[发明专利]380V系统有源电力滤波装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种380V系统有源电力滤波装置，特别是利用电力 电子技术、采用电力电子器件开发并应用在电力系统中电能质量控制 的有源滤波装置。

背景技术：

实际应用中，消除供电系统谐波主要采取两种滤波方法：无源 LC滤波器和有源电力滤波器滤波。

目前工程上应用最多的是无源LC滤波器，它结构简单，投资少， 可靠性高，运行费用也比较低。无源滤波器(Passive Power Filter，简 称PPF)，通常是采用电力电容器、电抗器和电阻按功能要求组合而 成。其滤波原理是提供一并联低阻抗通路，滤波特性由系统和滤波器 的阻抗比所决定，因此PPF就存在以下缺点：

(1)滤波特性受系统参数与运行工况影响比较大，设计起来较困难。 谐振频率依赖于元件参数，因此只能对主要谐波进行滤波。LC参数 的漂移将导致滤波特性改变，使滤波性能不稳定；

(2)电网参数与LC可能产生并联谐振，从而使该次谐波分量放大，电 网供电质量下降；

(3)滤波要求和无功补偿、调压要求难以协调；

(4)无源参数老化后易于发生漂移，从而最终达不到预期的滤波效果。

有源电力滤波器(Active Power Filter，简称APF)，即利用可控的 功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电 流，使电源的总谐波电流为零，以达到实时补偿谐波电流的目的。它 与无源滤波器相比，有以下特点：

(1)不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的 特点，在性价比上较为合理；

(2)滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的 危险；

(3)具有控制参数自调整功能，可自动跟踪补偿变化的谐波，即具有 高度可控性和快速响应性等特点。

此前，国内也有很多对电力有源滤波器的研究：例如，耦合变压 器型串联有源电力滤波器，但是这种有源电力滤波器只能补偿纹波电 压的正半部分。还有的并联型电力有源滤波器，其电压等级难于达到 规定电压，或者其电流谐波总畸变率并未有效降低到国家规定值。

发明内容：

本发明是在电力有源滤波器所具有的上述特点的基础上设计的。 它主要以380V配电系统为对象。本发明具有以下几个特点：

1)能根据负载的需要实现实时动态跟踪，其动态特性可与补偿需要 达到同步；同时能实现提高用户功率因数和无功补偿的功能，为 电能质量的稳定控制发挥作用；

2)利用双CPU实现系统控制和人机对话/信息交换的协调工作，提高 了补偿的速度和实时性；

3)研究并实现了电压、电流形成的双闭环反馈控制的谐波补偿控制 策略，能保证谐波补偿的实时优化控制。

因此，为达到上述发明目的并解决上述滤波器存在的缺陷，本发 明设计出的380V系统有源电力滤波装置包括有源滤波器支路1、与 有源滤波器支路1的三相电流相连接的电流传感器CT1、与负载三相 电流相连接的电流传感器CT2、与三相电压相连接的电压传感器PT， 以及与上述四个组成部分相连接的数字信号处理器2。数字信号处理 器2包括四个模块：控制系统模块、数据采集模块、驱动模块和报警 电路。CT1、CT2和PT所采集的电流、电压信号将送入数字信号处 理器2中数据采集模块的输入端口1～7(分别为IA、IB、IC、ICA、 ICB、ICC、UA)。在驱动模块中，由控制系统模块发出的PWM触 发信号经放大隔离后送入有源滤波器支路1的IGBT门极驱动环节。 IGBT模块内置的保护将通过端子ALM输出报警信号，该信号经报 警电路隔离转换后送到控制系统模块中ADMC401的脉冲闭锁引脚， 从而使有源滤波器支路1的IGBT模块停止工作。

该装置还包括通过系统总线与数字信号处理器2进行通讯的显 示和人机对话控制装置；所述显示和人机对话控制装置采用型号为 MCS196/KC的单片机。

所述的电流传感器CT2为电磁式电流传感器；本装置中的逆变器， 并联在三相系统中，采用IGBT反并联二极管结构，这种结构能够保 证直流电压的稳定。逆变器在恒定直流电压下工作，故可根据系统电 流的变化情况，灵活调节逆变器的工作状态，来实现谐波电流的补偿 作用。