[實用新型]基于FPGA鎖相控制的有源電力濾波裝置

有效

• 申請號: 201320375266.5
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN203301152U
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 何關金;吳軍營;莫江健
• 申請（專利權）人: 廣東光達電氣有限公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 佛山市名誠專利商標事務所(普通合伙) 44293
• 代理人: 盧志文

技術領域

本實用新型屬于電力系統電能質量治理裝置，特別涉及一種基于FPGA鎖相控制的有源電力濾波裝置。

技術背景

隨著電力技術的不斷發展，大量的非線性負載、特別是越來越多地采用電力電子技術的用電負荷急劇增加，給系統帶來了諧波污染、功率因素低、電壓閃變等問題，電力系統的電能質量治理越來越迫切。

現有的濾波方法主要有兩種，一種是無源濾波，一種是有源濾波。有源濾波器能夠自動地跟蹤諧波的變化來補償諧波，無疑是諧波治理中比較好的方法。現有的電力有源濾波器中的鎖相方法主要是硬件鎖相環技術。而硬件鎖相環技術存在延遲和波紋，容易受到溫度和電壓的影響、鎖相時間長、存在零點漂移及部件飽和等缺點，這種方法影響諧波補償效果。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服上述現有技術存在的不足，而提供一種能夠有效抑制電網中諧波污染，而且響應速度快，跟蹤精度高，可大大提高系統可靠性和穩定性的基于FPGA鎖相控制的有源電力濾波裝置。

本實用新型的目的是這樣實現的：

基于FPGA鎖相控制的有源電力濾波裝置，系統主要包括在電網上并接有帶IGBT逆變器的支路，其特征是，還包括有信號檢測與處理單元、過零比較單元、信號調理單元、FPGA單元（即現場可編程門陣列）、DSP單元（數字信號處理）和觸摸屏，信號檢測與處理單元上設置有數個信號檢測端，各信號檢測端設置在系統上，信號檢測與處理單元檢測、并處理系統電壓信號，再經過零比較單元得到系統電壓頻率的方波信號，一部分方波信號經過FPGA單元倍頻后，得到采樣頻率的方波信號，并將這部分方波信號送入DSP單元，驅動DSP單元內的AD采樣，同時把過零比較單元的另一部分方波信號送入DSP單元的捕獲引腳CAP，通過此信號確定電壓正向上升時的0相位時刻，從而修正相位角度；根據瞬時無功功率理論提取諧波電流有功分量和無功分量，與IGBT逆變器輸出電流反饋信號進行比較，將誤差經過PI和重復控制調節器后通過SVPWM跟蹤系統諧波，達到諧波補償的目的；同時，在給定電流信號中加入無功分量還可以補償無功功率；信號檢測與處理單元將檢測和處理系統的其它信號經過信號調理單元后，轉換成DSP單元的AD所允許的0-3V信號送入DSP單元，DSP單元根據諧波檢測算法提取負載的諧波電流，采用閉環跟蹤反饋的方式實現電流的控制，在控制過程中，DSP單元不斷地產生6路PWM控制信號去驅動IGBT逆變器，從而產生需要的諧波補償電流，同時，DSP單元通過RS232/RS485串口與觸摸屏雙向通信，對系統的控制參數和信號進行監控，實現觸摸屏對系統的監控。

此款基于FPGA鎖相控制的電力有源濾波裝置，是采用三相全橋逆變器，通過FPGA數字倍頻實現電流精確鎖相，精確提取諧波電流，利用PI控制、重復控制和空間矢量控制（SVPWM）產生一個與負荷諧波電流大小相等、方向相反的諧波。

本實用新型的目的還可以采用以下技術措施解決：

所述信號檢測與處理單元的數個信號檢測端分別是系統電壓信號檢測端、三相電壓信號檢測端、三相負載電流檢測端、三相逆變器輸出電流檢測端和直流側母線電壓檢測端；其中，檢測到三相電壓信號、三相負載電流信號、三相逆變器輸出電流信號和直流側母線電壓信號通過信號調理單元后，轉換成DSP單元的AD所允許的0-3V信號送入DSP單元。

所述帶IGBT逆變器的支路上依次連接有斷路器KM、限流電阻R、電感L和IGBT逆變器，電容C并接IGBT逆變器，限流電阻R的兩端還并接有真空接觸器K，系統檢測負載電流中的諧波電流，通過控制使IGBT逆變器產生一個與此諧波電流大小相等方向相等的電流，從而使系統側電流的諧波為零；有源濾波器在啟動時先控制斷路器KM合閘，IGBT逆變器直流母線電容C通過限流電阻充電到一定電壓后，再控制真空接觸器K閉合，通過控制使直流母線電容電壓C，達到目標電壓后IGBT逆變器控制輸出補償的諧波電流

本實用新型的有益效果如下：

（1）基于FPGA鎖相控制的有源電力濾波裝置，將FPGA（即現場可編程門陣列）應用在有源濾波鎖相控制中，利用硬件描述語言快速、靈活地實現系統電壓的快速鎖相，結合PI控制、重復控制以及空間矢量控制（SVPWM）實現快速精準的諧波補償，以提高系統的電能質量；它與其他有源濾波裝置相比，具有以下優點：外圍硬件設備少，倍頻及鎖相精度高，速度快，工作穩定可靠，實現簡單，有利于廣泛用于存在諧波問題的系統。

附圖說明

圖1是本實用新型有源電力濾波裝置的結構示意圖