《具有完全APF功能的静止无功发生器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《具有完全APF功能的静止无功发生器.pdf（10页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104065091A43申请公布日20140924CN104065091A21申请号201410311931322申请日20140702H02J3/1820060171申请人国家电网公司地址100031北京市西城区西长安街86号申请人天津市三源电力设备制造有限公司72发明人朱赫李景云74专利代理机构天津盛理知识产权代理有限公司12209代理人王来佳54发明名称具有完全APF功能的静止无功发生器57摘要本发明涉及一种具有完全APF功能的静止无功发生器，其技术特点是包括RISC处理器、FPGA模块、六个DSP处理器、SVG逆变器及其PWM驱动电路、APF逆变器及其PWM驱动电路，。
2、所述FPGA模块分别与RISC处理器、六个DSP处理器相连接，六个DSP处理器均通过霍尔传感器、信号调整电路和A/D转换模块采集电网电流，并负责SVG功能、APF功能的算法运算和PWM驱动信号输出，并分别驱动SVG逆变器和APF逆变器工作；六个DSP处理器还分别与同步检测电路与锁相环电路相连接。本发明为了能够准确及时补偿无功电流和谐波电流，其通过多CPU控制方式快速准确地获得负载电流无功信号和谐波信号,进而产生相应的补偿信号以抵消电源中的无功与谐波,达到无功补偿和消除谐波的目的。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4。
3、页附图4页10申请公布号CN104065091ACN104065091A1/1页21一种具有完全APF功能的静止无功发生器，其特征在于包括RISC处理器、FPGA模块、六个DSP处理器、SVG逆变器及其PWM驱动电路、APF逆变器及其PWM驱动电路，所述FPGA模块分别与RISC处理器、六个DSP处理器相连接，该FPGA模块还通过隔离驱动电路与数字信号相连接，所述的RISC处理器还与人机界面设备相连接完成人机交互功能，该RISC处理器还通过通讯接口与远程设备相连接；六个DSP处理器均通过霍尔传感器、信号调整电路和A/D转换模块采集电网电流，其中三个DSP处理器负责SVG功能的算法运算和PWM驱。
4、动信号输出，该PWM驱动信号经PWM驱动电路驱动SVG逆变器工作，另外三个DSP处理器负责APF功能的算法运算和PWM驱动信号输出，该PWM驱动信号经PWM驱动电路驱动APF逆变器工作；六个DSP处理器还分别与同步检测电路与锁相环电路相连接，所述的同步检测电路与锁相环电路相连接。2根据权利要求1所述的具有完全APF功能的静止无功发生器，其特征在于所述FPGA模块还连接JTAG电路实现调试功能。3根据权利要求1或2所述的具有完全APF功能的静止无功发生器，其特征在于所述SVG逆变器和APF逆变器均采用多电平逆变器结构。权利要求书CN104065091A1/4页3具有完全APF功能的静止无功发生器。
5、技术领域0001本发明属于无功发生器就技术领域，尤其是一种具有完全APF功能的静止无功发生器。背景技术0002上世纪80年代，由于赤木泰文瞬时无功功率理论的提出以及大功率半导体器件的成熟、脉宽调制PWM控制技术的进步，为静止无功发生器SVG和有源电力滤波器APF的实现与完善奠定了理论与技术基础。近年来，出于节能环保的考虑，配电网终端供电系统中的电力电子变换装置应用越来越广泛，但这类非线性电能变换装置在改善用户端电能质量同时，往往诱发配电网侧谐波及无功电流问题，迫切需要SVG与APF广泛应用于电力各个领域。目前，SVG与APF虽然得到广泛的应用与发展，但是它们是作为两种设备应用的，不仅占用空间，。
6、还要考虑其并联使用的匹配问题。发明内容0003本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、性能稳定且有效提高用电端电能质量的具有完全APF功能的静止无功发生器。0004本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的0005一种具有完全APF功能的静止无功发生器，包括RISC处理器、FPGA模块、六个DSP处理器、SVG逆变器及其PWM驱动电路、APF逆变器及其PWM驱动电路，所述FPGA模块分别与RISC处理器、六个DSP处理器相连接，该FPGA模块还通过隔离驱动电路与数字信号相连接，所述的RISC处理器还与人机界面设备相连接完成人机交互功能，该RISC处理器还通过通讯接口与远程设备相。
7、连接；六个DSP处理器均通过霍尔传感器、信号调整电路和A/D转换模块采集电网电流，其中三个DSP处理器负责SVG功能的算法运算和PWM驱动信号输出，该PWM驱动信号经PWM驱动电路驱动SVG逆变器工作，另外三个DSP处理器负责APF功能的算法运算和PWM驱动信号输出，该PWM驱动信号经PWM驱动电路驱动APF逆变器工作；六个DSP处理器还分别与同步检测电路与锁相环电路相连接，所述的同步检测电路与锁相环电路相连接。0006而且，所述FPGA模块还连接JTAG电路实现调试功能。0007而且，所述SVG逆变器和APF逆变器均采用多电平逆变器结构。附图说明0008图1为本发明的电路方框图；0009图2。
8、为本发明的工作原理及处理流程图；0010图3为直流控制电流算法原理图；0011图4为无功补偿算法原理图；0012图5为谐波补偿算法原理图；说明书CN104065091A2/4页40013图6为三相不平衡补偿算法原理图；0014图7为将计算得到的谐波电流瞬时值转换为实际谐波补偿控制电流的原理图；0015图8为将计算得到无功电流瞬时值转换为实际无功补偿控制电流的原理图。具体实施方式0016以下结合附图对本发明做进一步详述。0017一种具有完全APF功能的静止无功发生器，如图1所示，包括RISC处理器、FPGA模块、六个DSP处理器、SVG逆变器及其PWM驱动电路、APF逆变器及其PWM驱动电路，其。
9、中FPGA模块为主处理器，RISC处理器为从处理器，六个DSP处理器为协处理器。FPGA模块分别与RISC处理器、六个DSP处理器相连接，FPGA模块与RISC处理器相连接实现数据交互功能，FPGA模块与六个DSP处理器相连接，为控制DSP处理器同时同时启动数据采样、同步处理数据、控制逆变电流、产生PWM时序等任务，保证补偿性能准确无误，该FPGA模块还通过隔离驱动电路与数字信号相连接，该FPGA模块还连接JTAG电路进行设备调试。所述的RISC处理器还与人机界面设备相连接完成人机交互功能，该RISC处理器还通过通讯接口与远程设备相连接，实现四遥功能遥控功能开/关机、紧急停机等；遥信功能工作状。
10、态等；遥测功能补偿电流值、补偿无功值等；遥调设定补偿谐波次数等。六个DSP处理器分别通过霍尔传感器采集电网电流信号，该霍尔传感器安装在电网中，其输出端与信号调整电路相连接，电网信号通过信号调整电路调整后送入A/D转换模块进行模数转换，A/D转换模块将转换的数字量分别送入六个DSP处理器进行运算，其中，上面三个DSP处理器负责静止无功发生器SVG功能的算法运算和SVG的PWM驱动信号输出，该PWM驱动信号经PWM驱动电路驱动SVG逆变器工作，每个DSP承担一相无功功率的检测任务，并将检测结果发送给FPGA模块。下面三个DSP处理器负责有源电力滤波器APF功能的算法运算和APF的PWM驱动信号输出。
11、，该PWM驱动信号经PWM驱动电路驱动APF逆变器工作，每一颗DSP承担一相谐波电流的检测任务，并将检测结果发送给FPGA模块。本发明采用SVG的IGBT逆变器和APF的IGBT逆变器分别由不同的DSP处理器控制，保证了APF逆变器和SVG逆变器互不干扰。六个DSP处理器还分别与同步检测电路与锁相环电路相连接，所述的同步检测电路与锁相环电路相连接，从而保证了六个DSP处理器采集的数字信号完全同步，实现SVG功能和APF功能完美结合。0018本发明基本工作原理与流程如图2所示，该图上部是实现静止无功发生器SVG功能的描述负载电流的电流瞬时值经DQ坐标变换变为ID，IQ，它们与有功电流、无功电流参。
12、考值IQREF作比较后，经PI调节器所得值，再经DQ变换，得到三相电流信号，进行三角波比较电流跟踪型PWM控制，驱动IGBT逆变器输出相应的补偿无功电流。其中，有功电流参考值由直流侧电压参考值UDREF与直流侧电容电压反馈值UDCS比较后经PI调节器得到。该图中部为输出逆变电路示意，有源滤波与静止无功补偿分别使用两套IGBT逆变电路。该图下部是实现有源电力滤波器APF功能的描述负载电流的电流瞬时值经过模数转换之后，对其数字量进行快速傅里叶变换，在频域内取得各次谐波分量并根据设定谐波次数如用户设定了消除某次谐波确定需要滤除的谐波，然后再进行傅里叶逆变换，在时域内与控制电流ICON相比较，再经PI。
13、调节器后得到三相电流信号，进行三角波比较电流跟踪型PWM控制，驱动IGBT逆变器输出相应的补偿谐波电流。控制电流ICON由直流侧电说明书CN104065091A3/4页5容电压反馈值UDCA与直流侧电容电压参考值UDCA相比较，经PI调节器与电网频率相位信号一起经坐标变换后的所得值。0019DSP处理器内采用的算法如图3至图8所示，下面分别进行说明0020图3给出了直流控制电流生成的算法原理，其具体处理过程为直流侧电容电压反馈值UDC与直流侧电容电压参考值UDC相比较，经PI调节器生成直流电流ID_DC，由于该值为直流所以在Q轴投影为零，然后进行PARK逆变换，在、轴上分别得到I_DC、I_D。
14、C，最后将其进行CLARKE逆变换得到控制三相的直流电流IA_DC、IB_DC、IC_DC。0021图4给出了无功补偿算法原理图，其具体处理过程为三相负载电流ILA、ILB、ILC通过CLARKE变换得到I、I，而后I、I再经过PARK变换得到ID、IQ，由于无功电流在D轴的投影为零，所以仅需要将IQ通过低通滤波器LPF即可得到IQ_REACT，然后进行PARK逆变换，在、轴上分别得到I_Q、I_Q，最后将其进行CLARKE逆变换得到三相无功电流IA_Q、IB_Q、IC_Q。0022图5给出了谐波补偿算法原理图，其具体处理过程为三相负载电流ILA、ILB、ILC通过CLARKE变换得到I、I，。
15、而后I、I再经过PARK变换得到ID、IQ，由再将ID、IQ减去其基波分量通过低通滤波器LPF取得得到ID_H、IQ_H，然后进行PARK逆变换，在、轴上分别得到IH、IH，最后将其进行CLARKE逆变换得到三相谐波电流IA_H、IB_H、IC_H。0023图6给出了三相不平衡补偿算法原理图，其具体处理过程为三相负载电流ILA、ILB、ILC通过CLARKE变换得到I、I，而后I、I再经过PARK变换得到ID、IQ，将ID、IQ通过低通滤波器LPF即可得到然后进行PARK逆变换，在、轴上分别得到IF、IF，最后将其进行CLARKE逆变换得到三相不平衡电流IAF、IBF、ICF。0024将图3至。
16、图6所计算得到的直流控制电流、无功补偿电流、谐波补偿电流、三相不平衡补偿电流分别应用到图7、图8的算法中，分别得到实际谐波补偿控制电流和实际无功补偿控制电流。0025图7给出了将计算得到的谐波电流瞬时值转换为实际谐波补偿控制电流的原理图，其具体处理过程为通过PARK变换将直流电流、谐波电流、三相不平衡电流分别等效到D,Q轴上，在D轴上即得到ID_DC，ID_H，ID_F，然后将ID_DC，ID_H，ID_F叠加减去其中基波部分ID，再经过矩阵调整REGULATOR_D,得到在D轴上的补偿电流DD；同样在Q轴上即得到IQ_H，IQ_F，然后将IQ_H，IQ_F叠加减去其中基波部分IQ，再经过矩阵。
17、调整REGULATOR_Q,得到在Q轴上的补偿电流DQ，此时将DD、DQ进行PARK逆变换得到D、D，最后对D、D进行CLARKE逆变换即得到谐波补偿的三相控制电流IAPF_C、IAPF_B、IAPF_C。0026图8给出了将计算得到无功电流瞬时值转换为实际无功补偿控制电流的原理图；其具体处理过程为通过PARK变换将直流电流、无功电流、三相不平衡电流分别等效到D,Q轴上，在D轴上即得到ID_DC，ID_F，然后将ID_DC，ID_F叠加经过矩阵调整REGULATOR_D,得到在D轴上的补偿电流DD；同样在Q轴上即得到IQ_REACT，IQ_F，然后将IQ_REACT，IQ_F叠加经过矩阵调整R。
18、EGULATOR_Q,得到在Q轴上的补偿电流DQ，此时将DD、DQ进行PARK逆变换得到D、D，最后对D、D进行CLARKE逆变换即得到无功补偿的三相控制电流ISVG_C、ISVG_B、ISVG_C。0027本发明采用RISC6DSPFPGA控制模式，具有以下优点0028本发明为了能够准确及时补偿无功电流和谐波电流，其通过多CPU控制方式快速说明书CN104065091A4/4页6准确地获得负载电流无功信号和谐波信号,进而产生相应的补偿信号以抵消电源中的无功与谐波,达到无功补偿和消除谐波的目的。0029本发明内部集成了瞬时无功算法，该算法同步实现无功功率、250次谐波和三相不平衡的准确检测，且。
19、精度高、实时性好、动态响应速度快，达到了同时对无功功率和各次谐波电流进行补偿的要求。0030本发明在补偿电路中采用了双路PWM驱动电路和双路IGBT逆变输出模式，补偿无功电流和谐波电流可以完全同步进行且互不影响，为实现完全APF功能可以补偿250次谐波和静止无功发生器功能提供了硬件保证。0031本发明采用多电平逆变技术，多逆变技术是指用半导体开关器件的开通和关断把直流电压变成一系列的电压脉冲序列，以实现多电平逆变器的变压、变频，并控制和消除谐波的电子技术。多电平逆变器PWM技术具有输出电压谐波的含量少、逆变器电平数易扩展,电压合成方面，开关状态选择具有较大的灵活性、可通过在同一个电平上不同开关。
20、组合，使直流侧电容电压保持平衡等优点。0032本发明采用多CPU并联控制方式，可以同步实现无功补偿和有源滤波；可以成倍提高计算速度，即成倍提高无功及谐波补偿速度；CPU数量增加可以同步运算无功与谐波的软件算法；轻松实现四遥功能。0033本发明采用创新模块化设计，体积小，使用简单、便于并机使用。0034需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。说明书CN104065091A1/4页7图1说明书附图CN104065091A2/4页8图2图3说明书附图CN104065091A3/4页9图4图5图6说明书附图CN104065091A4/4页10图7图8说明书附图CN104065091A10。