專利名稱：新型數(shù)字化有源電力濾波器的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及一種新型數(shù)字化有源電力濾波器，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的發(fā)展，一方面各種復(fù)雜、精密的對(duì)電能質(zhì)量敏感的用戶不斷增加；另一方面，產(chǎn)生電力諧波的設(shè)備如變頻器、工業(yè)電源等等的使用日益廣泛，使得電力諧波的危害越來越突出、尖銳?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)對(duì)諧波進(jìn)行限制，目前對(duì)于諧波治理和無功補(bǔ)償主要采用同步調(diào)相機(jī)、串并聯(lián)電容器、并聯(lián)LCR支路、飽和電抗器等靜、動(dòng)態(tài)無源補(bǔ)償濾波裝置。同步調(diào)相機(jī)只能用于無功補(bǔ)償，且其反應(yīng)速度慢，電網(wǎng)諧波會(huì)明顯增加其損耗。無源補(bǔ)償濾波裝置則有如下不足其濾波補(bǔ)償特性依賴于電網(wǎng)和負(fù)載參數(shù)，而這些參數(shù)是經(jīng)常變化的；LCR參數(shù)的漂移會(huì)導(dǎo)致濾波特性的改變；可能發(fā)生電網(wǎng)與濾波器間的串并聯(lián)諧振，造成諧波放大；具有負(fù)的電壓調(diào)整效應(yīng)。其應(yīng)用有相當(dāng)?shù)木窒扌浴Ｒ虼?，在上世紀(jì)70年代末誕生的有源電力濾波器發(fā)展迅速，并隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的進(jìn)步不斷地走向完善。
有源電力濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功功率的多功能電力電子裝置，原理上基于先進(jìn)的瞬時(shí)無功功率理論，濾波器實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載電流的大小，計(jì)算出相應(yīng)的基波值后與之相減，得出需要補(bǔ)償?shù)闹C波電流和無功電流，控制逆變橋上的大功率電子開關(guān)使之輸出所需的補(bǔ)償電流，達(dá)到抑制諧波和補(bǔ)償無功的效果。如高玉奎《電氣傳動(dòng)》1999，29(1)51-53，有源電力濾波器的研究；王磊《第十四屆全國(guó)電源技術(shù)年會(huì)》2001，P.312-314，311，基于DSP的三相四線有源電力濾波器的控制；王曉峰《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》2002(1)69-72，TMS320F2XX在有源電力濾波器中的應(yīng)用等均有報(bào)導(dǎo)。
雖然目前已有采用DSP或單片機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)、跟蹤負(fù)載電流變化，自動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流的數(shù)字化有源電力濾波器的文獻(xiàn)報(bào)道，但經(jīng)權(quán)威查新機(jī)構(gòu)確認(rèn)，本項(xiàng)目在同時(shí)采用DSP和單片機(jī)，使之有機(jī)結(jié)合構(gòu)成雙CPU控制系統(tǒng)，提高有源電力濾波器實(shí)時(shí)跟蹤能力和高頻濾波器參數(shù)及負(fù)載的變化實(shí)時(shí)計(jì)入補(bǔ)償電流參考值這兩點(diǎn)上有所創(chuàng)新，使得本新型數(shù)字化有源電力濾波器的技術(shù)性能達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提出的一種新型數(shù)字化有源電力濾波器。該裝置同時(shí)采用DSP和單片機(jī)，使之有機(jī)結(jié)合構(gòu)成雙CPU控制系統(tǒng)，提高了有源電力濾波器實(shí)時(shí)跟蹤能力，并把高頻濾波器參數(shù)及負(fù)載的變化實(shí)時(shí)計(jì)入補(bǔ)償電流參考值，使得電網(wǎng)的輸入電流為正弦波形，并達(dá)到補(bǔ)償負(fù)載電流中的諧波分量和無功功率的目的。
本實(shí)用新型的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)新型數(shù)字化有源電力濾波器由由檢測(cè)單元、控制單元、變流器、儲(chǔ)能單元和濾波電路組成。檢測(cè)單元對(duì)負(fù)載端的電壓、電流信號(hào)和變流器的三相輸出電流進(jìn)行檢測(cè)，并把檢測(cè)信號(hào)送入控制單元進(jìn)行分析計(jì)算，輸出相應(yīng)的脈沖驅(qū)動(dòng)變流器中逆變橋的大功率開關(guān)管S1～S6工作，以產(chǎn)生與負(fù)載電流中的諧波電流大小相等方向相反的電流，從而達(dá)到補(bǔ)償負(fù)載電流中的諧波分量和無功功率的目的，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的輸入電流為正弦波形。濾波電路濾除由于變流器中逆變橋的大功率開關(guān)管S1～S6高頻開關(guān)所引起的高次電流分量。儲(chǔ)能單元提供變流器中的逆變橋工作時(shí)所需要的能量，并通過逆變橋中的各個(gè)大功率開關(guān)管S1～S6的反并聯(lián)二極管D1～D6進(jìn)行充電。
檢測(cè)單元由電壓傳感器和電流傳感器組成。
控制單元由數(shù)字信號(hào)處理器DSP、單片機(jī)和隔離驅(qū)動(dòng)組成。
濾波電路由電感L1～L3、電容C1～C6和電阻R1～R3組成。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1、實(shí)時(shí)跟蹤能力強(qiáng)，諧波電流及無功補(bǔ)償效果好。
電壓THDu≤5.0％；電流補(bǔ)償前THDi＜50％時(shí)，補(bǔ)償后THDl≤5.0％；補(bǔ)償前THDi≥50％時(shí)，可補(bǔ)償總畸變率的90％以上。
2、功率因數(shù)高cos≥0.98。
3、過載能力不存在過載問題，當(dāng)系統(tǒng)中諧波較大時(shí)仍可繼續(xù)工作。
4、適應(yīng)能力當(dāng)系統(tǒng)阻抗與頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，不會(huì)影響補(bǔ)償效果。
5、阻尼作用不會(huì)產(chǎn)生諧振或諧波放大，且對(duì)外電路振蕩具有阻尼作用。
四

圖1為新型數(shù)字化有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為新型數(shù)字化有源電力濾波器的電路原理圖。
1檢測(cè)單元，2控制單元，3變流器，4儲(chǔ)能單元，5濾波電路，6數(shù)字信號(hào)處理器DSP，7單片機(jī)，8隔離驅(qū)動(dòng)。
五具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是以下實(shí)施例只用于對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本實(shí)用新型的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
實(shí)施例新型數(shù)字化有源電力濾波器如圖1～2所示，它由檢測(cè)單元1、控制單元2、變流器3、儲(chǔ)能單元4和濾波電路5組成。檢測(cè)單元1由電壓傳感器和電流傳感器組成。控制單元2由數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)6、單片機(jī)7和隔離驅(qū)動(dòng)8組成。變流器3由大功率電子開關(guān)S1～S6及其反并聯(lián)二極管D1～D6組成。濾波電路5由電感L1～L3、電容C1～C6和電阻R1～R3組成。儲(chǔ)能單元由電容C7～C8組成。上述各組電子元件的電路連接方式如下檢測(cè)單元1對(duì)負(fù)載端的電壓、電流信號(hào)和變流器3的三相輸出電流進(jìn)行檢測(cè)，并把檢測(cè)信號(hào)送入控制單元2?？刂茊卧?中的單片機(jī)7將檢測(cè)信號(hào)送入數(shù)字信號(hào)處理器DSP6進(jìn)行分析計(jì)算，并把計(jì)算結(jié)果輸出給隔離驅(qū)動(dòng)8。隔離驅(qū)動(dòng)8輸出相應(yīng)的脈沖驅(qū)動(dòng)變流器3中逆變橋的大功率開關(guān)管S1～S6工作，以產(chǎn)生與負(fù)載電流中的諧波電流大小相等方向相反的電流，從而達(dá)到補(bǔ)償負(fù)載電流中的諧波分量和無功功率的目的，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的輸入電流為正弦波形。濾波電路5濾除由于變流器3中逆變橋的大功率開關(guān)管S1～S6高頻開關(guān)所引起的高次電流分量。儲(chǔ)能單元4提供變流器3中的逆變橋工作時(shí)所需要的能量，并通過逆變橋中的各個(gè)大功率開關(guān)管S1～S6的反并聯(lián)二極管D1～D6進(jìn)行充電。
權(quán)利要求1.新型數(shù)字化有源電力濾波器，其特征在于該濾波器由檢測(cè)單元(1)、控制單元(2)、變流器(3)、儲(chǔ)能單元(4)和濾波電路(5)組成，檢測(cè)單元(1)對(duì)負(fù)載端的電壓、電流信號(hào)和變流器(3)的三相輸出電流進(jìn)行檢測(cè)，并把檢測(cè)信號(hào)送入控制單元(2)進(jìn)行分析計(jì)算，輸出相應(yīng)的脈沖驅(qū)動(dòng)變流器(3)中逆變橋的大功率開關(guān)管S1～S6工作，以產(chǎn)生與負(fù)載電流中的諧波電流大小相等方向相反的電流，同時(shí)由濾波電路(5)濾除由于變流器(3)中逆變橋的大功率開關(guān)管S1～S6高頻開關(guān)所引起的高次電流分量；儲(chǔ)能單元(4)提供變流器(3)中的逆變橋工作時(shí)所需要的能量，并通過逆變橋中的各個(gè)大功率開關(guān)管S1～S6的反并聯(lián)二極管D1～D6進(jìn)行充電。
2.按照權(quán)利要求1所述新型數(shù)字化有源電力濾波器，其特征在于檢測(cè)單元(1)由電壓傳感器和電流傳感器組成。
3.按照權(quán)利要求1所述新型數(shù)字化有源電力濾波器，其特征在于控制單元(2)由數(shù)字信號(hào)處理器DSP(6)、單片機(jī)(7)、隔離驅(qū)動(dòng)(8)組成。
4.按照權(quán)利要求1所述新型數(shù)字化有源電力濾波器，其特征在于濾波電路(5)由電感L1～L3、電容C1～C6和電阻R1～R3組成。
專利摘要一種新型的數(shù)字化有源電力濾波器，其特點(diǎn)是該濾波器由檢測(cè)單元(1)、控制單元(2)、變流器(3)、儲(chǔ)能單元(4)和濾波電路(5)組成。通過檢測(cè)單元(1)對(duì)負(fù)載端的電壓、電流信號(hào)和變流器(3)的三相輸出電流進(jìn)行檢測(cè)，并把檢測(cè)信號(hào)送入控制單元(2)進(jìn)行分析計(jì)算，輸出相應(yīng)的脈沖驅(qū)動(dòng)變流器(3)中逆變橋的大功率開關(guān)管S
文檔編號(hào)H02M1/12GK2645316SQ0325030
公開日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2003年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月12日
發(fā)明者黃念慈, 張代潤(rùn), 宋婷婷, 段述江, 賀明智, 白三中 申請(qǐng)人:四川大學(xué)