[发明专利]基于FPGA的有源电力滤波器控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力滤波器控制系统，具体涉及一种基于FPGA的有源电力滤波器控制系统。

背景技术

社会发展过程中，人们对电力需求特别是电能质量的要求越来越高。但由于非线性负荷大量使用，却带来了严重的电力谐波污染，给电力系统安全、稳定、高效运行带来严重影响，给供用电设备造成危害。如何最大限度的减少谐波造成的危害，是目前电力系统领域极为关注的问题。谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器（ActivePowerFilter简记为APF）技术抑制谐波。但是目前的APF对电网电能质量进行补偿时还存在许多不足和缺陷，如装置容量低、控制系统延时长、补偿精度低、补偿效果差等等。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术中存在的不足和问题，提供一种先进的有源电力滤波器控制系统及方法，能够提高装置容量、缩短控制系统的延时，补偿精度高、补偿效果好。

本发明提供了如下的技术方案：

一种基于FPGA的有源电力滤波器控制系统，包括：控制单元、逻辑保护单元、显示单元和PWM单元，所述控制单元、逻辑保护单元、显示单元和PWM单元高度集成在FPGA芯片上。

所述控制单元负责提取谐波电流，并通过控制算法进行指令追踪；逻辑保护单元负责设备的启动和停止，以及保护功能；显示单元负责电气量的显示与监控；PWM单元负责控制IGBT的开关。

一种基于FPGA的有源电力滤波器控制方法，包括如下步骤：

步骤1、检测系统电流、系统电压、输出电流：通过FPGA内置的AD采样控制程序，实现数字化的采样值计算与偏差修正；

步骤2、锁定电网电压相位：通过PI比例积分控制器进行调节，锁定电网电压的相位；

步骤3、提取与分析谐波成分：通过滑窗DFT算法，提取系统电流中的各次谐波成分并加以分析，作为给定的电流指令；

步骤4、生成输出电流指令：将给定电流指令与实际采集的输出电流进行比较，计算差值，通过PR控制，作为输出电流指令通过高速光纤接口送给PWM模块；

步骤5、PWM逆变：通过PWM控制IGBT的开关动作，逆变出需要的电流，补偿电网电流中谐波电流；

步骤6、APF系统保护：包括保护事件处理、保护信息输出、保护报警。

本发明的有益效果是：

本发明能够提高装置容量、缩短控制系统的延时，补偿精度高、补偿效果好。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明系统原理图；

图2为电网电压相位锁定图；

图3为滑窗DFT算法图；

图4为电流指令的算法框图；

图5为控制流程图；

图6为FPGA内部算法控制流图。

具体实施方式

如图1-6所示，本发明公开一种基于FPGA的有源电力滤波器控制系统，包括：控制单元、逻辑保护单元、显示单元和PWM单元，所述控制单元、逻辑保护单元、显示单元和PWM单元高度集成在FPGA芯片上。

所述控制单元负责提取谐波电流，并通过控制算法进行指令追踪；逻辑保护单元负责设备的启动和停止，以及保护功能；显示单元负责电气量的显示与监控；PWM单元负责控制IGBT的开关。

一种基于FPGA的有源电力滤波器控制方法，包括如下步骤：

步骤1、检测系统电流、系统电压、输出电流：通过FPGA内置的AD采样控制程序，实现数字化的采样值计算与偏差修正；

步骤2、如图2所示，锁定电网电压相位：通过PI比例积分控制器进行调节，锁定电网电压的相位；

步骤3、如图3所示，提取与分析谐波成分：通过滑窗DFT算法，提取系统电流中的各次谐波成分并加以分析，作为给定的电流指令；

步骤4、如图4所示，生成输出电流指令：将给定电流指令与实际采集的输出电流进行比较，计算差值，通过PR控制，作为输出电流指令通过高速光纤接口送给PWM模块；

步骤5、PWM逆变：通过PWM控制IGBT的开关动作，逆变出需要的电流，补偿电网电流中谐波电流；

步骤6、如图5所示，APF系统保护：包括保护事件处理、保护信息输出、保护报警。

综上，本发明基于FPGA，能够有效提高补偿精度以及补偿效果，同时能够提高装置容量、缩短控制系统的延时。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。