專利名稱：具有節(jié)能降耗兼諧波治理的有源濾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力用設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說是涉及電力用濾波裝置的技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，但也使非線性負(fù)載大量增加，由于各種電力電子器件在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，如變頻器、軟啟動(dòng)器等非線性負(fù)載在工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生大量的電網(wǎng)諧波，這種諧波會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量，加大供電能耗。因此，就需要采用濾波裝置消除這種諧波，現(xiàn)有的濾波裝置其存在的缺陷在于，諧波的濾除率不夠理想，不能夠做到快速，高效地進(jìn)行濾波作業(yè)，難以實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)諧波變化，一般的濾波裝置僅具有濾波功能，而不能進(jìn)行無功補(bǔ)償，不能對(duì)瞬間對(duì)高于額定容量進(jìn)行涌流補(bǔ)償，從而達(dá)到消除閃變和電壓波動(dòng)的目的，其已不能完全適應(yīng)對(duì)現(xiàn)代電網(wǎng)濾波的要求。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述之不足而提供一種節(jié)能降耗，諧波濾除快速且效率高，可以實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)諧波變化，響應(yīng)速度快，具有無功補(bǔ)償功能，能對(duì)瞬間高于額定容量進(jìn)行涌流補(bǔ)償，消除閃變和電壓波動(dòng)的具有節(jié)能降耗兼諧波治理的有源濾波裝置。本實(shí)用新型為了解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)解決方案如下具有節(jié)能降耗兼諧波治理的有源濾波裝置，它主要由柜體、主電路模塊、變流器模塊、輸出電抗器、輸出濾波回路、控制電路模塊和HRT-SPF控制模塊構(gòu)成，所述柜體內(nèi)設(shè)置有縱向隔板，所述主電路模塊主要由固定安裝在柜體內(nèi)隔板正側(cè)中部的主斷路器、交流接觸器、快速熔斷器、預(yù)充電電阻、電源進(jìn)線端子構(gòu)成，其中主斷路器、交流接觸器和快速熔斷器通過電纜串聯(lián)接，預(yù)充電電阻通過電纜與交流接觸器并聯(lián)接，電源進(jìn)線端子一端與主斷路器的進(jìn)線端電連接，另一段預(yù)留；所述變流器模塊主要由IPM模塊、IPM模塊觸發(fā)板、散熱器、陶瓷電阻，以及固定安裝在柜體內(nèi)隔板正側(cè)上部的直流側(cè)電容器組、預(yù)充電投切回路、電容放電回路和輸出電流互感器組成，其中IPM模塊觸發(fā)板固定在IPM模塊上，IPM模塊通過散熱器固定在隔板上，所述直流側(cè)電容器組由三個(gè)直流側(cè)電容器構(gòu)成，陶瓷電阻并聯(lián)于直流側(cè)電容器兩端，IPM模塊、直流側(cè)電容器、預(yù)充電投切回路、電容放電回路間通過電纜電連接，輸出電流互感器為穿心式，其直接套在母線上，二次端采樣信號(hào)與控制電路模塊中的運(yùn)算板電連接；所述輸出電抗器固定安裝在隔板的正側(cè)下部，其進(jìn)線端通過電纜與主電路模塊中的快速熔斷器電連接，其出線端通過電纜與變流器模塊中的IPM模塊電連接；所述輸出濾波回路主要由固定安裝在隔板背側(cè)中部的高頻濾波斷路器、高頻濾波電阻和高頻濾波電容器組成，其中高頻濾波斷路器進(jìn)線端通過電纜分別與高頻濾波電阻和主電路模塊中的主斷路器的出線端電連接，高頻濾波電阻和高頻濾波電容器之間通過電纜并聯(lián)接；所述控制電路模塊主要由固定安裝在隔板背側(cè)上部的主控板、運(yùn)算板、觸發(fā)板、主控顯示單元、直流電源模塊、微型繼電器、IP微型斷路器、二次熔斷器、3P微型斷路器和控制變壓器構(gòu)成,其中主控板內(nèi)嵌于主控顯示單元內(nèi)，主控板、運(yùn)算板、觸發(fā)板、直流電源模塊、主控顯示單元通過網(wǎng)絡(luò)控制電纜相互電連接，微型繼電器與IP微型斷路器通過電纜電連接，3P微型斷路器設(shè)置于二次熔斷器的下端，二次熔斷器設(shè)置為三個(gè)，其每個(gè)上下兩個(gè)引腳分別電連接至控制變壓器和3P微型斷路器的引腳上；所述HRT-SPF控制模塊主要由固定在隔板上的核心控制系統(tǒng)和硬件電路構(gòu)成，其中核心控制系統(tǒng)由相互電連接的高性能32位定點(diǎn)DSPTMS320LF2812芯片和一片CPLDEPM7256AE芯片及外圍電路組成；硬件電路由相互電連接的數(shù)據(jù)采集電路、同步檢測電路、PWM隔離驅(qū)動(dòng)電路、硬件保護(hù)電路、I/O接口電路、通信電路和電源電路組成。本實(shí)用新型采用上述技術(shù)解決方案所能達(dá)到的有益效果是I、可迅速、有效地濾除諧波，效率高，能有效地濾除2-50次諧波，濾除率可達(dá)97%，響應(yīng)時(shí)間< 8ms，殼體防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP40 ；2、既可以濾波又可以進(jìn)行無功補(bǔ)償，可以瞬間高于額定容量進(jìn)行涌流補(bǔ)償，從而消除閃變和電壓波動(dòng)； 3、可以通過設(shè)備自行判斷得到最佳濾波效果，并能夠自動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)的阻抗變化；4、能實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)諧波變化，具有高度可控性和快速響應(yīng)性，補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)頻率波動(dòng)影響，濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)；5、能有效降低設(shè)備損耗，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，具有高度可控性和快速響應(yīng)性，不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)；6、中、英文、圖形液晶顯示，人機(jī)界面清晰友好；7、具有完善自診斷和監(jiān)視功能，對(duì)故障可具體定位，方便調(diào)試；8、具有設(shè)計(jì)合理、性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的市場推廣價(jià)值。
圖I為本實(shí)用新型的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的后視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型運(yùn)算板中軟件的指令流程圖；圖4為本實(shí)用新型中的HRT-SPF控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖；圖5為本實(shí)用新型中HRT-SPF控制模塊的電路圖；圖6為本實(shí)用新型的工作流程的原理圖。圖I和圖2中1-外殼、2-節(jié)能燈、3-軸流風(fēng)機(jī)、4-行程開關(guān)、5-陶瓷電阻、6-直流側(cè)電容器組、7-IPM模塊觸發(fā)板、8-IPM模塊、9-散熱器、10-采樣電流互感器、11_交流接觸器、12-快速熔斷器、13-高頻濾波斷路器、14-主斷路器、15-輸出電抗器、16-電源進(jìn)線端子、17-微型繼電器、18-1P微型斷路器、19-二次熔斷器、20-3P微型斷路器、21-控制變壓器、22-直流電源模塊、23-運(yùn)算板、24-高頻濾波電阻、25-預(yù)充電電阻、26-直流放電電阻、27-零線排、28-高頻濾波電容器。
具體實(shí)施方式
由圖I至圖6所示，具有節(jié)能降耗兼諧波治理的有源濾波裝置，它主要由柜體、主電路模塊、變流器模塊、輸出電抗器、輸出濾波回路、控制電路模塊和HRT-SPF控制模塊構(gòu)成，所述柜體內(nèi)設(shè)置有縱向隔板，所述主電路模塊主要由固定安裝在柜體內(nèi)隔板正側(cè)中部的主斷路器、交流接觸器、快速熔斷器、預(yù)充電電阻、電源進(jìn)線端子構(gòu)成，其中主斷路器、交流接觸器和快速熔斷器通過電纜串聯(lián)接，預(yù)充電電阻通過電纜與交流接觸器并聯(lián)接，電源進(jìn)線端子一端與主斷路器的進(jìn)線端電連接，另一段預(yù)留；所述變流器模塊主要由IPM模塊、IPM模塊觸發(fā)板、散熱器、陶瓷電阻，以及固定安裝在柜體內(nèi)隔板正側(cè)上部的直流側(cè)電容器組、預(yù)充電投切回路、電容放電回路和 輸出電流互感器組成，其中IPM模塊觸發(fā)板固定在IPM模塊上，IPM模塊通過散熱器固定在隔板上，所述直流側(cè)電容器組由三個(gè)直流側(cè)電容器構(gòu)成，陶瓷電阻并聯(lián)于直流側(cè)電容器兩端，IPM模塊、直流側(cè)電容器、預(yù)充電投切回路、電容放電回路間通過電纜電連接，輸出電流互感器為穿心式，其直接套在母線上，二次端采樣信號(hào)與控制電路模塊中的運(yùn)算板電連接；變流器模塊為整機(jī)工作中最關(guān)鍵的部分，起到了有源逆變與系統(tǒng)交換能量的作用。所述輸出電抗器固定安裝在隔板的正側(cè)下部，其進(jìn)線端通過電纜與主電路模塊中的快速熔斷器電連接，其出線端通過電纜與變流器模塊中的IPM模塊電連接；其主要起到與系統(tǒng)的能量交換作用，各個(gè)參數(shù)直接決定了工作性能，是變流器模塊能輸出電流到系統(tǒng)的重要連接器件。所述輸出濾波回路主要由固定安裝在隔板背側(cè)中部的高頻濾波斷路器、高頻濾波電阻和高頻濾波電容器組成，其中高頻濾波斷路器進(jìn)線端通過電纜分別與高頻濾波電阻和主電路模塊中的主斷路器的出線端電連接，高頻濾波電阻和高頻濾波電容器之間通過電纜并聯(lián)接；所述控制電路模塊主要由固定安裝在隔板背側(cè)上部的主控板、運(yùn)算板、觸發(fā)板、主控顯示單元、直流電源模塊、微型繼電器、IP微型斷路器、二次熔斷器、3P微型斷路器和控制變壓器構(gòu)成，其中主控板內(nèi)嵌于主控顯示單元內(nèi)，主控板、運(yùn)算板、觸發(fā)板、直流電源模塊、主控顯示單元通過網(wǎng)絡(luò)控制電纜相互電連接，微型繼電器與IP微型斷路器通過電纜電連接，3P微型斷路器設(shè)置于二次熔斷器的下端，二次熔斷器設(shè)置為三個(gè)，其每個(gè)上下兩個(gè)引腳分別電連接至控制變壓器和3P微型斷路器的引腳上；運(yùn)算板，其內(nèi)部嵌入有軟件，其工作流程為1.對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，以保證高速數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)及所有外設(shè)的初始化狀態(tài)正常；2.系統(tǒng)進(jìn)入到主程序循環(huán)中，系統(tǒng)先進(jìn)行故障自檢，若有故障，進(jìn)行故障處理，保證系統(tǒng)安全、可靠的運(yùn)行；若系統(tǒng)無故障發(fā)生，則等待同步采樣控制信號(hào)中斷的發(fā)生，系統(tǒng)進(jìn)入到對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序中進(jìn)行頻率檢測和A/D轉(zhuǎn)換等；3.進(jìn)行直流側(cè)電壓控制、指令電流計(jì)算、軟啟動(dòng)控制等，若是啟動(dòng)過程，則采用軟啟動(dòng)方式；否則直接輸出PWM控制信號(hào)，此時(shí)完成了對(duì)一個(gè)采樣周期的控制。然后程序返回，進(jìn)行下一次采樣循環(huán)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的循環(huán)控制。所述HRT-SPF控制模塊主要由固定在隔板上的核心控制系統(tǒng)和硬件電路構(gòu)成，其中核心控制系統(tǒng)由相互電連接的高性能32位定點(diǎn)DSP TMS320LF2812芯片和一片CPLDEPM7256AE芯片及外圍電路組成，其采用了以DSP+CPLD為核心的數(shù)字化系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的要求，直接決定了裝置的性能指標(biāo)和補(bǔ)償效果；硬件電路由相互電連接的數(shù)據(jù)采集電路、同步檢測電路、PWM隔離驅(qū)動(dòng)電路、硬件保護(hù)電路、I/O接口電路、通信電路和電源電路組成?？刂齐娐纺K對(duì)HRT-SPF控制模塊工作的整體控制，HRT-SPF控制模塊是通過設(shè)備并網(wǎng)連接部分注入與諧波電流大小相等方向相反的補(bǔ)償電流，對(duì)電流諧波進(jìn)行補(bǔ)償。HRT-SPF控制模塊中的數(shù)據(jù)采集電路主要負(fù)責(zé)電壓、電流等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換的處理，由于被檢測的電壓電流量數(shù)值比較大，數(shù)值遠(yuǎn)超過DSP允許的輸入信號(hào)范圍，需要把這些模擬電信號(hào)降低，并將電流量變換為電壓量，雙極性信號(hào)變成單極性信號(hào)，并進(jìn)行電平匹配，A/D轉(zhuǎn)換后送入DSP進(jìn)行運(yùn)算。其實(shí)現(xiàn)方法為電壓、電流信號(hào)(包括2個(gè)直流母線電壓、3個(gè)負(fù)載電流及3個(gè)補(bǔ)償器輸出電流)經(jīng)電流型霍爾傳感器變換后，在高精度采樣電阻上形成與原信號(hào)成比例的電壓信號(hào)，再經(jīng)濾波、隔離、電平變換后，得到O 3V模擬量輸入電壓，最后經(jīng)12位A/D變換后進(jìn)入DSP內(nèi)處理。HRT-SPF控制模塊中的同步檢測電路主要功能是產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓頻率、相位相同的同步工作脈沖信號(hào)及256倍電網(wǎng)基波頻率的A/D同步采用啟動(dòng)信號(hào)。由于電網(wǎng)的頻率總會(huì)在50Hz上下發(fā)生波動(dòng)，因此為保證電網(wǎng)參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性，在測量過程中需要跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，隨時(shí)修正A/D的采樣周期，以保證采樣速率不變。同步檢測電路實(shí)質(zhì)是一過零電壓比較器，將一相電源交流輸入信號(hào)變換成方波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)三相電源電壓的相位檢測，利用方波信號(hào)的跳變觸發(fā)DSP產(chǎn)生中斷，以便計(jì)算電網(wǎng)頻率和控制DSP的A/D轉(zhuǎn)換時(shí)刻。HRT-SPF控制模塊中的PWM隔離驅(qū)動(dòng)電路將HRT-SPF控制模塊產(chǎn)生的光驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，同時(shí)經(jīng)過功率放大處理后，最終輸出6路PWM信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變主電路IGBT的驅(qū)動(dòng)控制，當(dāng)裝置出現(xiàn)過流、短路等故障時(shí)，立即封鎖IGBT的驅(qū)動(dòng)脈沖，并向核心控制系統(tǒng)發(fā)送保護(hù)信號(hào)。HRT-SPF控制模塊中的硬件保護(hù)電路保證了裝置可靠穩(wěn)定的工作。當(dāng)補(bǔ)償裝置發(fā)生短路、過流、過壓、超溫、欠壓等故障時(shí)，故障信號(hào)經(jīng)過故障檢測電路處理后，立即封鎖PWM驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，并進(jìn)行報(bào)警等處理，整個(gè)裝置系統(tǒng)自動(dòng)退出運(yùn)行，以保護(hù)系統(tǒng)安全。 本實(shí)用新型所述的各種電器元件均是現(xiàn)有技術(shù)，它們均可以在市場上購買得到；所述的各種電路也是行業(yè)內(nèi)常使用的電路，結(jié)合附圖均屬于本領(lǐng)域內(nèi)工作人員的常識(shí)技術(shù)；因此，在此無需詳述。工作流程為通過數(shù)據(jù)采樣單元采集配電系統(tǒng)的電流信號(hào)(CT信號(hào))和電壓信號(hào)(PT信號(hào))，由互感器檢測補(bǔ)償對(duì)象的電壓和電流信號(hào)，將實(shí)時(shí)電流和電壓信號(hào)傳送到指令運(yùn)算板的微機(jī)處理中心；然后經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理后送給控制系統(tǒng)計(jì)算出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，直流電源部分在系統(tǒng)運(yùn)行前先儲(chǔ)能升壓，儲(chǔ)能完備后將信號(hào)(DC信號(hào))反饋到指令運(yùn)算板的微機(jī)處理中心，通過比較和運(yùn)算，指令運(yùn)算板根據(jù)配電系統(tǒng)中的諧波含量和大小給逆變器的觸發(fā)板發(fā)送觸發(fā)指令，逆變器將產(chǎn)生與配電系統(tǒng)中諧波電流大小相同、方向相反的逆變電流輸送到配電系統(tǒng)中，將配電系統(tǒng)中的諧波、無功、負(fù)序等有害電流分量抵消。電網(wǎng)側(cè)三相電流為對(duì)稱正弦波，零線電流為0，實(shí)現(xiàn)治理諧波，改善電能質(zhì)量的目的，最終得到期望的正弦電源。本有源濾波裝置是一種動(dòng)態(tài)濾除諧波的新型諧波治理設(shè)備，它通過監(jiān)測電網(wǎng)實(shí)時(shí)諧波狀況，在線計(jì)算出所含諧波分量，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，控制逆變電路，將大小相等、方向相反的諧波電流注入到電網(wǎng)中，達(dá)到迅速地動(dòng)態(tài)跟蹤濾除諧波的作用。
權(quán)利要求1.具有節(jié)能降耗兼諧波治理的有源濾波裝置，其特征在于它主要由柜體、主電路模塊、變流器模塊、輸出電抗器、輸出濾波回路、控制電路模塊和HRT-SPF控制模塊構(gòu)成，所述柜體內(nèi)設(shè)置有縱向隔板，所述主電路模塊主要由固定安裝在柜體內(nèi)隔板正側(cè)中部的主斷路器、交流接觸器、快速熔斷器、預(yù)充電電阻、電源進(jìn)線端子構(gòu)成，其中主斷路器、交流接觸器和快速熔斷器通過電纜串聯(lián)接，預(yù)充電電阻通過電纜與交流接觸器并聯(lián)接，電源進(jìn)線端子一端與主斷路器的進(jìn)線端電連接，另一段預(yù)留；所述變流器模塊主要由IPM模塊、IPM模塊觸發(fā)板、散熱器、陶瓷電阻，以及固定安裝在柜體內(nèi)隔板正側(cè)上部的直流側(cè)電容器組、預(yù)充電投切回路、電容放電回路和輸出電流互感器組成，其中IPM模塊觸發(fā)板固定在IPM模塊上，IPM模塊通過散熱器固定在隔板上，所述直流側(cè)電容器組由三個(gè)直流側(cè)電容器構(gòu)成，陶瓷電阻并聯(lián)于直流側(cè)電容器兩端，IPM模塊、直流側(cè)電容器、預(yù)充電投切回路、電容放電回路間通過電纜電連接，輸出電流互感器為穿心式，其直接套在母線上，二次端采樣信號(hào)與控制電路模塊中的運(yùn)算板電連接；所述輸出電抗器固定安裝在隔板的正側(cè)下部，其進(jìn)線端通過電纜與主電路模塊中的快速熔斷器電連接，其出線端通過電纜與變流器模塊中的IPM模塊電連接；所述輸出濾波回路主要由固定安裝在隔板背側(cè)中部的高頻濾波斷路器、高頻濾波電阻和高頻濾波電容器組成，其中高頻濾波斷路器進(jìn)線端通過電纜分別與高頻濾波電阻和主電路模塊中的主斷路器的出線端電連接，高頻濾波電阻和高頻濾波電容器之間通過電纜并聯(lián)接；所述控制電路模塊主要由固定安裝在隔板背側(cè)上部的主控板、運(yùn)算板、觸發(fā)板、主控顯示單元、直流電源模塊、微型繼電器、IP微型斷路器、二次熔斷器、3P微型斷路器和控制變壓器構(gòu)成，其中主控板內(nèi)嵌于主控顯示單元內(nèi)，主控板、運(yùn)算板、觸發(fā)板、直流電源模塊、主控顯示單元通過網(wǎng)絡(luò)控制電纜相互電連接，微型繼電器與IP微型斷路器通過電纜電連接，3P微型斷路器設(shè)置于二次熔斷器的下端，二次熔斷器設(shè)置為三個(gè)，其每個(gè)上下兩個(gè)引腳分別電連接至控制變壓器和3P微型斷路器的引腳上；所述HRT-SPF控制模塊主要由固定在隔板上的核心控制系統(tǒng)和硬件電路構(gòu)成，其中核心控制系統(tǒng)由相互電連接的高性能32位定點(diǎn)DSP TMS320LF2812芯片和一片CPLD EPM7256AE芯片及外圍電路組成；硬件電路由相互電連接的數(shù)據(jù)采集電路、同步檢測電路、PWM隔離驅(qū)動(dòng)電路、硬件保護(hù)電路、I/O接口電路、通/[目電路和電源電路組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有節(jié)能降耗兼諧波治理的有源濾波裝置，它主要由柜體、主電路模塊、變流器模塊、輸出電抗器、輸出濾波回路、控制電路模塊和HRT-SPF控制模塊構(gòu)成，其中主斷路器、交流接觸器和快速熔斷器通過電纜串聯(lián)接，所述變流器模塊主要由IPM模塊、IPM模塊觸發(fā)板、散熱器、陶瓷電阻，以及固定安裝在柜體內(nèi)隔板正側(cè)上部的直流側(cè)電容器組、預(yù)充電投切回路、電容放電回路和輸出電流互感器組成，本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是可迅速、有效地濾除諧波，效率高，既可以濾波又可以進(jìn)行無功補(bǔ)償，能有效降低設(shè)備損耗，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，具有高度可控性和快速響應(yīng)性，不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)。
文檔編號(hào)H02B1/26GK202737463SQ20122025715
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者石教興, 肖振東 申請(qǐng)人:湖北西高電氣設(shè)備有限公司