CN204464995U - 一种谐波补偿电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种谐波补偿电路，包括指令电流运算电路和补偿电流发生电路，且所述补偿电流发生电路包括电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路，且所述主电路和所述指令电流运算电路均连接所述交流电源，且所述主电路的两端并联一电容，且所述主电路的另一端通过所述驱动电路连接所述电流跟踪控制电路，且所述电流跟踪控制电路的另一端连接所述指令电流运算电路。本实用新型实现了动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿，且补偿无功功率的大小可做到连续调节，对补偿对象的变化有极快的响应，可同时对负载的不平衡有功电流进行补偿，且补偿不平衡有功电流的大小可做到连续调节。
Description
技术领域
本实用新型设计一种谐波补偿装置，特别是涉及一种新型的智能谐波补偿装置。
背景技术
为了保证电网的供电质量，防止谐波污染和危害，应当采取必要的措施来解决供电***中的谐波污染问题。目前，这些措施可分为两种：一种是采取主动方式，即对电力电子装置本身进行改造，使其产生的谐波很少或者不产生谐波，且控制功率因数为1。但是这种措施只适用于作为主要谐波源的电力电子装置，有一定的局限性；而且需要对电力电子设备进行大规模的更新，代价较大。
另一种就是采用被动方式，既装设谐波补偿装置来补偿谐波。这种措施适用于各种谐波源和低功率因数设备，并且方法简单，已经得到了广泛的应用。谐波补偿的传统方法是采用LC调谐滤波器，通常采用由电力电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的无源滤波器(Passive Power Filter,PPF)进行滤波。
随着电力电子技术的不断发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)。APF也是一种电力电子装置，其基本思想就是，从补偿对象中检测出谐波电流，利用可控的功率半导体器件向电网注入一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。
按照使用产品的不同，谐波治理装置主要分为无源滤波器装置和有源滤波器装置两种。在我国，无源滤波器是目前广泛使用的谐波抑制手段，既采用LC调谐滤波器。这种方法即可补偿谐波，又可补偿无功，而且结构简单，一直被广泛使用。这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和***发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。尽管如此，LC滤波器仍是目前补偿谐波的最主要手段。
目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器(APF)。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，因而受到广泛的重视，并且已在日本等国获得广泛应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种谐波补偿电路，其可以解决现有技术中的上述缺点。
本实用新型采用以下技术方案：
一种谐波补偿电路，包括指令电流运算电路和补偿电流发生电路，且所述补偿电流发生电路包括电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路，且所述主电路和所述指令电流运算电路均连接所述交流电源，且所述主电路的两端并联一电容，且所述主电路的另一端通过所述驱动电路连接所述电流跟踪控制电路，且所述电流跟踪控制电路的另一端连接所述指令电流运算电路。
所述主电路包括三相每个桥臂有四个开关管,和两个辅助二极管。其中每个桥臂最上和最下的两个开关管相当于两电平电路中上、下开关管，而桥臂中间的两个开关管和两个辅助二极管构成中点钳位电路。
所述电流跟踪控制电路为包括一主控芯片，且所述主控芯片的型号为TMS320C28346。
本实用新型的优点是：
l、实现了动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿，且补偿无功功率的大小可做到连续调节，对补偿对象的变化有极快的响应。
2、可同时对负载的不平衡有功电流进行补偿，且补偿不平衡有功电流的大小可做到连续调节。
3、补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时所需要储能元件容量也不大。
4、即使补偿对象电流过大，有源电力滤波器也不会发生过载，并能正常发挥补偿作用。
5、受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振。
6、能跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率变化的影响。
7、即可对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和无功源进行集中补偿。
附图说明
下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明，其中：
图1是本实用新型的原理示意图。
图2是本实用新型的电路示意图。
图3是本实用新型的主控电路的结构示意图。
图4是本实用新型中的电流跟踪控制电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本实用新型的具体实施方式：
如图1至图4所示，一种谐波补偿电路，包括指令电流运算电路和补偿电流发生电路，且所述补偿电流发生电路包括电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路，且所述主电路和所述指令电流运算电路均连接所述交流电源，且所述主电路的两端并联一电容，且所述主电路的另一端通过所述驱动电路连接所述电流跟踪控制电路，且所述电流跟踪控制电路的另一端连接所述指令电流运算电路。
所述主电路包括三相每个桥臂有四个开关管,和两个辅助二极管。其中每个桥臂最上和最下的两个开关管相当于两电平电路中上、下开关管，而桥臂中间的两个开关管和两个辅助二极管构成中点钳位电路。所述电流跟踪控制电路为包括一主控芯片，且所述主控芯片的型号为TMS320C28346。
有源电力滤波器(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，它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点。
如图1所示，es表示为交流电源，负载为谐波源，它产生谐波并消耗无功。有源电力滤波器由两大部分组成，既指令电流运算电路和补偿电流发生电路(由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三个部分构成)。其中，指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量，因此有时也称之为谐波和无功电流检测电路。电流跟踪控制电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流。有源电力滤波器的基本工作原理是，检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵销，最终得到期望的电源电流。
有源电力滤波器(APF)***结构原理图如下图所示，图中，Ua,Ub,Uc为交流电网电压，负载为三相非线性负载，会产生谐波电流。APF***由两大部分组成，即谐波电流检测电路和补偿电流发生电路。主电路采用IGBT构成的三电平PWM变流器，在产生补偿电流时，主要作为逆变器工作。
APF的基本工作原理就是通过采样检测电路检测负载中的电流，经过DSP的计算得到负载中的谐波电流，然后通过PWM信号控制功率电路产生与负载谐波电流相位相同，大小相反的补偿电流，补偿电流与负载中的谐波电流相互抵消，最终达到补偿***谐波的目的。
有源电力滤波器(APF)的核心功率电路是三电平的PWM变流器，主电路见下图所示。由图可见，三相每个桥臂有4个开关管(IGBT),和两个辅助二极管。其中每个桥臂最上和最下的两个开关管相当于两电平电路中上、下开关管，而桥臂中间的两个开关管和两个辅助二极管构成中点钳位电路。图中，usa、usb、usc表示交流电网的三相电压，N代表零线，ica、icb、icc为三电平APF输出电流，负载为三相非线性负载。变流器直流侧电压为udc，由两组电容串联而成，N点为电容均压中点，与每个桥臂的辅助二极管相连。当两个电容上的电压相等时，主开关管承受udc/2。以A相说明变流器每相桥臂的结构，从图中可以看出，A相桥臂有四个IGBT T1、T2、T3、T4,四个续流二极管,两个钳位二极管D1,D2。
APF的硬件设计主要包括主电路设计和控制电路设计，主功率电路上一节中已经给出，控制电路是APF的重要组成部分。下图给出了APF控制***硬件电路的结构框图，它主要由以下几个部分组成：DSP控制电路，电压电流AD检测电路，PWM输出电路，保护电路，IGBT温度检测等。
DSP控制电路整个控制电路以TI公司的32位浮点微处理器TMS320C28346为主控芯片，TMS320C28346隶属于Delfino MCU系列产品成员，运行频率可高达300MHZ，是针对要求严格控制应用的高度集成、高性能解决方案。控制***辅以Altera公司的EPM570T100CPLD芯片，CPLD主要进行一些数字信号的逻辑处理，而DSP芯片完成采样信号处理、控制计算、保护以及PWM信号输出等主要功能。
AD信号检测及调理单元：AD信号检测共包括三相电网电压信号检测，三相负载电流信号检测，三相SVG输出电流检测，两路直流侧电容电压检测，经互感器检测，运放电路调理后，由外部AD采样芯片AD7656采样转换，输出数字信号至DSP进行处理。IGBT温度检测由一个单独的AD芯片AD7995完成，通过I2C通讯接口输出至DSP。
保护电路：保护电路的作用是保护APF无故障运行，当APF直流电容电压过高，或上下电容电压差过大，电网电压异常，功率器件温度过高时，保护电路变产生保护信号，切断PWM输出信号，关闭APF。
PWM驱动：DSP经运算处理后，产生PWM信号，由外部放大电路放大信号，再经过隔离驱动电路形成具有驱动能力的PWM驱动信号来驱动主功率电路的IGBT。
通讯：DSP控制***的SCI、SPI通讯接口已经全部预留，方便以后与控制中心通讯。
整个***软件主要包括以下几个子程序模块：DSP初始化模块、AD信号处理模块、数据处理(指令无功电流计算)模块、SPWM脉冲输出模块、数字PI闭环器模块、保护模块以及通讯模块等。
l、实现了动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿，且补偿无功功率的大小可做到连续调节，对补偿对象的变化有极快的响应。
2、可同时对负载的不平衡有功电流进行补偿，且补偿不平衡有功电流的大小可做到连续调节。
3、补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时所需要储能元件容量也不大。
4、即使补偿对象电流过大，有源电力滤波器也不会发生过载，并能正常发挥补偿作用。
5、受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振。
6、能跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率变化的影响。
7、即可对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和无功源进行集中补偿。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种谐波补偿电路，其特征在于，包括指令电流运算电路和补偿电流发生电路，且所述补偿电流发生电路包括电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路，且所述主电路和所述指令电流运算电路均连接一交流电源，且所述主电路的两端并联一电容，且所述主电路的另一端通过所述驱动电路连接所述电流跟踪控制电路，且所述电流跟踪控制电路的另一端连接所述指令电流运算电路。
2.根据权利要求1所述的谐波补偿电路，其特征在于，所述主电路包括三相每个桥臂有四个开关管,和两个辅助二极管，其中每个桥臂最上和最下的两个开关管相当于两电平电路中上、下开关管，而桥臂中间的两个开关管和两个辅助二极管构成中点钳位电路。
3.根据权利要求2所述的谐波补偿电路，其特征在于，所述电流跟踪控制电路为包括一主控芯片，且所述主控芯片的型号为TMS320C28346。
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Cited By (2)
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| CN106130021A (zh) * | 2016-06-23 | 2016-11-16 | 全球能源互联网研究院 | 一种t型混合柔性调谐装置 |
| CN106786589A (zh) * | 2017-03-07 | 2017-05-31 | 合肥赛沃能源科技有限公司 | 一种690v三电平三桥臂并联型有源滤波器 |
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2015
- 2015-01-09 CN CN201520016756.5U patent/CN204464995U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN106130021B (zh) * | 2016-06-23 | 2024-03-19 | 全球能源互联网研究院 | 一种t型混合柔性调谐装置 |
| CN106786589A (zh) * | 2017-03-07 | 2017-05-31 | 合肥赛沃能源科技有限公司 | 一种690v三电平三桥臂并联型有源滤波器 |
| CN106786589B (zh) * | 2017-03-07 | 2019-08-16 | 安徽赛沃电气科技股份有限公司 | 一种690v三电平三桥臂并联型有源滤波器 |
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