CN202735407U - 有源电力滤波器谐波检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种有源电力滤波器谐波检测装置，包括：电流传感器，其对负载电流进行采样；信号调理电路包括放大电路和二阶抗混叠低通滤波器，信号调理电路对来自电流传感器的采样后的信号进行放大和滤波；串联超前补偿电路，对信号调理电路中二阶抗混叠低通滤波器滤波时产生的延时进行补偿；FBD法谐波计算模块，利用FBD法对来自串联超前补偿电路的补偿后的信号进行计算；全通滤波器，对电流传感器进行采样时产生的相位延时和FBD法谐波计算模块计算时产生的延时进行补偿以输出谐波电流。本实用新型对纯延时和电流传感器相位滞后的延时进行总体相位补偿，可以很好的补偿谐波检测过程的延时。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子领域电力电子装置的检测环节，尤其涉及一种有源电力滤波器谐波检测装置。
背景技术
目前各种以开关方式工作的电力电子装置不断增加，使电力***的电压、电流发生畸变，给供电质量造成严重污染。补偿电力***的谐波，改善电能质量成为急需解决的技术问题。有源电力滤波器（简称APF）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能对大小和频率均变化的谐波和无功进行补偿，它可以克服传统LC无功补偿的缺点，因此研究APF具有重要的实际意义。
APF属于实时控制装置，理论上要求补偿电流实时跟踪负载谐波电流分量。但延时的存在使得补偿电流与电网电流会有一定的相位差，会对高次谐波补偿效果造成影响，甚至放大高次谐波，不但影响APF补偿效果，还有可能对电网造成谐波污染。
传统的APF谐波检测装置有较大延时，影响了APF的性能。因此，亟需一种装置以解决上述问题，来实现在检测谐波的同时进行延时补偿。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题之一是需要提供一种具有延时补偿的有源电力滤波器谐波检测装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种有源电力滤波器谐波检测装置，该装置包括：
电流传感器，其用于对负载电流进行采样；
信号调理电路，其耦接于所述电流传感器，所述信号调理电路包括放大电路和二阶抗混叠低通滤波器，所述信号调理电路对来自所述电流传感器的采样后的信号进行放大和滤波；
串联超前补偿电路，其耦接于所述信号调理电路，对所述信号调理电路中所述二阶抗混叠低通滤波器滤波时产生的延时进行补偿；
FBD法谐波计算模块，其耦接于所述串联超前补偿电路，利用FBD法对来自所述串联超前补偿电路的补偿后的信号进行计算；以及
全通滤波器，其耦接于所述FBD法谐波计算模块，对所述电流传感器进行采样时产生的相位延时和所述FBD法谐波计算模块计算时产生的延时进行补偿以输出谐波电流。
本实用新型提供的有源电力滤波器谐波检测装置，优选地，所述FBD法谐波计算模块由DSP芯片实现，所述DSP芯片包括A/D采样单元、计算单元和D/A输出单元，其中，
所述A/D采样单元与所述计算单元连接，其将来自所述串联超前补偿电路的补偿后的信号转换为数字信号；
所述计算单元与所述D/A输出单元连接，其利用FBD算法对转换后的数字信号进行计算；
所述D/A输出单元，其将DSP芯片计算得到的结果转换为模拟信号并输出至所述全通滤波器。
本实用新型提供的有源电力滤波器谐波检测装置，优选地，所述串联超前补偿电路包括第一电阻、第二电阻和一个电容，
其中，所述第一电阻和所述电容并联后与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地。
本实用新型提供的有源电力滤波器谐波检测装置，优选地，所述全通滤波器是由三个阻值相同的电阻元件、一个运算放大器和一个电容元件构成的一阶全通滤波器。
与现有技术相比，本实用新型的一个或多个实施例可以具有如下优点：
本实用新型通过在FBD法谐波计算模块中的A/D采样单元之前增设一个串联超前补偿电路，用来补偿信号调理电路中的抗混叠模拟滤波器产生的延时，以及在FBD法谐波计算模块的D/A输出单元之后增设一阶全通滤波器，对其他纯延时和电流传感器相位滞后的延时进行总体相位补偿，可以很好的补偿谐波检测过程的延时，满足了实时性的要求，大幅度提高有源电力滤波器的延时补偿效果。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例共同用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是根据本实用新型的一个实施方式的具有延时补偿的有源电力滤波器谐波检测装置；
图2是根据图1所示的实施方式的信号调理电路2内抗混叠滤波器的硬件电路图；
图3是根据图1所示的实施方式的串联超前补偿电路3的硬件电路图；
图4是FBD法谐波计算模块4的结构示意图；
图5是根据图1所示的实施方式的全通滤波器5的硬件电路图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。
图1是根据本实用新型的一个实施方式的具有延时补偿的有源电力滤波器（以下简称APF）谐波检测装置，下面参考图1，详细说明该谐波检测装置的组成部分以及各部分的功能。
该谐波检测装置包括：电流传感器1、信号调理电路2、串联超前补偿电路3、FBD法谐波计算模块4以及全通滤波器5组成。其中，电流传感器1耦接于信号调理电路2，信号调理电路2耦接于串联超前补偿电路3的前端，串联超前补偿电路3的后端耦接于FBD法谐波计算模块4，FBD法谐波检测模块4耦接于全通滤波器5。
如图1所示，电流传感器1，其用来采样负载电流iLa、iLb、iLc。电流传感器1将电流信号变换为电压信号，它的一次电流和二次电流的相位并不完全一致，二者之间存在着一定的相位延时。
信号调理电路2，其接收来自电流传感器1中的采样后的信号，然后对采样信号进行调理，即对其放大和滤波，然后输出。信号调理电路2由放大电路和二阶抗混叠低通滤波器（具体如图2所示）组成，其中，二阶抗混叠低通滤波器用于将混叠的高频分量进行衰减以保证谐波检测的精度，但是在滤除高频信号的同时会产生延时。
图2是本实施方式的二阶抗混叠低通滤波器，其中，R1和C1、R2和C2分别构成一阶无源滤波电路，二者与运算放大器U1串联构成有源的二阶抗混叠低通滤波器，C1的另一端接运算放大器U1的输出，C2的另一端接地，C3和C4分别接在地和正负15V电源之间，用于滤除干扰信号。
图3是本实施方式的串联超前补偿电路3的硬件电路图，如图3所示，串联超前补偿电路3是由两个电阻元件和一个电容元件构成，其中，R3和C5并联，前端接信号输入，后端与R4和输出连接，R4的另一端接地。其用来补偿信号调理电路2内的二阶抗混叠低通滤波器在滤波时产生的延时，并将补偿延时后的信号发送至FBD法谐波计算模块4中。
图4是FBD法谐波计算模块4的结构示意图，FBD法谐波计算模块4用于利用FBD法对来自所述串联超前补偿电路4的补偿后的信号进行计算。
如图4所示，FBD法谐波计算模块4由DSP芯片来实现，包括DSP芯片内A/D采样单元、DSP芯片计算单元和DSP芯片内D/A输出单元。其中DSP芯片内A/D采样单元与DSP芯片计算单元连接，其用于将来自所述串联超前补偿电路的补偿后的信号转换为数字信号；DSP芯片计算单元与DSP芯片内的D/A输出单元连接，其用于利用FBD算法对转换后的数字信号进行计算并将计算结果发送至与其连接的DSP芯片内D/A输出单元；DSP芯片内D/A输出单元将DSP芯片计算得到的结果转换为模拟信号后输出至全通滤波器5。
FBD法谐波计算模块4在进行计算时也会产生延时，其中包括A/D采样用时和DSP完成FBD法计算任务所需用时，这部分的延时与芯片的型号有关系，另外，在FBD法中的数字低通滤波器（LPF）也会引入的计算延时。
图5是本实施方式的全通滤波器5，全通滤波器5由三个阻值相同的电阻元件、一个放大器和一个电容元件构成一阶全通滤波器，其中R5一端接信号输入，另一端接运算放大器U2的反相输入端，R6是反馈电阻，接在运算放大器U2的反相输入端和输出端，R7和C6构成一阶无源滤波电路，前端与R5一起接信号输入，后端接运算放大器U2的同相输入端，R7的另一端接地。其用来补偿谐波检测部分的纯延时和电流传感器的相位滞后，以得到谐波电流iah、ibh、ich。
综上，本实用新型的谐波检测装置，通过在FBD法谐波计算模块中的DSP芯片内A/D采样单元之前增设一个硬件串联超前补偿电路，用来补偿信号调理电路中的抗混叠模拟滤波器产生的延时，以及在FBD法谐波计算模块的DSP芯片内D/A输出单元之后增设一阶全通滤波器，对其他纯延时和电流传感器相位滞后的延时进行总体相位补偿，可以很好的补偿谐波检测过程的延时，满足了实时性的要求，大幅度提高有源电力滤波器的补偿效果。
当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型的权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种有源电力滤波器谐波检测装置，其特征在于，包括：
电流传感器，其对负载电流进行采样；
信号调理电路，其耦接于所述电流传感器，所述信号调理电路包括放大电路和二阶抗混叠低通滤波器，所述信号调理电路对来自所述电流传感器的采样后的信号进行放大和滤波；
串联超前补偿电路，其耦接于所述信号调理电路，对所述信号调理电路中所述二阶抗混叠低通滤波器滤波时产生的延时进行补偿；
FBD法谐波计算模块，其耦接于所述串联超前补偿电路，利用FBD法对来自所述串联超前补偿电路的补偿后的信号进行计算；以及
全通滤波器，其耦接于所述FBD法谐波计算模块，对所述电流传感器进行采样时产生的相位延时和所述FBD法谐波计算模块计算时产生的延时进行补偿以输出谐波电流。
2.根据权利要求1所述的有源电力滤波器谐波检测装置，其特征在于，
所述FBD法谐波计算模块由DSP芯片实现，所述DSP芯片包括A/D采样单元、计算单元和D/A输出单元，其中，
所述A/D采样单元与所述计算单元连接，其将来自所述串联超前补偿电路的补偿后的信号转换为数字信号；
所述计算单元与所述D/A输出单元连接，其利用FBD算法对转换后的数字信号进行计算；
所述D/A输出单元，其将DSP芯片计算得到的结果转换为模拟信号并输出至所述全通滤波器。
3.根据权利要求1所述的有源电力滤波器谐波检测装置，其特征在于，
所述串联超前补偿电路包括第一电阻、第二电阻和一个电容，
其中，所述第一电阻和所述电容并联后与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的有源电力滤波器谐波检测装置，其特征在于，
所述全通滤波器是由三个阻值相同的电阻元件、一个运算放大器和一个电容元件构成的一阶全通滤波器。
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