專利名稱：基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，特別涉及一種基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，非線性電力電子器件和裝置在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。這些設(shè)備的運行使電網(wǎng)中電壓和電流波形畸變越來越嚴重，諧波污染日益嚴重。另外，沖擊性、波動性負荷，例如電弧爐、大型軋鋼機、電力機車等，運行中不僅會產(chǎn)生大量的高次諧波，而且還會產(chǎn)生電壓波動、跌落、三相不平衡、供電中斷等電能質(zhì)量問題，電網(wǎng)輸出的交流電并不是穩(wěn)定的正弦波，使供電質(zhì)量不斷惡化。另一方面，隨著各種復(fù)雜的、精密的、 對電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備不斷普及，人們對電能質(zhì)量的要求越來越高，因而電能質(zhì)量成為目前研究的熱點。目前改善電能質(zhì)量的主要手段，如無源濾波器、有觸點開關(guān)或晶閘管投切電容器、 靜止無功補償裝置，以及不間斷供電電源(UPS)等，并非是解決電能質(zhì)量問題的最有效方法.無法滿足人們對電能質(zhì)量所提出的更高要求。1976年L. Gyugyi等人利用由基于大功率晶體管的脈寬調(diào)制(PWM)變流器構(gòu)成有源電力濾波器(APF)和靜止無功發(fā)生器(DSTATC0M) 來消除電網(wǎng)諧波，改善電壓質(zhì)量、補償無功功率、改善負載不平衡等。此后，隨著電力電子技術(shù)和PWM技術(shù)的飛速發(fā)展.以及對非正弦條件下無功功率理論的深入研究.特別是日本學者H. Akagi等人提出的瞬時無功功率理論.使得APF和DSTATC0M得到迅速的發(fā)展和完善.并開始由試驗階段逐漸轉(zhuǎn)向工業(yè)應(yīng)用階段。本權(quán)利要求所述的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器能夠同時實現(xiàn)功率因數(shù)和負載電壓調(diào)節(jié)以及濾除電網(wǎng)諧波等功能。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。這種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡單，并能夠同時實現(xiàn)功率因數(shù)和負載電壓調(diào)節(jié)以及濾除電網(wǎng)諧波等功能。本實用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，由主電路和控制電路組成。主電路由三相整流橋、逆變器功率模塊、輸出濾波器、隔離變壓器組成?？刂齐娐酚刹蓸与娐?、DSP 控制器、光電隔離輸入輸出電路和工業(yè)控制計算機組成；1)各部件的結(jié)構(gòu)輸出濾波器由電感和電容組成；DSP控制器設(shè)有I、II、III三個端口，DSP控制器的I端口為I/O輸入輸出口；II端口為采樣模塊；III端口為通信模塊；2)各部件的連接關(guān)系三相整流橋的一端與電網(wǎng)相連，另一端連接電壓支撐電容C的逆變器功率模塊， 逆變器功率模塊的輸出端與輸出濾波器的一端連接，輸出濾波器的另一端連接隔離變壓器的原邊，隔離變壓器的副邊接電網(wǎng)；采樣電路的輸出端接DSP控制器的II，DSP控制器的I和光電隔離輸入輸出電路通過光纖相連，光電隔離輸入輸出電路的輸出端與逆變器功率模塊連接；DSP控制器的III 和工業(yè)控制計算機通過RS232串口連接；上述的逆變器功率模塊采用infineon (英飛凌)的FF450R17ME3模塊。上述的隔離變壓器的原副邊的匝數(shù)比為1 2。上述的述的DSP控制器模塊采用合眾達公司的DPS2812M控制器。上述的述采樣電路采用兩片AD7656芯片，精度16位。本實用新型的有益效果是1)在提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性、阻尼系統(tǒng)振蕩等方面，多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的同步調(diào)相機；2)采用數(shù)字控制技術(shù)，系統(tǒng)可靠性高，基本不需要維護，可以節(jié)省大量維護費用； 同時，可通過調(diào)度中心EMS實現(xiàn)無功潮流和電壓最優(yōu)控制，是建設(shè)中的數(shù)字電力系統(tǒng)(DPS) 的組成部分；3)控制靈活、調(diào)節(jié)范圍廣，在感性和容性運行工況下均可連續(xù)快速調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度可達毫秒級。4)靜止運行，安全穩(wěn)定，沒有調(diào)相機那樣的大型轉(zhuǎn)動設(shè)備，無磨損，無機械噪聲，將大大提高裝置壽命，改善環(huán)境影響。5)逆變器功率模塊輸出的PWM波經(jīng)輸出濾波器濾波后，波形即可滿足要求，經(jīng)變比為1 2的隔離變壓器后輸出，這樣逆變器功率模塊的直流側(cè)電壓不必很高就能適合于高電壓等級條件下的無功補償。綜上所述，本實用新型可大大提高無功補償裝置的運行時間和效率，減少維護工作量，能充分發(fā)揮裝置動態(tài)、快速的調(diào)節(jié)作用，加強中樞點的無功和電壓調(diào)控能力，促使地區(qū)電網(wǎng)迅速實現(xiàn)無功平衡和電壓穩(wěn)定，提高電網(wǎng)的現(xiàn)代化和自動化水平。

圖1是本實用新型的基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中三相整流橋1、逆變器功率模塊2、輸出濾波器3、隔離變壓器4、采樣電路5、 DSP控制器6、光電隔離輸入輸出電路7、工業(yè)控制計算機8、主電路9和控制電路10。圖2是本實用新型的DSP控制器示意圖。圖中過零測定模塊6-1、采樣模塊6-2、濾波模塊6-3、故障檢測模塊6_4、通信模塊 6-5。
具體實施方式
本實用新型的基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，本實用新型所述的基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，由主電路9和控制電路10組成。主電路9由三相整流橋1、逆變器功率模塊2、輸出濾波器3、隔離變壓器4等組成。三相整流橋、逆變器功率模塊、輸出濾波器、隔離變壓器依次串接。控制電路10包括采樣電路 5、DSP控制器6、光電隔離輸入輸出電路7和工業(yè)控制計算機8。[0028]基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的主電路9部分包括三相整流橋1、 逆變器功率模塊2、輸出濾波器3、隔離變壓器4等；其控制電路10部分包括主要包括采樣電路5、DSP控制器6、光電隔離輸入輸出電路7和工業(yè)控制計算機8。所述DSP控制器6的主要特征是以DPS2812M為核心，同時集成了常用的DSP外圍電路，將實時處理能力和控制器外設(shè)功能集于一身。主電路9中的三相整流橋1的輸出接有電壓支撐電容C，其作用是為裝置提供一個電壓支撐；對于逆變器功率模塊2選用開關(guān)頻率較高的IGBT，并采用PWM 調(diào)制技術(shù)。剛上電時封鎖逆變橋的六路脈沖，使其處于全橋整流狀態(tài)，給電壓支撐電容C充電。逆變器功率模塊2由一組三相橋兩電平結(jié)構(gòu)構(gòu)成，采用PWM調(diào)制技術(shù)進行控制。逆變器功率模塊2輸出的正弦電壓經(jīng)過輸出濾波器3濾波后經(jīng)由一個三相隔離變壓器4連接到電網(wǎng)上。本新型多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器可從系統(tǒng)吸收或發(fā)出無功功率，可將其看作是一個可控的無功電流源。控制電路10中，電網(wǎng)的三相電流、電壓信號經(jīng)采樣電路5采集后，輸入到DSP控制器6。DSP控制器6對采集的數(shù)據(jù)進行計算處理，輸出PWM控制脈沖，PWM控制脈沖經(jīng)光電隔離輸入輸出電路7送到逆變器功率模塊2的控制端。工業(yè)控制計算機8通過RS232接口和DSP控制器6進行通訊，用來對電網(wǎng)的三相電流、電壓信號進行實時顯示，并具有歷史數(shù)據(jù)查詢和故障數(shù)據(jù)查詢功能。本實用新型的DSP控制器結(jié)構(gòu)如圖2所示，DSP控制器6包括過零測定模塊6_1、 采樣模塊6-2、濾波模塊6-3、故障檢測模塊6-4和通信模塊6-5。過零測定模塊6-1的主要作用是實現(xiàn)同步信號過零點的采樣。為了保證基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的輸出電壓與系統(tǒng)同步，必須測定電網(wǎng)電壓的過零點作為采樣的起始信號。DSP事件管理器的捕獲單元可捕獲其輸入引腳上的跳變信號(信號上升沿或下降沿)，從而使得過零點的捕獲實現(xiàn)起來比單片機容易得多。采樣模塊6-2的作用是實現(xiàn)對電網(wǎng)數(shù)據(jù)的交流實時采樣。根據(jù)PWM波計算要求， 采樣周期定為156us，頻率為工頻的1 倍，這樣載波頻率可到達U8X50 = 6400Hz，載波頻率如此高可以減少輸出的諧波成分。濾波模塊6-3采用非遞歸型數(shù)字濾波器濾除采樣的高頻噪聲信號。這一功能模塊中需要完成的運算量比較大。非遞歸型數(shù)字濾波器是將輸入信號和濾波器的單位沖激響應(yīng)作卷積和而實現(xiàn)的一類濾波器，它可以完全濾除掉信號中頻率為基波頻率整數(shù)倍的各種成分。故障檢測模塊6-4實現(xiàn)基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的故障檢測與保護。當逆變器功率模塊的IGBT發(fā)生過流、過壓、過熱、短路等故障時，IGBT柵極驅(qū)動單元就會關(guān)斷電流并輸出一個故障信號(FO)。當故障檢測模塊檢測到這一信號后，立刻產(chǎn)生中斷信號PDPINT，禁止DSP繼續(xù)發(fā)出PWM波。通信模塊6-5用來完成DSP控制器和工業(yè)控制計算機之間的通訊。交換數(shù)據(jù)(采樣數(shù)據(jù)、無功功率、故障信號等)，這些功能通過對DSP的通信口的編程實現(xiàn)。工業(yè)控制計算機通過RS232接口和DSP控制器進行通訊，用來對電網(wǎng)的三相電流、電壓信號進行實時顯示，并具有歷史數(shù)據(jù)查詢和故障數(shù)據(jù)查詢功能。
權(quán)利要求1.基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征在于，該調(diào)節(jié)器由主電路和控制電路構(gòu)成；主電路由三相整流橋、逆變器功率模塊、輸出濾波器、隔離變壓器組成；控制電路由采樣電路、DSP控制器、光電隔離輸入輸出電路和工業(yè)控制計算機組成；1)各部件的結(jié)構(gòu)輸出濾波器由電感和電容組成；DSP控制器(6)設(shè)有I、II、III三個端口，DSP控制器的I端口為I/O輸入輸出口；II端口為采樣模塊；III端口為通信模塊；2)各部件的連接關(guān)系三相整流橋的一端與電網(wǎng)相連，另一端連接電壓支撐電容C的逆變器功率模塊，逆變器功率模塊的輸出端與輸出濾波器的一端連接，輸出濾波器的另一端連接隔離變壓器的原邊，隔離變壓器的副邊接電網(wǎng)；采樣電路的輸出端接DSP控制器的II端口，DSP控制器的I端口和光電隔離輸入輸出電路通過光纖相連，光電隔離輸入輸出電路的輸出端與逆變器功率模塊連接；DSP控制器的III端口和工業(yè)控制計算機通過RS232串口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征是所述的逆變器功率模塊采用infineon的FF450R17ME3模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征是所述隔離變壓器的原副邊的匝數(shù)比為1 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征是所述的DSP控制器模塊采用合眾達公司的DPS2812M控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征是所述采樣電路采用兩片AD7656芯片，精度16位。
專利摘要本實用新型公開了基于電壓型逆變器的多功能電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。該調(diào)節(jié)器由主電路和控制電路構(gòu)成；主電路由三相整流橋、逆變器功率模塊、輸出濾波器、隔離變壓器組成；控制電路由采樣電路、DSP控制器、光電隔離輸入輸出電路和工業(yè)控制計算機組成。主電路由三相整流橋、逆變器功率模塊、輸出濾波器和隔離變壓器組成。本實用新型的有益效果是本實用新型可大大提高無功補償裝置的運行時間和效率，減少維護工作量，能充分發(fā)揮裝置動態(tài)、快速的調(diào)節(jié)作用，加強中樞點的無功和電壓調(diào)控能力，促使地區(qū)電網(wǎng)迅速實現(xiàn)無功平衡和電壓穩(wěn)定，提高電網(wǎng)的現(xiàn)代化和自動化水平。
文檔編號H02J3/01GK202333813SQ20112044076
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者侯桂兵, 劉路, 劉鵬, 周一勇, 周柯, 孫娟, 寧文輝, 楚紅波, 王凱, 王剛, 王逸超, 羅安, 覃奇, 謝寧, 鄧才波, 高立克 申請人:廣西電網(wǎng)公司電力科學研究院, 廣西電網(wǎng)公司百色供電局, 湖南大學