專利名稱：有源電力濾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種有效消除電網(wǎng)諧波的裝置，屬于一種有源電力濾波裝置。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，諧波電流和無功電流大量注入電網(wǎng)，引起的危害日益嚴(yán)重。諧波電流使損耗加大，發(fā)熱嚴(yán)重，設(shè)備壽命縮短，設(shè)備事故頻繁，危及電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的安全運(yùn)行，而且功率因數(shù)嚴(yán)重不足，電能質(zhì)量惡化，電能利用率大大降低，造成經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。因此，治理諧波和補(bǔ)償無功已成為當(dāng)前電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)、電氣自動(dòng)化、理論電工等領(lǐng)域的重要研究課題。一直以來，人們普遍采用無源濾波裝置來吸收諧波源(非線形負(fù)荷)所產(chǎn)生的諧波電流。傳統(tǒng)的LC無源濾波器(簡(jiǎn)稱PF)可以有效消除諧波的危害，但是這種裝置本身存在著許多的不足與缺陷如無源電力濾波裝置指針對(duì)特定的頻率的諧波；存在著與電網(wǎng)發(fā)生諧振的可能性；對(duì)電網(wǎng)阻抗和頻率的變化十分敏感；體積大、損耗大等。現(xiàn)在，許多專家學(xué)者和工程技術(shù)人員都在研究動(dòng)態(tài)可調(diào)的裝置來解決電能質(zhì)量問題。其中最具代表性的就是有源電力濾波(以下簡(jiǎn)稱APF)。有源電力濾波技術(shù)作用為改善供電質(zhì)量的一關(guān)鍵技術(shù)，在國外已經(jīng)有了實(shí)際運(yùn)用，國內(nèi)對(duì)有源濾波裝置的研究目前基本還處于技術(shù)研究階段，本申請(qǐng)人開發(fā)出的有源電力濾波裝置，把測(cè)量電網(wǎng)或諧波發(fā)生源(非線形負(fù)荷)的電流信號(hào)，通過計(jì)算得出其中的諧波成分，最后產(chǎn)生一個(gè)與諧波反相等幅的的諧波電流與之抵消，從而達(dá)到消除諧波的目的。由于負(fù)荷產(chǎn)生的諧波中有高次諧波和低次諧波，高次諧波如11、13、17、19、21、23、25、31次諧波等，低次諧波如、5次、7次諧波等。對(duì)常用的6脈沖整流負(fù)荷而言，5次諧波電流占基波電流的20-22％，7次諧波電流占基波電流的11-15％，其它高次諧波所占分量小于1/h(h為諧波次數(shù))。APF所用大功率開關(guān)電力電子元件的開關(guān)頻率為5-6KHZ，因而對(duì)較低次數(shù)的諧波的濾波效果較高，如對(duì)5次及7次，其濾波率在90％以上；較高次諧波的濾波效果較低，如對(duì)11次、13次為50％以上，對(duì)更高次諧波的濾波率效果相應(yīng)會(huì)更低。因此將APF的容量集中使用于低次濾波，將會(huì)充分發(fā)揮APF的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。如果用APF對(duì)上述的所有諧波進(jìn)行補(bǔ)償，需要有很大的容量，增大裝置的容量，成本也隨著增大，使得該裝置的價(jià)格就非常昂貴。為了降低成本，本申請(qǐng)人在實(shí)際使用中就把APF和無源濾波裝置(以下簡(jiǎn)稱PF)接入電網(wǎng)綜合利用。其原理是APF的控制補(bǔ)償只針對(duì)較低次諧波，如5次、7次；PF的控制補(bǔ)償只針對(duì)較高次諧波，如11、13、17、19、21、23、25、31、33次諧波等。APF要能夠進(jìn)行選擇性控制，才能實(shí)現(xiàn)APF+PF的綜合利用。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種能進(jìn)行選擇性控制的有源電力濾波裝置。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，它是包括電流轉(zhuǎn)換電路、指令電流運(yùn)算電路、補(bǔ)償電流發(fā)生電路，自動(dòng)限幅電路、顯示及操作控制器；指令電流運(yùn)算電路包括鎖相環(huán)連接的正、余弦發(fā)生電路分別連接的第一2相/2相坐標(biāo)變換器、第二2相/2相坐標(biāo)變換器，3相/2相坐標(biāo)變換器通過第一2相/2相坐標(biāo)變換器并接第一低通濾波器、第二低通濾波器；第二2相/2相坐標(biāo)變換器連接2相/3相坐標(biāo)變換器，還包括在鎖相環(huán)前面連接的n倍頻電路，由n倍頻電路把電源電壓ea轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，頻率信號(hào)放大n倍，最后得到n次諧波電流。
本實(shí)用新型的由于能選擇性控制，只產(chǎn)生低次的反相諧波電流，不作全面的波形補(bǔ)償，其余高次部分由PF吸收并補(bǔ)償無功。動(dòng)態(tài)性能好的APF，對(duì)應(yīng)負(fù)荷電流中量大的低次諧波電流，充分發(fā)揮了APF的作用，大大降低APF的綜合成本。


圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的原理框圖圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的可選擇性指令電流運(yùn)算電路原理圖圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的檢測(cè)方式的原理圖圖中1-是電流轉(zhuǎn)換電路 2-是指令電流運(yùn)算電路 3-是自動(dòng)限幅電路 4-是補(bǔ)償電流發(fā)生電路 5-是顯示及操作控制器 *ih-是諧波電流檢測(cè)信號(hào)ih′-是補(bǔ)償諧波電流 N-是n倍頻電路 PLL-鎖相環(huán) sin、cos-是正、余弦發(fā)生電路 C32-2相/3相坐標(biāo)變換器 Cn-第一2相/2相坐標(biāo)變換器 LPF-第一低通濾波器 LPF-第二低通濾波器 C-1n-第二2相/2相坐標(biāo)變換器C23-2相/3相坐標(biāo)變換器 ea-是電源電壓 ia、ib、ic-是三相電流信號(hào)ia、iβ-是電流的a、β軸分量 ipn-是n次有功電流 ipn-是n次有功直流分量iqn-是n次無功電流 iqn-是n次無功直流分量ian、iβn-是n次諧波電流的a、β軸分量 ian、ibn icn-是n次三相諧波電流6-是5次指令電流運(yùn)算電路 7-是7次指令電流運(yùn)算電路 8-是11次指令電流運(yùn)算電路9-是13次指令電流運(yùn)算電路 ia5、ib5、ic5-是三相5次諧波電流ia7、ib7、ic7-是三相7次諧波電流 ia11、ib11、ic11-是三相11次諧波電流ia13、ib13、ic13-是三相13次諧波電流具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，本實(shí)施例是由電流轉(zhuǎn)換電路1、指令電流運(yùn)算電路2，補(bǔ)償電流發(fā)生電路4、自動(dòng)限幅電路3、顯示及操作控制器5組成。所述的電流轉(zhuǎn)換電路1是將電流互感器二次測(cè)取得的諧波電流檢測(cè)信號(hào)*ih、各電能參數(shù)量、各保護(hù)信號(hào)經(jīng)過電流/電壓及數(shù)字/模擬變換成有源電力濾波裝置適用的負(fù)荷電流信號(hào)。所述的補(bǔ)償電流發(fā)生電路4的作用是根據(jù)指令電流運(yùn)算電路輸出的補(bǔ)償電流指令信號(hào)產(chǎn)生實(shí)際的補(bǔ)償電流。補(bǔ)償電流發(fā)生電路4由電流跟蹤控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和主電路三部分構(gòu)成。主電路是采用PWM變流器，PWM變流器為電壓型由三相IGBT智能功率模塊和與之相連的電容C和濾波用三相電感Lb組成。所述的指令電流運(yùn)算電路2的核心作用是檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象的諧波電流，因此也被稱為諧波電流檢測(cè)電路。自動(dòng)限幅電路3是由在指令電流運(yùn)算電路中的可調(diào)電阻兩端并接了兩個(gè)反接的穩(wěn)壓二極管構(gòu)成，是限定指令電流運(yùn)算電路的輸出信號(hào)電壓幅值。參照?qǐng)D2，指令電流運(yùn)算電路2是n倍頻電路N連接鎖相環(huán)，鎖相環(huán)PLL通過正、余弦發(fā)生電路sin、cos分別連接的第一2相/2相坐標(biāo)變換器Cn、第二2相/2相坐標(biāo)變換器C-1n，3相/2相坐標(biāo)變換器C32通過第一2相/2相坐標(biāo)變換器Cn并接第一低通濾波器LPF、第二低通濾波器LPF；第二2相/2相坐標(biāo)變換器C-1n連接2相/3相坐標(biāo)變換器C23。用n倍頻電路N、鎖相環(huán)和一個(gè)正、余弦發(fā)生電路得到電源電壓ea對(duì)應(yīng)的余弦信號(hào)comnωt和正弦信號(hào)sinnωt。余弦信號(hào)comnωt和正弦信號(hào)sinnωt信號(hào)輸入第一2相/2相坐標(biāo)變換器Cn形成旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換矩陣，Cn的表達(dá)式如下Cn=cos(nωt)-sin(nωt)sin(nωt)cos(nωt)]]>n次有功電流ipn經(jīng)過第一低通濾波器LPF濾波得出n次有功直流分量ipn，即諧波電流；n次無功電流iqn經(jīng)過第二低通濾波器LPF濾波得出n次無功直流分量iqn即n次諧波電流，由n次有功諧波電流ipn和n次無功諧波分量iqn通過2相/3相坐標(biāo)變換器C23即可計(jì)算出n次三相諧波電流ian、ibn、icn。
所述的n倍頻電路N是采用日本東芝公司的TC9400單片集成V/f和f/V變換器集成電路，它是將電源電壓ea轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，頻率信號(hào)放大n倍。本實(shí)用新型是建立針對(duì)不同次諧波的指令電流運(yùn)算電路，通過組合各次檢測(cè)的諧波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的可選擇性控制。參照?qǐng)D3，三相電流信號(hào)ia、ib、ic分別輸入5次指令電流運(yùn)算電路6、7次指令電流運(yùn)算電路7、11次指令電流運(yùn)算電路8、13次指令電流運(yùn)算電路9；5次指令電流運(yùn)算電路6、7次指令電流運(yùn)算電路7、11次指令電流運(yùn)算電路8、13次指令電流運(yùn)算電路8分別輸出的三相5次諧波電流ia5、ib5、ic5、三相7次諧波電流ia7、ib7、ic7、三相11次諧波電流ia11、ib11、ic11、三相13次諧波電流ia13、ib13、ic13。例如，只取5次、11次諧波信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)有源電力濾波裝置只對(duì)5次、11次諧波的濾除，或者將總電流與基波電流，5次、11次諧波電流相減，可以實(shí)現(xiàn)有源電力濾波裝對(duì)5次、11次諧波外的其它諧波都濾除。
權(quán)利要求1.一種有源電力濾波裝置，它是包括電流轉(zhuǎn)換電路、指令電流運(yùn)算電路、補(bǔ)償電流發(fā)生電路，自動(dòng)限幅電路、顯示及操作控制器；指令電流運(yùn)算電路包括鎖相環(huán)連接的正、余弦發(fā)生電路分別連接的第一2相/2相坐標(biāo)變換器、第二2相/2相坐標(biāo)變換器，3相/2相坐標(biāo)變換器通過第一2相/2相坐標(biāo)變換器并接第一低通濾波器、第二低通濾波器；第二2相/2相坐標(biāo)變換器連接2相/3相坐標(biāo)變換器，其特征是還包括在鎖相環(huán)前面連接的n倍頻電路(N)，由n倍頻電路把電源電壓(ea)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，頻率信號(hào)放大n倍，最后得到n次諧波電流。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種有源電力濾波裝置，它是包括電流轉(zhuǎn)換電路、指令電流運(yùn)算電路、補(bǔ)償電流發(fā)生電路，自動(dòng)限幅電路、顯示及操作控制器；指令電流運(yùn)算電路包括鎖相環(huán)連接的正、余弦發(fā)生電路分別連接的第一2相/2相坐標(biāo)變換器、第二2相/2相坐標(biāo)變換器，3相/2相坐標(biāo)變換器通過第一2相/2相坐標(biāo)變換器并接第一低通濾波器、第二低通濾波器；第二2相/2相坐標(biāo)變換器連接2相/3相坐標(biāo)變換器，還包括在鎖相環(huán)前面連接的n倍頻電路，由n倍頻電路把電源電壓ea轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，頻率信號(hào)放大n倍，最后得到n次諧波電流。
文檔編號(hào)H02J3/01GK2746626SQ20042007185
公開日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2004年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者龍紹清, 郭耀粵, 李潤(rùn)泉 申請(qǐng)人:麥德志, 龍紹清, 郭耀粵