包括：三电平逆变电路T4、三电平逆变电路T5和三电平逆变电路T6，所述三电平逆变电路T1、T2、T3、T4、T5、T6的结构相同，所述三电平逆变电路T1的结构为：包括：四个IGBT单元，每个IGBT单元的集电极和发射极之间均连接有一个二极管，第一IGBT单元Q1的发射极分别与第二IGBT单元Q2的集电极和第三IGBT单元Q3的集电极相连，第三IGBT单元Q3的发射极与第四IGBT单元Q4的发射极相连；三相电源U1依次通过断路器QF1、第一接触器KM1的常开触点和第二接触器KM2的常开触点与所述负载FZ1相连，所述第一接触器KM1的常开触点和所述第二接触器KM2的常开触点的两端并接有第三接触器KM3的常开触点，所述单相变压器TR1的一次绕组串接在所述第一接触器KM1的常开触点和第二接触器KM2的常开触点之间的A相线路上，所述单相变压器TR2的一次绕组串接在所述第一接触器KM1的常开触点和第二接触器KM2的常开触点之间的B相线路上，所述单相变压器TR3的一次绕组串接在所述第一接触器KM1的常开触点和第二接触器KM2的常开触点之间的C相线路上；所述单相变压器TR1的二次绕组的一端与所述电源U1的零线相连，所述单相变压器TR1的二次绕组的另一端串接所述电感L1后与所述三电平逆变电路T1中第一IGBT单元Q1的发射极和第二IGBT单元Q2的集电极之间的连线相连，所述单相变压器TR2的二次绕组的一端与所述电源U1的零线相连，所述单相变压器TR2的二次绕组的另一端串接所述电感L2后与所述三电平逆变电路T2中第一IGBT单元Q1的发射极和第二IGBT单元Q2的集电极之间的连线相连，所述单相变压器TR3的二次绕组的一端与所述电源U1的零线相连，所述单相变压器TR3的二次绕组的另一端串接所述电感L3后与所述三电平逆变电路T3中第一IGBT单元Q1的发射极和第二IGBT单元Q2的集电极之间的连线相连，所述单相变压器TR1的二次绕组的两端并接有电容C1，所述单相变压器TR2的二次绕组的两端并接有电容C2，所述单相变压器TR3的二次绕组的两端并接有电容C3；所述电感L7的一端与所述单相变压器TR1的一次绕组和所述第二接触器KM2的常开触点之间的A相线路相连，所述电感L7的另一端依次串接所述电感L4和电阻R1后与所述三电平逆变电路T4中第一IGBT单元Q1的发射极和第二IGBT单元Q2的集电极之间的连线相连，所述电容C4的一端与所述电感L7和所述电感L4之间的连线相连，所述电容C4的另一端与所述电源U1的零线相连，所述电阻R1的两端并接有开关K1；所述电感L8的一端与所述单相变压器TR2的一次绕组和所述第二接触器KM2的常开触点之间的B相线路相连，所述电感L8的另一端依次串接所述电感L5和电阻R2后与所述三电平逆变电路T5中第一IGBT单元Q1的发射极和第二IGBT单元Q2的集电极之间的连线相连，所述电容C5的一端与所述电感L8和所述电感L5之间的连线相连，所述电容C5的另一端与所述电源U1的零线相连，所述电阻R2的两端并接有开关K2；所述电感L9的一端与所述单相变压器TR3的一次绕组和所述第二接触器KM2的常开触点之间的C相线路相连，所述电感L9的另一端依次串接所述电感L6和电阻R3后与所述三电平逆变电路T6中第一IGBT单元Q1的发射极和第二IGBT单元Q2的集电极之间的连线相连，所述电容C6的一端与所述电感L9和所述电感L6之间的连线相连，所述电容C6的另一端与所述电源U1的零线相连，所述电阻R3的两端并接有开关K3；所述三电平逆变电路T1中第一IGBT单元Q1的集电极分别与所述三电平逆变电路T2中第一IGBT单元Q1的集电极、所述三电平逆变电路T3中第一IGBT单元Q1的集电极、所述三电平逆变电路T4中第一IGBT单元Q1的集电极、所述三电平逆变电路T5中第一IGBT单元Q1的集电极和所述三电平逆变电路T6中第一IGBT单元Q1的集电极相连；所述三电平逆变电路T1中第二IGBT单元Q1的发射极分别与所述三电平逆变电路T2中第二IGBT单元Q2的发射极、所述三电平逆变电路T3中第二IGBT单元Q2的发射极、所述三电平逆变电路T4中第二IGBT单元Q2的发射极、所述三电平逆变电路T5中第二IGBT单元Q2的发射极和所述三电平逆变电路T6中第二IGBT单元Q2的发射极相连；所述三电平逆变电路T1中第四IGBT单元Q4的集电极、所述三电平逆变电路T2中第四IGBT单元Q4的集电极、所述三电平逆变电路T3中第四IGBT单元Q4的集电极、所述三电平逆变电路T4中第四IGBT单元Q4的集电极、所述三电平逆变电路T5中第四IGBT单元Q4的集电极和所述三电平逆变电路T6中第四IGBT单元Q4的集电极，均与所述电源U1的零线相连；所述三电平逆变电路T1中第一IGBT单元Q1的集电极和第二IGBT单元Q2的发射极之间，至少并接有一个直流电容CL，所述直流电容CL包括串联在一起的电容CL1和电容CL2，所述电容CL1和所述电容CL2之间的连线与所述电源U1的零线相连；所述第一接触器KM1的线圈、所述第二接触器KM2的线圈、所述第三接触器KM3的线圈、所述开关K1、所述开关K2和所述开关K3，均与所述控制电路102中的控制线路电气连接；所述三电平逆变电路T1、T2、T3、T4、T5、T6中的所有IGBT单元的门极，也均与所述控制电路中的控制线路电气连接。

优选地，所述模数转换器包括3个AD芯片，所述AD芯片的型号为AD7656。

优选地，所述过零点检测电路、所述调理电路、所述保护电路和所述模数转换器均设置在第一电路板上，所述DSP芯片、所述FPGA芯片、所述PWM脉冲封锁模块和所述PWM输出模块均设置在第二电路板上。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明中的电能质量综合治理装置包括主电路和控制电路，主电路包括变压器TR、滤波组件LC、滤波电抗器La、第一三电平逆变器CON1和第二三电平逆变器CON2，第一三电平逆变器CON1串联接入电网中，第二三电平逆变器CON2并接在负载端，第一三电平逆变器CON1的控制信号输入端和第二三电平逆变器CON2的控制信号输入端分别与控制电路的控制信号输出端电气连接；本发明采用串联+并联的三电平逆变器技术，通过控制电路对两个变流器进行实时控制，可以实现无功补偿、谐波补偿、不平衡补偿以及低电压补偿等各项电能质量的调节功能。

2、本发明中的控制电路可包括采集单元、预处理单元和主控单元，采集单元可包括电网电压检测电路、负载电路检测电路、输出电路检测电路和直流母线电压检测电路，预处理单元可包括调理电路和模数转换器，主控单元可包括DSP芯片、FPGA芯片、PWM脉冲封锁模块和PWM输出模块；本方案中的主电路完成对电网电能质量治理，控制电路主要实现实时模拟量和数字量的采集、复杂控制算法运算和电力电子器件的控制，电网电压检测电路、负载电路检测电路、输出电路检测电路和直流母线检测电路实时对电网的各种信号进行采集，将采集信号传递给调理电路进行处理，经过处理后的采集信号再传输给模数转换器，模数转换器传送给DSP芯片，DSP芯片根据采集信号通过FPGA芯片控制PWM输出模块给第一三电平逆变器CON1和第二三电平逆变器CON2中的每一个IGBT的门极输出不同的PWM信号，来实现无功补偿、谐波补偿、不平衡补偿以及低电压补偿的功能；本方案采用了DSP+FPGA的全数字控制方式，提高了整个装置的实时性。

3、本方案中的电能质量综合治理装置还可包括旁路电路，旁路电路包括第一接触器KM1、第二接触器KM2和第三接触器KM3，第一接触器KM1的常开触点串接在电源U1和变压器TR的一次绕组之间，第二接触器KM2的常开触点串接在滤波电抗器La和负载FZ1之间，第三接触器KM3的常开触点串接在电源U1和负载FZ1之间；本方案中的旁路电路可实现上电顺序的可控，以及当装置出现故障时旁路掉该装置以保证负载继续运行。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明实施例一提供的用于配电网的电能质量综合治理装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的用于配电网的电能质量综合治理装置中主电路的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的用于配电网的电能质量综合治理装置中控制电路的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的用于配电网的电能质量综合治理装置中控制电路的结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的用于配电网的电能质量综合治理装置的功率流图；

图中：101为主电路，102为控制电路，1021为采集单元，1022为预处理单元，1023为主控单元，1024为过零点检测电路，1025为保护电路，10211为电网电压检测电路，10212为负载电路检测电路，10213为输出电路检测电路，10214为直流母线电压检测电路，10221为调理电路，10222为模数转换器，10231为DSP芯片，10232为FPGA芯片，10233为PWM脉冲封锁模块，10234为PWM输出模块。

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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作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。

图1为本发明实施例一提供的用于配电网的电能质量综合治理装置的结构示意图，如图1所示，用于配电网的电能质量综合治理装置，串接在电源U1和负载FZ1之间，所述电能质量综合治理装置包括：主电路101和控制电路102，所述主电路101包括：变压器TR、滤波组件LC、滤波电抗器La、第一三电平逆变器CON1和第二三电平逆变器CON2；所述变压器TR的一次绕组串接在所述电源U1和所述负载FZ1之间，所述第一三电平逆变器CON1经过所述滤波组件LC和所述变压器TR的二次绕组后串联接入电网中，所述第二三电平逆变器CON2经过所述滤波电抗器La后与所述负载FZ1并接，所述第一三电平逆变器CON1的控制信号输入端和所述第二三电平逆变器CON2的控制信号输入端分别与所述控制电路102的控制信号输出端电气连接。

具体地，所述电源U1可为三相四线制的交流电网，额定电压为380V，频率为50Hz，电压波动范围为-40％～+20％。

具体地，所述变压器TR可主要由三个独立的单相变压器组成，由于其串接在交流电网和负载之间，故也可称为耦合变压器。

具体地，对于本实施例中的电能质量综合治理装置，可以适合各种负载特性，诸如线性、非线性、不平衡等。

进一步地，所述电能质量综合治理装置还可包括：旁路电路，所述旁路电路包括：第一接触器KM1、第二接触器KM2和第三接触器KM3，所述第一接触器KM1的常开触点串接在所述电源U1和所述变压器TR的一次绕组之间，所述第二接触器KM2的常开触点串接在所述滤波电抗器La和所述负载FZ1之间，所述第三接触器KM3的常开触点串接在所述电源U1和所述负载FZ1之间。

进一步地，所述电能质量综合治理装置还可包括：断路器QF1，所述断路器QF1串接在所述电源U1和所述第三接触器KM3的常开触点之间。

具体地，所述断路器QF1可为仅限断路器。

进一步地，所述电能质量综合治理装置还可包括：直流电容CL，所述直流电容CL并接在所述第一三电平逆变器CON1和所述第二三电平逆变器CON2的公共直流端。

更进一步地，所述直流电容CL可包括：电容CL1和电容CL2，所述电容CL1和所述电容CL2串联在一起，且所述电容CL1和所述电容CL2之间的连线与所述电源U1的零线电气连接。

具体地，所述直流电容CL的数量可根据实际需求进行调整。

本实施例采用串联+并联的三电平逆变器技术，通过控制电路102对两个变流器进行实时控制，可以实现无功补偿、谐波补偿、不平衡补偿以及低电压补偿等各项电能质量的调节功能。

此外，本实施例中的旁路电路可实现上电顺序的可控，以及当装置出现故障时旁路掉该装置以保证负载继续运行。

图2为本发明实施例一提供的用于配电网的电能质量综合治理装置中主电路的结构示意图，如图2所示，所述变压器TR包括：单相变压器TR1、单相变压器TR2和单相变压器TR3，所述滤波组件LC包括：电感L1、电感L2、电感L3、电容C1、电容C2和电容C3，所述滤波电抗器La包括：电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、电感L8、电感L9、电容C4、电容C5和电容C6，所述第一三电平逆变器CON1包括：三电平逆变电路T1、三电平逆变电路T2和三电平逆变电路T3，所述第二三电平逆变器CON2包括：三电平逆变电路T4、三电平逆变电路T5和三电平逆变电路T6，所述三电平逆变电路T1、T2、T3、T4、T5、T6的结构相同，所述三电平逆变电路T1的结构为：包括：四个IGBT单元，每个IGBT单元的集电极和发射极之间均连接有一个二极管，第一IGBT单元Q1的发射极分别与第二IGBT单元Q2的集电极和第三IGBT单元Q3的集电极相连，第三IGBT单元Q3的发射极与第四IGBT单元Q4的发射极相连。

三相电源U1依次通过断路器QF1、第一接触器KM1的常开触点和第二接触器KM2的常开触点与所述负载FZ1相连，所述第一接触器KM1的常开触点和所述第二接触器KM2的常开触点的两端并接有第三接触器KM3的常开触点，所述单相变压器TR1的一次绕组串接在所述第一接触器KM1的常开触点和第二接触器KM2的常开触点之间的A相线路上，所述单相变压器TR2的一次绕组串接在所述第一接触器KM1的常开触点和第二接触器KM2的常开触点之间的B相线路上，所述单相变压器TR3的一次绕组串接在所述第一接触器KM1的常开触点和第二接触器KM2的常开触点之间的C相线路上；所述单相变压器TR1的二次绕组的一端与所述电源U1的零线相连，所述单相变压器TR1的二次绕组的另一端串接所述电感L1后与所述三电平逆变电路T1中第一IGBT单元Q1的发射极和第二IGBT单元Q2的集电极之间的连线相连，所述单相变压器TR2的二次绕组的一端与所述电源U1的零线相连，所述单相变压器TR2的二次绕组的另一端串接所述电感L2后与所述三电平逆变电路T2中第一IGBT单元Q1的发射极和第二IGBT单元Q2的集电极之间的连线相连，所述单相变压器TR3的二次绕组的一端与所述电源U1的零线相连，所述单相变压器TR3的二次绕组的另一端串接所述电感L3后与所述三电平逆变电路T3中第一IGBT单元Q1的发射极和第二IGBT单元Q2的集电极之间的连线相连，所述单相变压器TR1的二次绕组的两端并接有电容C1，所述单相变压器TR2的二次绕组的两端并接有电容C2，所述单相变压器TR3的二次绕组的两端并接有电容C3。

所述电感L7的一端与所述单相变压器TR1的一次绕组和所述第二接触器KM2的常开触点之间的A相线路相连，所述电感L7的另一端依次串接所述电感L4和电阻R1后与所述三电平逆变电路T4中第一IGBT单元Q1的发射极和第二IGBT单元Q2的集电极之间的连线相连，所述电容C4的一端与所述电感L7和所述电感L4之间的连线相连，所述电容C4的另一端与所述电源U1的零线相连，所述电阻R1的两端并接有开关K1；所述电感L8的一端与所述单相变压器TR2的一次绕组和所述第二接触器KM2的常开触点之间的B相线路相连，所述电感L8的另一端依次串接所述电感L5和电阻R2后与所述三电平逆变电路T5中第一IGBT单元Q1的发射极和第二IGBT单元Q2的集电极之间的连线相连，所述电容C5的一端与所述电感L8和所述电感L5之间的连线相连，所述电容C5的另一端与所述电源U1的零线相连，所述电阻R2的两端并接有开关K2；所述电感L9的一端与所述单相变压器TR3的一次绕组和所述第二接触器KM2的常开触点之间的C相线路相连，所述电感L9的另一端依次串接所述电感L6和电阻R3后与所述三电平逆变电路T6中第一IGBT单元Q1的发射极和第二IGBT单元Q2的集电极之间的连线相连，所述电容C6的一端与所述电感L9和所述电感L6之间的连线相连，所述电容C6的另一端与所述电源U1的零线相连，所述电阻R3的两端并接有开关K3。

所述三电平逆变电路T1中第一IGBT单元Q1的集电极分别与所述三电平逆变电路T2中第一IGBT单元Q1的集电极、所述三电平逆变电路T3中第一IGBT单元Q1的集电极、所述三电平逆变电路T4中第一IGBT单元Q1的集电极、所述三电平逆变电路T5中第一IGBT单元Q1的集电极和所述三电平逆变电路T6中第一IGBT单元Q1的集电极相连；所述三电平逆变电路T1中第二IGBT单元Q2的发射极分别与所述三电平逆变电路T2中第二IGBT单元Q2的发射极、所述三电平逆变电路T3中第二IGBT单元Q2的发射极、所述三电平逆变电路T4中第二IGBT单元Q2的发射极、所述三电平逆变电路T5中第二IGBT单元Q2的发射极和所述三电平逆变电路T6中第二IGBT单元Q2的发射极相连；所述三电平逆变电路T1中第四IGBT单元Q4的集电极、所述三电平逆变电路T2中第四IGBT单元Q4的集电极、所述三电平逆变电路T3中第四IGBT单元Q4的集电极、所述三电平逆变电路T4中第四IGBT单元Q4的集电极、所述三电平逆变电路T5中第四IGBT单元Q4的集电极和所述三电平逆变电路T6中第四IGBT单元Q4的集电极，均与所述电源U1的零线相连；所述三电平逆变电路T1(或T2、或T3、或T4、或T5、或T6)中第一IGBT单元Q1的集电极和第二IGBT单元Q2的发射极之间，至少并接有一个直流电容CL，所述直流电容CL包括串联在一起的电容CL1和电容CL2，所述电容CL1和所述电容CL2之间的连线与所述电源U1的零线相连。

所述第一接触器KM1的线圈、所述第二接触器KM2的线圈、所述第三接触器KM3的线圈、所述开关K1、所述开关K2和所述开关K3，均与所述控制电路102中的控制线路电气连接；所述三电平逆变电路T1、T2、T3、T4、T5、T6中的所有IGBT单元的门极，也均与所述控制电路102中的控制线路电气连接。

图3为本发明实施例一提供的用于配电网的电能质量综合治理装置中控制电路的结构示意图，如图3所示，所述控制电路102可包括：采集单元1021、预处理单元1022和主控单元1023，所述采集单元1021可包括：电网电压检测电路10211、负载电路检测电路10212、输出电路检测电路10213和直流母线电压检测电路10214，所述预处理单元1022可包括：调理电路10221和模数转换器10222，所述主控单元1023可包括：DSP芯片10231、FPGA芯片10232、PWM脉冲封锁模块10233和PWM输出模块10234。

所述电网电压检测电路10211的输出端、所述负载电路检测电路10212的输出端、所述输出电路检测电路10213的输出端和所述直流母线电压检测电路10214的输出端分别与所述调理电路10221的输入端电气连接，所述调理电路10221的输出端与所述模数转换器10222的输入端电气连接，所述模数转换器10222的输出端与所述DSP芯片10231的输入端电气连接，所述DSP芯片10231的输出端与所述FPGA芯片10232的输入端电气连接，所述FPGA芯片10232的输出端与所述PWM脉冲封锁模块10233的输入端电气连接，所述PWM脉冲封锁模块10233的输出端与所述PWM输出模块10234的输入端电气连接。

控制电路102中的主控部分是整个装置的重要组成部分，决定着装置的正常运行和功能实现。考虑到整个装置对实时性的要求比较高，结合数字控制的一些特点，最终采用DSP+FPGA的全数字控制方案，其中，DSP芯片10231可为TMS320F28335芯片，主要实现基波电网电压锁相、指令电流运算、直流侧电压控制、系统过压、过流保护等功能；FPGA芯片10232可为EP2C8Q208C8N，主要实现PWM信号的产生；为了确保采样的精度，可以不采用DSP的内部AD，而可以选择AD7656芯片，AD7656芯片是一个16位的AD芯片，有6个采样通道，并行转换，输入信号范围为±10V。由于需要采样的信号包括三相电网电压u_sa、u_sb、u_sc，三相电网电流i_sa、i_sb、i_sc，装置三相输出电压u_ca、u_cb、u_cc，输出电流i_ca、i_cb、i_cc，负载电流i_la、i_lb、i_lc，串联输出电流i_1a、i_1b、i_1c和直流侧电容电压共18路信号，故本实施例中共需3片AD7656。

本实施例中的主电路101完成对电网电能质量治理，控制电路102主要实现实时模拟量和数字量的采集、复杂控制算法运算和电力电子器件的控制，电网电压检测电路10211、负载电路检测电路10212、输出电路检测电路10213和直流母线检测电路10214实时对电网的各种信号进行采集，将采集信号传递给调理电路10221进行处理，经过处理后的采集信号再传输给模数转换器10222，模数转换器10222传送给DSP芯片10231，DSP芯片10231根据采集信号通过FPGA芯片10232控制PWM输出模块10234给第一三电平逆变器CON1和第二三电平逆变器CON2中的每一个IGBT的门极输出不同的PWM信号，来实现无功补偿、谐波补偿、不平衡补偿以及低电压补偿的功能；本方案采用了DSP+FPGA的全数字控制方式，提高了整个装置的实时性。

图4为本发明实施例二提供的用于配电网的电能质量综合治理装置中控制电路的结构示意图，如图4所示，在实施例一的基础上，所述控制电路102还可包括：过零点检测电路1024和保护电路1025，所述过零点检测电路1024的输出端与所述DSP芯片10231的输入端电气连接，所述保护电路1025的输出端与所述PWM脉冲封锁模块10233的输入端电气连接。

本实施例中，所述过零点检测电路1024和所述保护电路1025的输入信号来自于采集的三相电网电压和电流。

具体地，所述过零点检测电路1024、所述调理电路10221、所述保护电路1025和所述模数转换器10222均可设置在一个AD板上，所述DSP芯片10231、所述FPGA芯片10232、所述PWM脉冲封锁模块10233和所述PWM输出模块10234均可设置在一个FPGA+DSP控制板上。

图5为本发明实施例一提供的用于配电网的电能质量综合治理装置的功率流图，如图5所示，给出了装置的单相功率流图，直流母线端的电容等效为单个电容C_dc，此外电路中忽略了线路阻抗，耦合变压器TR视为一个理想的变压器。负载电流i_L具有非线性特性，由基波有功电流i_LP、基波无功电流i_LQ和谐波电流i_Lh三部分组成，i_L＝i_LP+i_LQ+i_Lh。对两个变流器进行实时控制，可以实现前述各项电能质量调节功能。采用直接控制策略，对串联变流器(即第一三电平逆变器CON1)和并联变流器(即第二三电平逆变器CON2)分别进行独立的控制，利于各个变流器选择最优的控制策略来实现最优的控制效果。串联变流器受控为基波正弦电流源，其输出电流i₁为正弦波，经耦合变压器TR的线性放大作用，因此电网输入电流i_s受控为正弦。若控制使得i_s与电网输入电压v_s同相，则电网输入功率因数为1，使电网仅向负载输出有功功率P_s,而无功功率Q_s＝0，显然此时串联变流器只是处理有功功率P₁，而无功功率Q₁＝0。控制并联变流器为额定正弦电压源，可使它输出至负载的电压为正弦波额定电压v_R且与电网输入电压基波v_s1同相，从而保证了在电网输入电压有谐波、非额定、不对称情况下负载端对电压的要求。

由于电网输入电流i_s在串联变流器的控制下为正弦波，因此迫使并联变流器向负载输出电流i₃＝i_LQ+i_Lh+(i_LP-i_s)，其中i_LQ补偿负载无功电流、i_Lh补偿负载谐波电流，而负载的有功电流i_LP则由交流电网(i_s)和并联变流器(i_2d)共同提供，i_2d＝i_LP-i_s，也即并联变流器输出用于补偿负载无功功率的无功功率Q₂外，还输出部分有功功率P₂。而由于并联变流器受控为额定基波正弦电压源，负载电压v_L总是维持额定正弦波不变，因此迫使串联变流器经耦合变压器输出的电压Δv由两部分组成，Δv＝Δv₁+Δv_h，其中Δv_h为谐波补偿电压，它与交流电源中的谐波电压v_sh大小相等，Δv_h＝v_sh，但方向相反；Δv₁为基波电压补偿量，用于补偿电源电压的基波v_s1与负载电压额定值v_R的偏差，所以串联变流器提供的补偿电压Δv既抵消了电源电压v_s中的谐波v_sh，又补偿基波电压v_s1，使负载电压v_L成为与电网基波电压v_s1同相的正弦波额定电压v_R。

正是由于串联变流器和并联变流器的共同作用，使得在负载非线性、电网输入电压高于或低于额定值v_R且含有谐波电压时，负载电压v_L补偿到与电网输入电压同相的额定正弦电压v_R，同时交流电网仅输入基波有功电流i_s，电网输入功率因数为1。

关于低电压补偿策略，在对配电网低电压补偿策略进行选取时，一般主要考虑两个方面：一是电压补偿能力，即在相同的直流侧电压的条件下，最大幅度的补偿电压的问题；二是能量补偿能力，即在相同直流电压和储能电容的条件下，获得最长电压跌落的补偿时间。目前常采用缺损电压补偿法、同相电压补偿法和最小有功注入补偿法三种电压补偿策略来对电压进行补偿。其中，缺损电压补偿法，是以跌落前的电压相量作为参考量，注入补偿电压使负荷侧电压相量的幅值和相位都不发生改变。这种算法最简单，而且从负荷的角度来看，由于负荷侧电压相量的幅值和相位都不发生变化，因此补偿的效果最好。

综上所述，本发明的方案具有以下优点，具有突出的实质性特点和显著的进步：主回路采用串联+并联方式综合进行无功补偿、补偿谐波、不平衡补偿以及补偿低电压；主回路带有旁路功能可在装置故障时自动将装置切除不影响后端供电；耦合部分采用LCT型滤波器结构更好的减少开关次谐波逆变器部分采用双向三电平逆变电路提高开关频率和实现功率的六个方向流动。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。