[發明專利]一種基于FPGA的諧波檢測補償裝置

在審

• 申請號: 201710189373.1
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN106877334A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 席佳偉;夏震;趙宇馳;蔣浩;陳永平;豆河偉;鄭力;喬媛媛;劉煒;鄭昂
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網陜西省電力公司榆林供電公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/18;G01R23/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種電力設備，具體涉及一種基于FPGA的諧波檢測補償裝置。

背景技術

隨著我國經濟和電力工業的飛速發展，電力負荷種類越發繁多，用電負荷日趨復雜化和多樣化。交流電的波形發生變化產生的諧波給電能用戶、電力系統帶來嚴重的危害，當前已把這種危害稱之為諧波污染，諧波污染已經成為危害電網、影響其他用電設備安全經濟運行的重大問題。電力諧波是反映動力系統電能質量好壞的一個重要指標，諧波成分的多少，反映了電壓和電流實際波形偏離理性波形的變化程度。常規的諧波測量方法主要有：模擬帶通或帶阻濾波器測量諧波；基于瞬時無功功率的諧波測量，但是，各種基本方法在實際運用中均有不同程度局限及缺點，從而也存在電力使用的安全隱患。

發明內容

為了解決現有技術中的問題，本發明提出一種基于FPGA的諧波檢測補償裝置，具有轉換速度快和精確度高的優點，提高了系統的實時性，更好的實現了抑制諧波的目的。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案為：包括諧波補償柜體，諧波補償柜體內的電源與負載之間設置有電流閉環控制電路，所述電流閉環控制電路采用4相交錯并聯采樣，所述電流閉環控制電路包括依次電連接的濾波器、輸入接觸器、電感、IGBT逆變器、第一PI調節器和坐標變換模塊，坐標變換模塊分別電連接至IGBT逆變器和負載，所述負載和濾波器連接至電源，所述坐標變換模塊和IGBT逆變器間依次電連接有第二PI調節器和PWM發生器，所述坐標變換模塊和負載間設有相互并聯的基于FPGA的諧波檢測模塊和鎖相環。

所述諧波檢測模塊包括互感器和控制系統，控制系統連接有A/D轉換電路、FIFO單元、基于FPGA的FFT單元、存儲單元、上位通訊模塊和交互單元，所述互感器、A/D轉換電路、FIFO單元和基于FPGA的FFT單元依次電連接；所述控制系統與互感器之間設置有鑒相倍頻電路。

所述控制系統采用DSP 2407控制系統。

所述上位通訊模塊采用RS485標準接口。

所述存儲單元采用EEPROM。

所述交互單元包括鍵盤和顯示器。

所述互感器包括電壓互感器PT和電流互感器CT。

所述輸入接觸器上并聯有軟啟動電阻。

所述濾波器采用高通濾波器。

所述IGBT逆變器采用三相半橋逆變器。

與現有技術相比，本發明電流閉環控制電路采用4相交錯并聯采樣；在負載電流流經IGBT逆變器的回路上設置基于FPGA的諧波檢測模塊進行諧波檢測，通過獲取檢測信號，利用控制系統控制進行信號轉換，再獲得各次諧波的幅值和相角。本發明使用準自然采樣，控制和調制頻率500KHz，由于采用4相交錯并聯，總電流的頻率可以達到64.8KHz，這樣電流環的寬度可以打大大提高；電流環的控制方法采用總電流控制環和支路電流誤差控制環結合，支路電流誤差控制環的帶寬可以低一些，用于控制均流。控制算法兼顧穩態補償精度和補償的快速性，對于無功補償，采用開環控制，補償響應時間小于10ms；對于諧波補償，采用閉環控制，補償后THDi小于3％，還可實現無功與諧波的同時補償、分別補償、對指定次諧波的定向補償；總電流及單次諧波均可設定限流值，使裝置不過流。基本消除了因過流導致開關管損壞的可能性，增強了裝置的可靠性。電流閉環控制系統可自動檢測本裝置發出的電流和給定電流的差別，并通過變更數字濾波器的參數，自主校正參考電流，自主調整控制參數，從而抑制系統諧振，增強系統的穩定性。本發明轉換速度快，精確度高，顯著提高了系統的實時性，實現更好的抑制諧波的目的。

進一步，當系統啟動完成各單元初始化后，由互感器單元獲得要檢測的電壓和電流信號，并利用其中一相電壓信號，經鑒相倍頻同步電路跟蹤實時的電力線路的工頻頻率，并通過倍頻信號，使微處理控制系統獲得A/D轉換的準確信號，控制A/D轉換電路在一個工頻周期內準確同步的進行信號轉換，轉換結果入FIFO單元中緩存，當達到控制點后，微處理控制器控制停止轉換，啟動FPGA從FIFO單元中讀取數據，再由基于FPGA的FFT單元，完成信號的轉換，獲得各次諧波的幅值和相角。轉換結束后，由微處理控制系統讀取分析結果，存儲于EEPROM單元中，系統也可實時顯示分析結果，并通過通訊接口直接接入電力調度網，實現分析結果的上傳或接收遠方調度。

進一步，輸入觸摸器KM上并聯有軟啟動電阻；系統開機時，電源通過電阻R對母線電容充電，實施母線軟啟動。

進一步，濾波器采用高通濾波器，濾除逆變器的開關紋波。