[实用新型]一种配电网有源电力滤波的控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种带有无功补偿功能的有源电力滤波的控制装置，属于改善电能质量的控制装置的技术领域。

背景技术

随着电力电子技术的广泛应用和发展，电力系统中的非线性负载日益增多，如整流器、变频器、UPS、家用电器及计算机等。这些非线性负载会产生谐波电流并注入到电网中，使电网中的电压波形产生畸变，从而造成电网的谐波污染。另外，冲击性、波动性负载，如电弧炉、焊接设备等在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且使得电压波动、闪变、三相不平衡日益严重，危害电网的安全运行。

在电力系统网络中不仅大多数负荷要消耗无功功率，而且大多数各级变压器、线路电抗等网络组件也要消耗无功功率。电力系统中网络组件和负荷需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。如果这些所需要的无功功率由发电机提供并经过长距离输送，显然是不合理的，通常也是不可能的；如果这些所需要的无功功率不能及时得到补偿，电力系统的安全运行以及用电设备的安全就会受到影响。因此，无功功率补偿对电力系统有着重要意义。

针对谐波污染传统方法是采用LC滤波装置。但这种方法的主要缺陷是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定次谐波，补偿效果不理想。

目前普遍的无功补偿装置是并联电容器。但是并联电容器组是离散量，无法做无功功率的连续补偿，而且在系统中存在谐波时，还有可能发生并联谐振，使谐波放大，电容器因此烧毁的事故也时有发生。

而有源滤波器既可以动态抑制谐波，又能够实现动态无功补偿，还可以抑制电压波动、电压闪变和三相不平衡，并且可以有效实时的抑制电网各次谐波电流，不受系统运行方式和谐波电流变化的影响，不会与电网发生串并联谐振，因此成为电能质量发展的新方向。然而有源滤波器的现有技术并不是非常成熟，尤其体现在控制部分。控制部分的好坏直接影响滤波效果和补偿效果，目前国内各大厂商均处于摸索前进阶段。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服现有技术的不足，设计了一种配电网有源电力滤波的控制装置，可以检测出谐波和无功电流，并发出补偿电流，从而改善电能质量。本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：

本实用新型一种配电网有源电力滤波的控制装置，其特征在于：由驱动电路、继电保护电路、人机交互电路、模数转换电路以及控制和运算电路组成，其中模数转换电路的输入端接外部数据采集电路的输出端，模数转换电路的输出端依次串接控制和运算电路、驱动电路后接外部桥式变流器的控制端，控制和运算电路分别与继电保护电路和人机交互电路双向连接。

本实用新型的有益效果是：

1、可检测系统电流，分离出其基波和无功成分，输出与系统谐波和无功成分反相的电流信号，驱动主功率电路发出补偿电流，从而达到滤除谐波补偿无功的目的。

2、有源滤波器补偿后系统电流的THD(电流谐波总畸变率)小于5％，补偿后系统功率因数大于0.99，显示本装置投入电网时三相电网电流变化的动态过程，其响应时间小于125us，并且过渡过程平稳可靠，优于传统的控制方法。

3、可以动态实时的滤除配电网中2到60次谐波，可瞬时连续吞吐系统无功功率，提高电能质量，保证电力用户用电安全，节约能源，带来直接的经济社会效益。

附图说明

图1是有源滤波器控制电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型的技术方案进行详细说明：

本实用新型如图1：控制电路由数据采集电路1，模数转换电路6，控制和运算电路7，驱动电路3，继电保护电路4以及人机交互电路5组成。数据采集电路1采集三组信号：系统电流、系统电压和装置输出电流。将其转化为数字信号后，送入双DSP(数字信号处理器)构成的运算和控制电路7。运算和控制电路7将输入数据根据瞬时无功理论将电流谐波和无功分量分离处来，再根据无差拍(Deadbeat)控制策略输出PWM波(脉宽调制)到驱动电路3。驱动电路3连接到IGBT的门极上2，驱动IGBT的通断。继电保护电路4控制外部开关的开通和关断，由运算和控制电路7控制。人机交互电路5，是装置的操作界面，可以设置参数，控制装置启动。

在每个开关周期控制电路都会把输出电流信号与指令信号作比较，将误差量叠加到下个开关周期的指令电流中，保证补偿精度。

本装置的PWM控制策略采用Deadbeat(无差拍)控制算法，这种方法计算量较大，但其开关频率固定、动态响应快的特点十分适用于并网逆变器的数字控制。其硬件基础是高性能的双DSP(数字信号处理器)。与模拟控制相比，数字化控制具有控制灵活、易改变控制算法和硬件调试方便等优点。这种方法的原理是在每一个开关周期的开始时刻，采样逆变器并网侧产生的电流i，并且预测出下一周期开始时刻逆变器并网侧的电流参考值j，由差值j-i计算出开关器件的开关时间，使i在下一周期开始时刻等于j，根据该值得出需要的占空比，进而计算出脉冲宽度。