專利名稱：低壓電網(wǎng)動(dòng)態(tài)凈化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，一種有源電力濾波器低壓電網(wǎng)動(dòng)態(tài)凈化器。
背景技術(shù)：
諧波是由于非線性電氣負(fù)荷產(chǎn)生的，例如變速驅(qū)動(dòng)、整流、UPS、計(jì)算機(jī)、電視等，諧波給電網(wǎng)和用戶帶來以下問題影響供電線路的穩(wěn)定運(yùn)行；電纜、電動(dòng)機(jī)和變壓器過熱；電容器過負(fù)荷；對弱電系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生干擾；低壓開關(guān)誤動(dòng)作；保險(xiǎn)絲容量降低；設(shè)備和裝置過早老化；影響電力測量的準(zhǔn)確性。無功功率過大帶來的問題增加供電設(shè)備所需容量，增加不必要的線路損耗；電網(wǎng)電壓過低，影響電動(dòng)機(jī)的出力；增加企業(yè)電費(fèi)開支。
以上諧波和無功功率對電網(wǎng)所產(chǎn)生的問題一般稱為電網(wǎng)污染，解決以上問題的措施主要有下列幾個(gè)方面1)制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)；2)同步調(diào)相機(jī)；3)無源濾波和無源無功功率補(bǔ)償，包括串聯(lián)電容器、并聯(lián)電容器、并聯(lián)LCR支路、飽和電抗器、靜止無功補(bǔ)償器SVC等。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)，當(dāng)這些參數(shù)是經(jīng)常變化時(shí)，可能發(fā)生電網(wǎng)與濾波器的串并聯(lián)諧振，造成諧波放大；具有負(fù)的電壓調(diào)整效應(yīng)；在設(shè)計(jì)無源補(bǔ)償濾波裝置時(shí)其參數(shù)選擇比較困難。
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綜合補(bǔ)償裝置，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，并且有源電力濾波器的補(bǔ)償特性與電網(wǎng)和負(fù)載參數(shù)無關(guān)?，F(xiàn)有的有源電力濾波器的電流、電壓信號采樣點(diǎn)是在補(bǔ)償電流注入點(diǎn)后，是開環(huán)控制，其缺點(diǎn)是控制精度低。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提出的一種新型有源電力濾波器低壓電網(wǎng)動(dòng)態(tài)凈化器，該裝置可根據(jù)要補(bǔ)償電流的容量，采取主機(jī)功率模塊與主機(jī)功率模塊并聯(lián)的方式，而且電流、電壓信號采樣點(diǎn)是在補(bǔ)償電流注入點(diǎn)前，構(gòu)成閉環(huán)控制，控制精度高。
低壓電網(wǎng)動(dòng)態(tài)凈化器，該裝置由檢測單元、控制單元、驅(qū)動(dòng)電路、功率模塊及儲能元件、濾波電路構(gòu)成，檢測單元對負(fù)載端的電壓、電流信號和功率模塊的三相輸出電流進(jìn)行檢測，并把檢測信號送入控制單元；由控制單元中的A/D變換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后由CPU進(jìn)行信號處理，分析計(jì)算，輸出脈沖信號實(shí)現(xiàn)功率模塊的觸發(fā)，通過驅(qū)動(dòng)電路使功率模塊中的大功率開關(guān)管S1-S6產(chǎn)生與負(fù)載電流中的諧波電流及無功電流大小相等方向相反的電流，補(bǔ)償電流經(jīng)濾波電路流向負(fù)載；濾波電路濾除由于功率單元中逆變橋的大功率開關(guān)管高頻開關(guān)所引起的高次電流分量；儲能元件由電容C1、C2構(gòu)成，用來提供功率模塊逆變橋工作所需的能量，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，其特征在于電流、電壓信號采樣點(diǎn)設(shè)在補(bǔ)償電流注入點(diǎn)前端，構(gòu)成閉環(huán)控制。
所述的低壓電網(wǎng)動(dòng)態(tài)凈化器，其特征在于本裝置可根據(jù)需要補(bǔ)償電流的容量，采取主機(jī)功率模塊與主機(jī)功率模塊并聯(lián)的方式。
所述的低壓電網(wǎng)動(dòng)態(tài)凈化器，其特征在于檢測單元由電壓傳感器、電流傳感器及電壓、電流信號處理單元構(gòu)成，檢測單元中的三相電流信號或三相電壓信號經(jīng)dq坐標(biāo)變換，成為兩相電流或電壓，然后經(jīng)低通濾波、電壓調(diào)節(jié)，再經(jīng)dq坐標(biāo)反變換成三相電流信號或三相電壓信號輸出。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)控制精度高；可根據(jù)要補(bǔ)償電流的容量，采取主機(jī)功率模塊與主機(jī)功率模塊并聯(lián)的方式。該裝置主電路功率模塊的連接結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，增加和減小裝機(jī)容量靈活，可靠性高，便于大規(guī)模生產(chǎn)。
1、根據(jù)現(xiàn)場補(bǔ)償?shù)男枰β誓K可以任意增加或減小，滿足現(xiàn)場對補(bǔ)償容量的需要。實(shí)時(shí)跟蹤能力強(qiáng)，諧波電流及無功補(bǔ)償效果好。
2、功率因數(shù)高cosφ≥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)，不會影響補(bǔ)償效果。
5、阻尼作用不會產(chǎn)生諧振或諧波放大，且對外電路振蕩具有阻尼作用。
6、低壓電網(wǎng)動(dòng)態(tài)凈化器既可以補(bǔ)償感性無功功率又可以補(bǔ)償容性無功功率。


圖1是低壓電網(wǎng)動(dòng)態(tài)凈化器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2檢測單元框圖。
圖3功率模塊與儲能元件接線圖。
圖4控制單元框圖。
圖5主機(jī)與從機(jī)功率模塊并聯(lián)的接線圖。
具體實(shí)施方式
見圖1，低壓電網(wǎng)動(dòng)態(tài)凈化器，該裝置由檢測單元、控制單元、驅(qū)動(dòng)電路、功率模塊及儲能元件、濾波電路構(gòu)成，檢測單元對負(fù)載端的電壓、電流信號和功率模塊的三相輸出電流進(jìn)行檢測，并把檢測信號送入控制單元；由控制單元中的A/D變換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后由CPU進(jìn)行信號處理，分析計(jì)算，輸出脈沖信號實(shí)現(xiàn)功率模塊觸發(fā)，通過驅(qū)動(dòng)電路使功率模塊中的大功率開關(guān)管S1-S6產(chǎn)生與負(fù)載電流中的諧波電流及無功電流大小相等方向相反的電流，補(bǔ)償電流經(jīng)濾波電路流向負(fù)載；濾波電路濾除由于功率單元中逆變橋的大功率開關(guān)管高頻開關(guān)所引起的高次電流分量；儲能元件由電容C1、C2構(gòu)成，用來提供功率模塊逆變橋工作所需的能量，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。
見圖2，檢測單元中的三相電流信號iLa、iLb、iLc、(或三相電壓信號)經(jīng)dq坐標(biāo)變換，成為兩相電流id、iq(或電壓)，然后經(jīng)低通濾波、電壓調(diào)節(jié)，再經(jīng)dq坐標(biāo)反變換成三相電流信號iLa、iLb、iLc(或三相電壓信號)輸出。
見圖3，功率元件是由大功率開關(guān)管SI-S6及與其反并聯(lián)的二極管D1-D6組成逆變橋，逆變橋兩端并聯(lián)有儲能元件電容C1、C2，輸出端連接功率電抗器L1、L2、L3。
見圖4，經(jīng)檢測單元輸出的電流信號ILa、ILb、ILc、電壓信號Ua、Ub、Uc及電容器C1、C2兩端的直流電壓Udc由控制單元中的A/D變換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后由CPU進(jìn)行信號處理，分析計(jì)算，輸出脈沖信號實(shí)現(xiàn)功率模塊觸發(fā)，通過驅(qū)動(dòng)電路使功率模塊中的大功率開關(guān)管S1-S6產(chǎn)生與負(fù)載電流中的諧波電流及無功電流大小相等方向相反的電流。
見圖5，本裝置可根據(jù)需要補(bǔ)償電流的容量，采取多個(gè)功率模塊并聯(lián)的方式。
權(quán)利要求1.低壓電網(wǎng)動(dòng)態(tài)凈化器，該裝置由檢測單元、控制單元、驅(qū)動(dòng)電路、功率模塊及儲能元件、濾波電路構(gòu)成，檢測單元對負(fù)載端的電壓、電流信號和功率模塊的三相輸出電流進(jìn)行檢測，并把檢測信號送入控制單元；由控制單元中的A/D變換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后由CPU進(jìn)行信號處理，分析計(jì)算，輸出脈沖信號實(shí)現(xiàn)功率模塊的觸發(fā)，通過驅(qū)動(dòng)電路使功率模塊中的大功率開關(guān)管S1-S6產(chǎn)生與負(fù)載電流中的諧波電流及無功電流大小相等方向相反的電流，補(bǔ)償電流經(jīng)濾波電路流向負(fù)載；濾波電路濾除由于功率單元中逆變橋的大功率開關(guān)管高頻開關(guān)所引起的高次電流分量；儲能元件由電容C1、C2構(gòu)成，用來提供功率模塊逆變橋工作所需的能量，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，其特征在于電流、電壓信號采樣點(diǎn)設(shè)在補(bǔ)償電流注入點(diǎn)前端，構(gòu)成閉環(huán)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓電網(wǎng)動(dòng)態(tài)凈化器，其特征在于本裝置可根據(jù)需要補(bǔ)償電流的容量，采取主機(jī)功率模塊與主機(jī)功率模塊并聯(lián)的方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓電網(wǎng)動(dòng)態(tài)凈化器，其特征在于檢測單元由電壓傳感器、電流傳感器及電壓、電流信號處理單元構(gòu)成，檢測單元中的三相電流信號或三相電壓信號經(jīng)dq坐標(biāo)變換，成為兩相電流或電壓，然后經(jīng)低通濾波、電壓調(diào)節(jié)，再經(jīng)dq坐標(biāo)反變換成三相電流信號或三相電壓信號輸出。
專利摘要本實(shí)用新型涉及低壓電網(wǎng)動(dòng)態(tài)凈化器，該裝置的檢測單元對負(fù)載端的電壓、電流信號和功率模塊的三相輸出電流進(jìn)行檢測，并把檢測信號送入控制單元進(jìn)行計(jì)算；輸出脈沖信號觸發(fā)功率模塊中的大功率開關(guān)管S1－S6產(chǎn)生與負(fù)載電流中的諧波電流及無功電流大小相等方向相反的電流，補(bǔ)償電流經(jīng)濾波電路流向負(fù)載；電流、電壓信號采樣點(diǎn)設(shè)在補(bǔ)償電流注入點(diǎn)前端，構(gòu)成閉環(huán)控制。本裝置可根據(jù)要補(bǔ)償電流的容量，采取主機(jī)功率模塊與主機(jī)功率模塊并聯(lián)的方式。優(yōu)點(diǎn)是控制精度高；可根據(jù)要補(bǔ)償電流的容量，采取主機(jī)功率模塊與主機(jī)功率模塊并聯(lián)的方式，該裝置可靠性高，增加和減小裝機(jī)容量靈活。
文檔編號H02J3/01GK2831575SQ20052009294
公開日2006年10月25日 申請日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月20日
發(fā)明者王仲初, 莊小奕, 何平, 楊繼范 申請人:鞍山市宏源自動(dòng)化工程有限公司