本實(shí)用新型涉及一種模擬和數(shù)字綜合控制的無(wú)功補(bǔ)償裝置，屬于電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

為了提高電網(wǎng)電能的傳輸效率，需要控制電網(wǎng)的無(wú)功功率，由于電網(wǎng)存在非線性用電設(shè)備，特別是電力電子設(shè)備的應(yīng)用，給電網(wǎng)帶來(lái)的諧波污染影響電網(wǎng)安全運(yùn)行和電網(wǎng)傳輸效率。應(yīng)用全數(shù)字化的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置功率器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)計(jì)算采用近似算法導(dǎo)致無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出諧波增加，無(wú)功補(bǔ)償裝置具備的電網(wǎng)諧波抑制功能算法復(fù)雜不能精確抑制電網(wǎng)諧波電流；而全模擬無(wú)功補(bǔ)償裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)無(wú)功補(bǔ)償和諧波電流抑制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為解決上述技術(shù)問(wèn)題，進(jìn)而提供一種模擬和數(shù)字綜合控制的無(wú)功補(bǔ)償裝置。

模擬和數(shù)字綜合控制的無(wú)功補(bǔ)償裝置包括三角波發(fā)生器、比較器、LC能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、DSP控制芯片、功率變換單元、電抗器、電網(wǎng)電壓檢測(cè)單元、電壓信號(hào)調(diào)理電路、電網(wǎng)電流檢測(cè)單元、電流信號(hào)調(diào)理電路和整流單元，所述DSP控制芯片的D/A接口處連接有比較器，所述的比較器上電性連接有三角波發(fā)生器，比較器通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路與功率變換單元建立連接，所述的功率變換單元分別通過(guò)整流單元和電抗器連接到電網(wǎng)上，電網(wǎng)上安裝有LC能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、電網(wǎng)電壓檢測(cè)單元和電網(wǎng)電流檢測(cè)單元，電壓檢測(cè)單元和電網(wǎng)電流檢測(cè)單元分別通過(guò)電壓信號(hào)調(diào)理電路和電流信號(hào)調(diào)理電路連接到DSP控制芯片的A/D接口處，LC能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與DSP控制芯片信號(hào)連接；

所述的LC能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括可控硅控制電路、LC能量轉(zhuǎn)換電路和第二電抗，所述的LC能量轉(zhuǎn)換電路和可控硅控制轉(zhuǎn)換電路與所述的電網(wǎng)中的電源引出線條數(shù)相同，所述LC能量轉(zhuǎn)換電路通過(guò)對(duì)應(yīng)所述的可控硅控制轉(zhuǎn)換電路與對(duì)應(yīng)電網(wǎng)電源引出線電連接，所述的第二電抗和所述LC能量轉(zhuǎn)換電路與可控硅控制轉(zhuǎn)換電路之間的線路感應(yīng)連接。

優(yōu)選的：所述的可控硅控制電路包括兩個(gè)二極管和一個(gè)可控硅芯片，所述的兩個(gè)二極管并聯(lián)，且兩個(gè)二極管的方向相反，設(shè)該兩個(gè)并聯(lián)二極管的一端為可控硅控制電路的輸入端，另一端為可控硅控制電路的輸出端，則該可控硅控制電路的輸入端與電網(wǎng)電源引出線電連接，輸出端與所述LC能量轉(zhuǎn)換電路連接，且所述可控硅芯片設(shè)置在輸入端與可控硅控制電路輸入端方向相同的二極管的輸出端上，所述可控硅芯片與所述DSP控制芯片信號(hào)連接。

優(yōu)選的：所述的LC能量轉(zhuǎn)換電路包括電感L、第一電容C、電阻R和第二電容CO，所述電感L、第一電容C、電阻R星角連接，且電感L和第一電容C之間設(shè)有第一連接節(jié)點(diǎn)，電感L與電阻R之間設(shè)有第二連接節(jié)點(diǎn)，所述第一連接節(jié)點(diǎn)為該LC能量轉(zhuǎn)換電路的輸入端，與所述的可控硅控制電路的輸出點(diǎn)電連接，所述的第二連接節(jié)點(diǎn)與所述的第二電容CO的另一端電連接，所述的第二電容CO的另一端為該LC能量轉(zhuǎn)換電路的輸出端，與同組相鄰的可控硅控制電路的輸入端電連接。

優(yōu)選的：所述三角波發(fā)生器的輸出頻率可調(diào)，幅值不變的載波信號(hào)，載波信號(hào)和DSP控制芯片的D/A接口輸出的調(diào)制波信號(hào)與比較器輸出功率變換單元的精確SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述功率變換單元輸出的基波電壓頻率、相序、相位與電網(wǎng)電壓保持同步。

本實(shí)用新型的有益效果為：本實(shí)用新型提出的一種模擬和數(shù)字綜合控制的無(wú)功補(bǔ)償裝置，通過(guò)對(duì)輸送線路電流信號(hào)的采樣，控制對(duì)無(wú)功當(dāng)量的計(jì)算以及LC能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)對(duì)無(wú)功功率的轉(zhuǎn)換，結(jié)合數(shù)字控制和模擬控制的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了數(shù)字化控制下的計(jì)算載波和調(diào)制波交點(diǎn)產(chǎn)生功率器件PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的不精確算法，具有良好的動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)性能，自動(dòng)識(shí)別電網(wǎng)相序、頻率和相位，可以更精確控制無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出的基波無(wú)功電流，減少裝置輸出的諧波和精確抑制電網(wǎng)5次、7次諧波電流。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型模擬和數(shù)字綜合控制的無(wú)功補(bǔ)償裝置示意圖；

圖2為SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生原理示意圖；

圖3為L(zhǎng)C能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電路示意圖；

圖中1-三角波發(fā)生器，2-比較器，3-LC能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，31-可控硅控制電路，32-LC能量轉(zhuǎn)換電路，33-第二電抗，4-DSP控制芯片，5-功率變換單元，6-電抗器，7-電網(wǎng)電壓檢測(cè)單元，8-電壓信號(hào)調(diào)理電路，9-電網(wǎng)電流檢測(cè)單元，10-電流信號(hào)調(diào)理電路，11-整流單元，13-驅(qū)動(dòng)電路，14-電網(wǎng)。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的模擬和數(shù)字綜合控制的自同步無(wú)功補(bǔ)償裝置模擬和數(shù)字綜合控制的無(wú)功補(bǔ)償裝置，包括三角波發(fā)生器1、比較器2、LC能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)3、DSP控制芯片4、功率變換單元5、電抗器6、電網(wǎng)電壓檢測(cè)單元7、電壓信號(hào)調(diào)理電路8、電網(wǎng)電流檢測(cè)單元9、電流信號(hào)調(diào)理電路10和整流單元11，其特征在于：所述DSP控制芯片4的D/A接口處連接有比較器2，所述的比較器2上電性連接有三角波發(fā)生器1，比較器2通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路13與功率變換單元5建立連接，所述的功率變換單元5分別通過(guò)整流單元11和電抗器6連接到電網(wǎng)14上，電網(wǎng)14上安裝有LC能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)3、電網(wǎng)電壓檢測(cè)單元7和電網(wǎng)電流檢測(cè)單元9，電壓檢測(cè)單元7和電網(wǎng)電流檢測(cè)單元9分別通過(guò)電壓信號(hào)調(diào)理電路8和電流信號(hào)調(diào)理電路10連接到DSP控制芯片4的A/D接口處，LC能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)3與DSP控制芯片4信號(hào)連接；

所述的LC能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)3包括可控硅控制電路31、LC能量轉(zhuǎn)換電路32和第二電抗33，所述的LC能量轉(zhuǎn)換電路32和可控硅控制轉(zhuǎn)換電路31與所述的電網(wǎng)14中的電源引出線條數(shù)相同，所述LC能量轉(zhuǎn)換電路32通過(guò)對(duì)應(yīng)所述的可控硅控制轉(zhuǎn)換電路31與對(duì)應(yīng)所述電網(wǎng)14電源引出線電連接，所述的第二電抗33和所述LC能量轉(zhuǎn)換電路32與可控硅控制轉(zhuǎn)換電路31之間的線路感應(yīng)連接。如此設(shè)置，三角波發(fā)生器輸出頻率可調(diào)，幅值不變的載波與檢測(cè)得到的電網(wǎng)電壓信號(hào)經(jīng)數(shù)字化計(jì)算后由DSP控制芯片的D/A輸出和載波信號(hào)經(jīng)比較器輸出功率器件的精確SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，功率變換單元輸出的基波電壓頻率、相序、相位自動(dòng)與電網(wǎng)電壓保持同步，幅值由需要控制的無(wú)功功率大小和性質(zhì)確定，經(jīng)電抗器與電網(wǎng)連接；電網(wǎng)上的電網(wǎng)電流檢測(cè)單元經(jīng)電流信號(hào)調(diào)理電路輸出至DSP芯片的A/D端進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，電流數(shù)字化信號(hào)經(jīng)電網(wǎng)功率因數(shù)計(jì)算和諧波分析得出電網(wǎng)側(cè)無(wú)功功率及電流的諧波特性，并計(jì)算控制無(wú)功電流的電壓幅值與抑制諧波電流的諧波電壓實(shí)時(shí)值相加得到無(wú)功功率控制和抑制電網(wǎng)諧波電流低次諧波電壓的復(fù)合信號(hào)，由DSP核心控制芯片的D/A接口輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，將復(fù)合信號(hào)與三角波比較輸出控制無(wú)功電流和抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由模擬調(diào)制信號(hào)和模擬載波信號(hào)比較得到的功率變換驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以更精確輸出PWM電壓和抑制電網(wǎng)諧波電流的諧波電壓。

應(yīng)用模擬電路技術(shù)設(shè)計(jì)的功率器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)由三角波電路發(fā)出頻率可調(diào)、幅值固定的載波信號(hào)；檢測(cè)得到電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路輸出，由DSP控制芯片的A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)字化電壓信號(hào)；電網(wǎng)側(cè)電壓檢測(cè)信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)需要考慮A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程△t₁、控制算法計(jì)算過(guò)程△t₂和D/A轉(zhuǎn)換輸出過(guò)程△t₃在時(shí)間上所引起的相位滯后2πf(△t₁+△t₂+△t₃)而得到產(chǎn)生SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的調(diào)制信號(hào)的實(shí)時(shí)值；經(jīng)計(jì)算后的實(shí)時(shí)值由DSP控制芯片的D/A接口輸出模擬電壓信號(hào)，產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的調(diào)制信號(hào)，該調(diào)制信號(hào)與模擬載波信號(hào)直接比較輸出SPWM信號(hào)；此驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制功率變換電路各相輸出電壓的基波電壓與電網(wǎng)電壓同頻率、同相位、同相序?；妷旱姆涤尚枰a(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功功率確定，控制器經(jīng)電抗器并網(wǎng)后輸出需要的無(wú)功功率；檢測(cè)電網(wǎng)側(cè)電流，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為可進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字化信號(hào)，對(duì)數(shù)字化的電流信號(hào)做功率因數(shù)計(jì)算和FFT運(yùn)算分析諧波電流成分，并計(jì)算無(wú)功電流的大小和性質(zhì)以及低次諧波電流的大小和相位以確定抑制低次電壓數(shù)值，將低次電壓相加得到抑制諧波電流的電壓信號(hào)值與數(shù)字化的電網(wǎng)電壓信號(hào)相加得到復(fù)合電壓信號(hào)后由DSP控制芯片的D/A輸出；由DSP控制芯片的D/A的復(fù)合電壓信號(hào)與模擬電路發(fā)出的三角波直接比較輸出控制電網(wǎng)無(wú)功功率和抑制電網(wǎng)諧波電流的功率器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)；功率器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)為PWM信號(hào)，由電網(wǎng)所需無(wú)功功率閉環(huán)控制功率變換器的基波無(wú)功電流大小和性質(zhì)，由電網(wǎng)電流諧波分析功能閉環(huán)調(diào)節(jié)低次諧波電壓幅值和相位的信號(hào)的大小以精確抑制電網(wǎng)低次諧波電流。

圖1為實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)無(wú)功功率控制和諧波精確抑制的抑制電網(wǎng)低次諧波控制器原理示意圖。下面結(jié)合圖1和實(shí)例說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式：

三角波發(fā)生器1輸出三角波幅值固定，頻率可調(diào)的載波信號(hào)；

電網(wǎng)電壓檢測(cè)單元和信號(hào)調(diào)理單元通過(guò)公式(1)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制運(yùn)算使得電網(wǎng)側(cè)電壓檢測(cè)信號(hào)與DSP控制芯片的A/D信號(hào)匹配

其中x表示電網(wǎng)三相電壓ABC，ω＝2πf，U_m為電壓幅值，為電壓相位，由信號(hào)調(diào)理電路變換使得電網(wǎng)側(cè)電壓檢測(cè)信號(hào)與DSP控制芯片的A/D信號(hào)匹配；

電網(wǎng)電流檢測(cè)單元和信號(hào)調(diào)理單元通過(guò)公式(2)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制運(yùn)算使得電網(wǎng)電壓檢測(cè)信號(hào)與DSP控制芯片的A/D信號(hào)匹配

i_x＝I_m sin(ωt+θ_x) (2)

其中x表示電網(wǎng)三相電流ABC，I_m為電流幅值，θ_x為電流相位，由信號(hào)調(diào)理電路變換使得電網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)信號(hào)與DSP控制芯片的A/D信號(hào)匹配；

根據(jù)電網(wǎng)無(wú)功功率控制閉環(huán)設(shè)定，由數(shù)字化的電壓信號(hào)和數(shù)字化的電流信號(hào)計(jì)算控制器基波電壓幅值；對(duì)數(shù)字化的電流信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算得到諧波電流分量組成和諧波電流幅值大小及相位值，由此確定抑制諧波電流的諧波電壓大小，將諧波電壓值相加得到各次諧波電壓復(fù)合信號(hào)與數(shù)字化電網(wǎng)電壓信號(hào)相加，并由DSP控制芯片的D/A接口輸出；

比較器輸出功率器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)單元實(shí)現(xiàn)載波信號(hào)與調(diào)制波信號(hào)直接計(jì)算，由載波信號(hào)與調(diào)制波信號(hào)的交點(diǎn)確定功率器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)如圖2所示；

功率變換單元經(jīng)電抗器輸出各相輸出電壓的基波電壓與電網(wǎng)各相電壓同頻率、同相位、同相序，幅值由需要補(bǔ)償無(wú)功功率的大小和性質(zhì)確定；包含無(wú)功功率控制和諧波電流抑制的電壓復(fù)合信號(hào)與三角波比較輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制功率變換器輸出電網(wǎng)所需的無(wú)功功率和精確抑制電網(wǎng)側(cè)低次諧波電流的諧波電壓信號(hào)；

考慮功率器件的開(kāi)關(guān)頻率，本實(shí)用新型可以精確抑制電網(wǎng)側(cè)5次、7次諧波電流，因?yàn)闊o(wú)功補(bǔ)償控制器輸出基波電流較大，其開(kāi)關(guān)頻率較低，以開(kāi)關(guān)頻率為5kHz說(shuō)明5次、7次，11次諧波電壓每周期經(jīng)載波調(diào)制輸出的段數(shù)分別為19段、13段和8段，因此本實(shí)用新型可以精確抑制電網(wǎng)側(cè)5次、7次電流。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的模擬和數(shù)字綜合控制的自同步無(wú)功補(bǔ)償裝置，若干LC能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)3對(duì)應(yīng)并聯(lián)連接在電網(wǎng)電源引出線上，且每組LC能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)3包括可控硅控制電路31、LC能量轉(zhuǎn)換電路32和第二電抗33，所述的LC能量轉(zhuǎn)換電路32和可控硅控制轉(zhuǎn)換電路31與所述的電網(wǎng)14中的電源引出線條數(shù)相同，所述LC能量轉(zhuǎn)換電路32通過(guò)對(duì)應(yīng)所述的可控硅控制轉(zhuǎn)換電路31與對(duì)應(yīng)所述電網(wǎng)14電源引出線電連接，所述的第二電抗33和所述LC能量轉(zhuǎn)換電路32與可控硅控制轉(zhuǎn)換電路31之間的線路感應(yīng)連接，當(dāng)電網(wǎng)電源引出線出現(xiàn)諧波時(shí)，DSP控制芯片4根據(jù)電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)單元7和電網(wǎng)電流檢測(cè)單元9測(cè)量的電壓信號(hào)和電流信號(hào)，計(jì)算負(fù)載實(shí)時(shí)無(wú)功功率，并向可控硅芯片發(fā)送連通指令，控制對(duì)應(yīng)可控硅芯片處于連通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電源引出線通過(guò)可控硅控制電路31向LC能量轉(zhuǎn)換電路32快速投切，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的無(wú)功功率的抑制。

所述的可控硅控制電路31包括兩個(gè)二極管和一個(gè)可控硅芯片，所述的兩個(gè)二極管并聯(lián)，且兩個(gè)二極管的方向相反，設(shè)該兩個(gè)并聯(lián)二極管的一端為可控硅控制電路31的輸入端，另一端為可控硅控制電路31的輸出端，則該可控硅控制電路31的輸入端與所述電網(wǎng)電源引出線電連接，輸出端與所述LC能量轉(zhuǎn)換電路32連接，且所述可控硅芯片設(shè)置在輸入端與可控硅控制電路31輸入端方向相同的二極管的輸出端上，所述可控硅芯片與所述DSP控制芯片4信號(hào)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)LC能量轉(zhuǎn)換電路的通電控制。

所述的LC能量轉(zhuǎn)換電路32包括電感L、第一電容C、電阻R和第二電容CO，所述電感L、第一電容C、電阻R星角連接，且電感L和第一電容C之間設(shè)有第一連接節(jié)點(diǎn)，電感L與電阻R之間設(shè)有第二連接節(jié)點(diǎn)，所述第一連接節(jié)點(diǎn)為該LC能量轉(zhuǎn)換電路32的輸入端，與所述的可控硅控制電路31的輸出點(diǎn)電連接，所述的第二連接節(jié)點(diǎn)與所述的第二電容CO的另一端電連接，所述的第二電容CO的另一端為該LC能量轉(zhuǎn)換電路32的輸出端，與同組相鄰的可控硅控制電路31的輸入端電連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路中諧波的抑制。