一種多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種永磁動力裝置，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的由于功率器件、電容器、電抗器等硬件參數(shù)的容量限制，使現(xiàn)有有源濾波器不能滿足大功率負(fù)荷的實(shí)際應(yīng)用需求的問題。該一種多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)，包括主控制器、模塊組和開關(guān)單元，主控制器的光纖通訊接口與模塊組的信號端口連接，模塊組的輸出端與開關(guān)單元的輸入端連接，開關(guān)單元的輸出端與電網(wǎng)和非線性負(fù)載連接，開關(guān)單元的控制端與主控制器的控制端連接；模塊組由多個模塊單元并聯(lián)而成，模塊單元為小容量有源濾波裝置，模塊單元的信號端口為模塊組的信號端口。通過上述方案，本實(shí)用新型達(dá)到了能滿足大功率負(fù)荷的實(shí)際應(yīng)用需求的目的。
【專利說明】一種多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種有源濾波器控制系統(tǒng)，具體地說，是涉及一種多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用有效促進(jìn)了現(xiàn)代工業(yè)化的進(jìn)程，但同時也給電力系統(tǒng)帶來的嚴(yán)重的諧波污染問題。有源濾波器作為一種高效的電力電子設(shè)備，與傳統(tǒng)的無源濾波器相比，在諧波治理方面具有顯著的優(yōu)勢，將逐漸成為提高電能質(zhì)量的主流產(chǎn)品。常規(guī)有源濾波器的基本工作原理是從負(fù)載電流中提取諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生與該諧波電流大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流，以使得電網(wǎng)電流為標(biāo)準(zhǔn)基波電流。
[0003]現(xiàn)有有源濾波器存在以下缺陷:第一，由于功率器件、電容器、電抗器等硬件參數(shù)的容量限制，使現(xiàn)有有源濾波器不能滿足大功率負(fù)荷的實(shí)際應(yīng)用需求；第二，若為了大功率負(fù)荷的實(shí)際應(yīng)用需求，而采用多臺有源濾波器將會使成本增加，工作不穩(wěn)定，且不便于操作和管理；第三，單臺有源濾波裝置的補(bǔ)償能力有限，用于不能滿足大功率負(fù)荷的實(shí)際應(yīng)用需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的由于功率器件、電容器、電抗器等硬件參數(shù)的容量限制，使現(xiàn)有有源濾波器不能滿足大功率負(fù)荷的實(shí)際應(yīng)用需求的問題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)，包括主控制器、模塊組和開關(guān)單元，所述主控制器的光纖通訊接口與所述模塊組的信號端口連接，所述模塊組的輸出端與所述開關(guān)單元的輸入端連接，所述開關(guān)單元的輸出端與電網(wǎng)和非線性負(fù)載連接，所述開關(guān)單元的控制端與所述主控制器的控制端連接。
[0007]具體地，所述主控制器的光纖通訊接口發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過功率放大與復(fù)用形成發(fā)送數(shù)據(jù)總線，接收數(shù)據(jù)時則根據(jù)對各模塊單元的順序編號，通過查詢方式依次接收各模塊單元的反饋數(shù)據(jù)；使本發(fā)可根據(jù)單個模塊單元容量與實(shí)際負(fù)荷需求選配模塊單元個數(shù)，且由于主控制器與各模塊單元通訊方式采用一路串口實(shí)現(xiàn)，而不需要額外增加主控制器的通訊接口，使本實(shí)用新型在使用上靈活性強(qiáng)，不受主控制器的通訊接口數(shù)量的限制。
[0008]進(jìn)一步的，所述主控制器為能進(jìn)行開關(guān)單元的控制、負(fù)載電流計算與平均分配、模塊組反饋數(shù)據(jù)分析處理，所述電網(wǎng)裝置基本電氣參數(shù)計算、叩I頻譜分析和所述電網(wǎng)電壓電流裝置電流采樣的主控制器；各模塊單元補(bǔ)償電流采用平均分配原則，避免了相互競爭而導(dǎo)致的諧振問題，使本實(shí)用新型具有工作穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。
[0009]更具體地，所述模塊組由多個模塊單元并聯(lián)而成，所述模塊單元為小容量有源濾波裝置，所述模塊單元的信號端口為所述模塊組的信號端口，多個所述模塊單元并聯(lián)的輸出端為所述模塊組的輸出端；多個模塊單元并聯(lián)的方式，使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了大容量的要求，能滿足大功率負(fù)荷的實(shí)際應(yīng)用需求，主控制器對所有的模塊單元統(tǒng)一控制，使本實(shí)用新型便于操作和管理。
[0010]更具體地，所述模塊單元包括模塊控制器、模塊驅(qū)動單元和功率補(bǔ)償單元，所述模塊控制器的？麗信號輸出端與所述模塊驅(qū)動單元的？麗信號輸入端連接，所述模塊控制器的故障反饋輸入端與所述模塊驅(qū)動單元的故障反饋的輸出端連接，所述模塊驅(qū)動單元的驅(qū)動信號輸出端與所述功率補(bǔ)償單元的驅(qū)動信號輸入端連接，所述模塊驅(qū)動單元的實(shí)時監(jiān)測信號輸入端與所述功率補(bǔ)償單元的實(shí)時監(jiān)測信號輸出端連接，所述功率補(bǔ)償單元的輸出端通過1X1連接后輸出，所述1X1連接的輸出端為所述模塊單元的輸出端。
[0011〕 更具體地，所述模塊控制器具備采樣接口、光纖通訊接口和？麗接口，所述采樣接口分別為采集模塊單元接口電壓的采樣接口、輸出電流的采樣接口、直流電壓的采樣接口和模塊溫度的采樣接口，所述模塊控制器的光纖通訊接口為所述模塊單元的信號端口，所述？II接口為所述模塊控制器的？麗信號輸出端和故障反饋輸入端。
[0012]進(jìn)一步的，所述模塊驅(qū)動單元為具有？麗信號硬件互鎖與故障報警功能的模塊驅(qū)動單元，所述功率補(bǔ)償單元采用叩81功率器件；有效保證了模塊單元的安全可靠運(yùn)行，使本實(shí)用新型能安全可靠的運(yùn)行。
[0013]更具體地，所述開關(guān)單元主要包括串電阻軟啟動回路與低壓斷路器包括串電阻軟啟動回路與低壓斷路器，所述串電阻軟啟動回路與所述低壓斷路器并聯(lián)，所述低壓斷路器的輸入端為所述開關(guān)單元的控制端，所述串電阻軟啟動回路與所述低壓斷路器并聯(lián)后的輸入端為所述開關(guān)單元的輸入端，所述串電阻軟啟動回路與所述低壓斷路器并聯(lián)后的輸出端為所述開關(guān)單元的輸出端。
[0014]進(jìn)一步的，所述主控制器的通訊接口與人機(jī)界面的通訊接口連接；使工作人員能實(shí)時的觀測到本實(shí)用新型的運(yùn)行狀況，為下一步的工作提出條件。
[0015]多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟:
[0016]( 1)所述主控制器采集電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)電流與裝置總輸出電流，計算出負(fù)載電流的叩!'頻譜，包含各次諧波電流的幅值與相位，根據(jù)所述模塊單元的數(shù)量對各次諧波幅值進(jìn)行平均分配。
[0017](2)所述主控制器將諧波電流參數(shù)、模塊控制命令與查詢命令的數(shù)據(jù)通過發(fā)送數(shù)據(jù)總線同時發(fā)送給所有所述模塊單元，各所述模塊單元根據(jù)查詢命令選擇是否反饋數(shù)據(jù)，反饋數(shù)據(jù)包括:所述模塊單元輸出電流有效值、直流側(cè)電壓、模塊內(nèi)部溫度、模塊運(yùn)行狀態(tài)代碼和模塊應(yīng)答標(biāo)志。
[0018](3)所述模塊單元反饋數(shù)據(jù)中包含了模塊應(yīng)答標(biāo)志，主控制器根據(jù)該應(yīng)答標(biāo)志判斷所接收數(shù)據(jù)來自哪個模塊單元，從而對各模塊單元運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行處理分析。
[0019](4)根據(jù)所述模塊單元容量，首先對接收的各次諧波電流幅值進(jìn)行限幅，再根據(jù)真有效值算法對參考電流總有效值進(jìn)行限幅保護(hù)，最后根據(jù)功率器件參數(shù)對參考電流的峰值進(jìn)行限幅保護(hù)。
[0020](5)所述主控制器對電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)電流、裝置總輸出電流進(jìn)行叩I頻譜分析，計算出電壓電流的諧波含量、畸變率、有效值、功率因素等電氣參數(shù)，并通過通訊接口與人機(jī)界面進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)通訊。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0022](1)本實(shí)用新型通過多個模塊單元并聯(lián)的方式，實(shí)現(xiàn)了大容量的要求，能滿足大功率負(fù)荷的實(shí)際應(yīng)用需求，主控制器對所有的模塊單元統(tǒng)一控制，使本實(shí)用新型便于操作和管理。
[0023](2)本發(fā)可根據(jù)單個模塊單元容量與實(shí)際負(fù)荷需求選配模塊單元個數(shù)，且由于主控制器與各模塊單元通訊方式采用一路串口實(shí)現(xiàn)，而不需要額外增加主控制器的通訊接口，使本實(shí)用新型在使用上靈活性強(qiáng)，不受主控制器的通訊接口數(shù)量的限制。
[0024](3)本實(shí)用新型中各模塊單元補(bǔ)償電流采用平均分配原則，避免了相互競爭而導(dǎo)致的諧振問題，使本實(shí)用新型具有工作穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。
[0025](4)本實(shí)用新型中模塊驅(qū)動單元具有？麗信號硬件互鎖與故障報警功能，模塊控制器能電流限幅，有效保證了模塊單元的安全可靠運(yùn)行，使本實(shí)用新型能安全可靠的運(yùn)行。
[0026](5)本實(shí)用新型與人機(jī)界面連接，使工作人員能實(shí)時的觀測到本實(shí)用新型的運(yùn)行狀況，為下一步的工作提出條件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為主控制器與模塊單元的通訊示意圖；
[0029]圖3為模塊單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為模塊控制器的諧波參考電流限幅的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，本實(shí)用新型的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例
[0032]如圖1和圖2所示，一種多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)，包括主控制器、模塊組和開關(guān)單元，主控制器的光纖通訊接口與模塊組的信號端口連接，模塊組的輸出端與開關(guān)單元的輸入端連接，開關(guān)單元的輸出端與電網(wǎng)和非線性負(fù)載連接，開關(guān)單元的控制端與主控制器的控制端連接；主控制器的光纖通訊接口發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過功率放大與復(fù)用形成發(fā)送數(shù)據(jù)總線，接收數(shù)據(jù)時則根據(jù)對各模塊單元的順序編號，通過查詢方式依次接收各模塊單元的反饋數(shù)據(jù)；使本發(fā)可根據(jù)單個模塊單元容量與實(shí)際負(fù)荷需求選配模塊單元個數(shù)，且由于主控制器與各模塊單元通訊方式采用一路串口實(shí)現(xiàn)，而不需要額外增加主控制器的通訊接口，使本實(shí)用新型在使用上靈活性強(qiáng)，不受主控制器的通訊接口數(shù)量的限制。
[0033]主控制器為能進(jìn)行開關(guān)單元的控制、負(fù)載電流計算與平均分配、模塊組反饋數(shù)據(jù)分析處理，電網(wǎng)裝置基本電氣參數(shù)計算、叩I頻譜分析和電網(wǎng)電壓電流裝置電流采樣的主控制器；各模塊單元補(bǔ)償電流采用平均分配原則，避免了相互競爭而導(dǎo)致的諧振問題，使本實(shí)用新型具有工作穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。
[0034]模塊組由多個模塊單元并聯(lián)而成，模塊單元為小容量有源濾波裝置，模塊單元的信號端口為模塊組的信號端口，多個模塊單元并聯(lián)的輸出端為模塊組的輸出端；主控制器的通訊接口與人機(jī)界面的通訊接口連接；使工作人員能實(shí)時的觀測到本實(shí)用新型的運(yùn)行狀況，為下一步的工作提出條件。
[0035]通過上述結(jié)構(gòu)使多個模塊單元并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了大容量的要求，能滿足大功率負(fù)荷的實(shí)際應(yīng)用需求，主控制器對所有的模塊單元統(tǒng)一控制，使本實(shí)用新型便于操作和管理。
[0036]如圖3所示，模塊單元包括模塊控制器、模塊驅(qū)動單元和功率補(bǔ)償單元，模塊控制器的？麗信號輸出端與模塊驅(qū)動單元的？麗信號輸入端連接，模塊控制器的故障反饋輸入端與模塊驅(qū)動單元的故障反饋的輸出端連接，模塊驅(qū)動單元的驅(qū)動信號輸出端與功率補(bǔ)償單元的驅(qū)動信號輸入端連接，模塊驅(qū)動單元的實(shí)時監(jiān)測信號輸入端與功率補(bǔ)償單元的實(shí)時監(jiān)測信號輸出端連接，功率補(bǔ)償單元的輸出端通過1X1連接后輸出，1X1連接的輸出端為模塊單元的輸出端。
[0037]模塊控制器具備采樣接口、光纖通訊接口和？麗接口，采樣接口分別為采集模塊單元接口電壓的采樣接口、輸出電流的采樣接口、直流電壓的采樣接口和模塊溫度的采樣接口，模塊控制器的光纖通訊接口為模塊單元的信號端口，？麗接口為模塊控制器的？麗信號輸出端和故障反饋輸入端。
[0038]模塊驅(qū)動單元為具有？麗信號硬件互鎖與故障報警功能的模塊驅(qū)動單元，功率補(bǔ)償單元采用叩81功率器件；模塊驅(qū)動單元具有？麗信號硬件互鎖與故障報警功能，模塊控制器能電流限幅，有效保證了模塊單元的安全可靠運(yùn)行，使本實(shí)用新型能安全可靠的運(yùn)行。
[0039]開關(guān)單元主要包括串電阻軟啟動回路與低壓斷路器包括串電阻軟啟動回路與低壓斷路器，串電阻軟啟動回路與低壓斷路器并聯(lián)，低壓斷路器的輸入端為開關(guān)單元的控制端，串電阻軟啟動回路與低壓斷路器并聯(lián)后的輸入端為開關(guān)單元的輸入端，串電阻軟啟動回路與低壓斷路器并聯(lián)后的輸出端為開關(guān)單元的輸出端。
[0040]如圖4所示，模塊控制器具備參考電流限幅功能:根據(jù)模塊單元容量，首先對接收的各次諧波電流幅值進(jìn)行限幅，再根據(jù)真有效值算法對參考電流總有效值進(jìn)行限幅保護(hù)，最后根據(jù)功率器件參數(shù)對參考電流的峰值進(jìn)行限幅保護(hù)；模塊控制器根據(jù)接口電壓相位、限幅后的各次諧波幅值與相位，算出實(shí)際補(bǔ)償電流參考值。
[0041]基于上述硬件設(shè)備，本實(shí)用新型提供一種多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟:主控制器采集電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)電流與裝置總輸出電流，計算出負(fù)載電流的叩I頻譜，包含各次諧波電流的幅值與相位，根據(jù)模塊單元的數(shù)量對各次諧波幅值進(jìn)行平均分配；主控制器將諧波電流參數(shù)、模塊控制命令與查詢命令的數(shù)據(jù)通過發(fā)送數(shù)據(jù)總線同時發(fā)送給所有模塊單元，各模塊單元根據(jù)查詢命令選擇是否反饋數(shù)據(jù)，反饋數(shù)據(jù)包括:模塊單元輸出電流有效值、直流側(cè)電壓、模塊內(nèi)部溫度、模塊運(yùn)行狀態(tài)代碼和模塊應(yīng)答標(biāo)志；模塊單元反饋數(shù)據(jù)中包含了模塊應(yīng)答標(biāo)志，主控制器根據(jù)該應(yīng)答標(biāo)志判斷所接收數(shù)據(jù)來自哪個模塊單元，從而對各模塊單元運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行處理分析；根據(jù)模塊單元容量，首先對接收的各次諧波電流幅值進(jìn)行限幅，再根據(jù)真有效值算法對參考電流總有效值進(jìn)行限幅保護(hù)，最后根據(jù)功率器件參數(shù)對參考電流的峰值進(jìn)行限幅保護(hù)；主控制器對電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)電流、裝置總輸出電流進(jìn)行頻譜分析，計算出電壓電流的諧波含量、畸變率、有效值、功率因素等電氣參數(shù)，并通過通訊接口與人機(jī)界面進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)通訊。
[0042]按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
【權(quán)利要求】
1.一種多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)，其特征在于:包括主控制器、模塊組和開關(guān)單元，所述主控制器的光纖通訊接口與所述模塊組的信號端口連接，所述模塊組的輸出端與所述開關(guān)單元的輸入端連接，所述開關(guān)單元的輸出端與電網(wǎng)和非線性負(fù)載連接，所述開關(guān)單元的控制端與所述主控制器的控制端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述主控制器的光纖通訊接口發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過功率放大與復(fù)用形成發(fā)送數(shù)據(jù)總線，接收數(shù)據(jù)時則根據(jù)對各模塊單元的順序編號，通過查詢方式依次接收各模塊單元的反饋數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述主控制器為能進(jìn)行開關(guān)單元的控制、負(fù)載電流計算與平均分配、模塊組反饋數(shù)據(jù)分析處理，所述電網(wǎng)裝置基本電氣參數(shù)計算、FFT頻譜分析和所述電網(wǎng)電壓電流裝置電流采樣的主控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述模塊組由多個模塊單元并聯(lián)而成，所述模塊單元為小容量有源濾波裝置，所述模塊單元的信號端口為所述模塊組的信號端口，多個所述模塊單元并聯(lián)的輸出端為所述模塊組的輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述模塊單元包括模塊控制器、模塊驅(qū)動單元和功率補(bǔ)償單元，所述模塊控制器的PWM信號輸出端與所述模塊驅(qū)動單元的PWM信號輸入端連接，所述模塊控制器的故障反饋輸入端與所述模塊驅(qū)動單元的故障反饋的輸出端連接，所述模塊驅(qū)動單元的驅(qū)動信號輸出端與所述功率補(bǔ)償單元的驅(qū)動信號輸入端連接，所述模塊驅(qū)動單元的實(shí)時監(jiān)測信號輸入端與所述功率補(bǔ)償單元的實(shí)時監(jiān)測信號輸出端連接，所述功率補(bǔ)償單元的輸出端通過LCL連接后輸出，所述LCL連接的輸出端為所述模塊單元的輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述模塊控制器具備采樣接口、光纖通訊接口和PWM接口，所述采樣接口分別為采集模塊單元接口電壓的采樣接口、輸出電流的采樣接口、直流電壓的采樣接口和模塊溫度的采樣接口，所述模塊控制器的光纖通訊接口為所述模塊單元的信號端口，所述PWM接口為所述模塊控制器的PWM信號輸出端和故障反饋輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述模塊驅(qū)動單元為具有PWM信號硬件互鎖與故障報警功能的模塊驅(qū)動單元，所述功率補(bǔ)償單元采用IGBT功率器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述開關(guān)單元主要包括串電阻軟啟動回路與低壓斷路器包括串電阻軟啟動回路與低壓斷路器，所述串電阻軟啟動回路與所述低壓斷路器并聯(lián)，所述低壓斷路器的輸入端為所述開關(guān)單元的控制端，所述串電阻軟啟動回路與所述低壓斷路器并聯(lián)后的輸入端為所述開關(guān)單元的輸入端，所述串電阻軟啟動回路與所述低壓斷路器并聯(lián)后的輸出端為所述開關(guān)單元的輸出端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模塊并聯(lián)式大容量有源濾波器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述主控制器的通訊接口與人機(jī)界面的通訊接口連接。
【文檔編號】H02J3/01GK204190387SQ201420600535
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】嚴(yán)昊, 姚鋼, 周荔丹, 陳榕 申請人:佛山市順德區(qū)勝業(yè)電氣有限公司