申请/专利权人：国网福建省电力有限公司福州供电公司;国网福建省电力有限公司;上海电力学院

申请日：2018-03-23

公开（公告）日：2024-03-12

公开（公告）号：CN108418219B

主分类号：H02J3/01

分类号：H02J3/01;H02J3/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.12#授权;2019.04.12#实质审查的生效;2018.08.17#公开

摘要：本发明公开了一种基于FFT的混合型无功补偿及谐波治理装置，包括有无源滤波器、用于滤除2、4次谐波的混合型电力有源滤波器、IGBT驱动电路、信号调理电路及DSP控制电路，所述的无源滤波器由星型接法的5次、7次及11次单调谐无源滤波器构成，混合型电力有源滤波器采用无源部分和有源部分级联构成，无源部分采用调谐在7.1次基波频率的单调谐无源滤波器组成，有源部分采用三相全桥IGBT逆变器的结构，本发明实现了从非线性负荷中提取出2次、4次谐波电流的信号，并把它作为该电力有源滤波器的控制信号，从而实现对该电力有源滤波器的有效控制，有效地滤除2、4次谐波电流。

主权项：1.一种基于FFT的混合型无功补偿及谐波治理装置，其特征在于：包括有无源滤波器、用于滤除2、4次谐波的混合型电力有源滤波器、IGBT驱动电路、信号调理电路及DSP控制电路，所述的DSP控制电路包括DSP数字信号处理器、FPGA可编程逻辑器件、外置的ADC转换器、锁相环电路及无功控制，所述的无源滤波器由星型接法的5次、7次及11次单调谐无源滤波器构成，无源滤波器接在变压器低压侧的三相相线上，其中性点接在中性线上，混合型电力有源滤波器采用无源部分和有源部分级联构成，无源部分采用调谐在7.1次基波频率的单调谐无源滤波器组成，有源部分采用三相全桥IGBT逆变器的结构，混合型电力有源滤波器接在变压器低压侧的三相相线上，三相电压信号经过锁相环电路进行相位锁定后，输出的高频信号送入FPGA电路中进行预分频和1024分频，1024分频后的脉冲信号又反馈回锁相环电路进行相位比较，预分频后的脉冲信号一路用于进行模数转换器ADC的启动转换控制，另一路用于FPGA里面的计数器进行1024的循环计数，1024的循环计数值代表当前时刻基波电压相位的角度θ1，从这个角度信号可以推断出2次谐波电压的当前相位角度θ2，θ2为2θ1，及4次谐波电压信号的当前相位角度θ4、θ4即为4θ1，负荷侧三相电流ilabc、电源侧三相电流isabc和滤波器侧三相电流ifabc经过信号调理电路后送入模数转换器ADC后被转换为数字量，然后被FPGA读入，负荷侧三相电流ilabc、电源侧三相电流isabc的数字量读入FPGA后，经过窗函数去混叠处理，经过多路切换开关切换后分别送入FFT模块进行快速傅里叶变换，只取变换后的2次、3次及4次谐波的数值，然后分别把2次、4次谐波电流的数值及3次谐波电流的数值分别经过IFFT模块进行快速傅里叶反变换，就得到了负荷侧三相电流ilabc、电源侧三相电流isabc的数字化的2次、4次叠加的谐波电流瞬时值的数值，这个瞬时值就是2、4次电力有源滤波器的指令电流信号把经过FFT变换后的3次谐波电流的数值经过IFFT模块进行快速傅里叶反变换后就得到3次电力有源滤波器的指令电流信号2、4次电力有源滤波器的指令电流信号ic24跟2、4次混合型电力有源滤波器的的实际输出电流ic24，依次分别完成abc三相，其差值A1进行PID放大后与三角波信号进行比较，就得到控制谐波发生器的PWM脉宽调制信号，所有这些过程都是在DSP内部实现的,经过IGBT驱动电路放大后就可以控制三相逆变器的6个IGBT及三次谐波电力有源滤波器的2个IGBT工作，实现2、4次混合型电力有源滤波器及3次混合型电力有源滤波器的功能；所述的无源滤波器中的各次滤波器由多个滤波器构成，根据系统总的无功需求确定Q总，然后根据各次谐波电流大小确定各次无源滤波器的无功功率，计算出各组无源滤波器的电容的电量，根据公式计算出电感量； 如果无功功率容量Q大于60KVAR时就要对无源滤波器进行分组，然后按照分组后的无功功率来计算电容容量及电抗器的电感量。

全文数据：基于FFT的混合型无功补偿及谐波治理装置技术领域[0001]本发明涉及一种谐波治理装置，特别是一种基于FFT的混合型无功补偿及谐波治理装置。背景技术[0002]由于电力电子装置的应用日益广泛，以及大量非线性负荷在配电网中广泛应用，电网的谐波污染问题日益严重，对配电网造成的危害十分严重。电网中不但存在三次谐波电流及5、7、11次等类型的谐波电流，还存在2、4次谐波电流。由于谐波频率越低谐波滤除越困难，三次谐波污染问题是个国际性的大难题，同样的2、4次谐波污染也是个国际性的大难题，三次谐波污染的治理困难点在于三次谐波回路的阻抗小电流大，2、4次谐波污染的治理困难点在于有源滤波器指令电流的获取不仅困难。发明内容[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，而提供一种有效地滤除2、4次谐波电流的基于FFT的混合型无功补偿及谐波治理装置。[0004]—种基于FFT的混合型无功补偿及谐波治理装置，包括有无源滤波器、用于滤除2、4次谐波的混合型电力有源滤波器、IGBT驱动电路、信号调理电路及DSP控制电路，所述的DSP控制电路包括DSP数字信号处理器、FPGA可编程逻辑器件、外置的ADC转换器、锁相环电路及无功控制，所述的无源滤波器由星型接法的5次、7次及11次单调谐无源滤波器构成，无源滤波器接在变压器低压侧的三相相线上，其中性点接在中性线上，混合型电力有源滤波器采用无源部分和有源部分级联构成，无源部分采用调谐在7.1次基波频率的单调谐无源滤波器组成，有源部分采用三相全桥IGBT逆变器的结构，混合型电力有源滤波器接在变压器低压侧的三相相线上，三相电压信号经过锁相环电路进行相位锁定后，输出的高频信号送入FPGA电路中进行预分频和1024分频，1024分频后的脉冲信号又反馈回锁相环电路进行相位比较，预分频后的脉冲信号一路用于进行模数转换器ADC的启动转换控制，另一路用于FPGA里面的计数器进行1024的循环计数，1024的循环计数值代表当前时刻基波电压相位的角度，从这个角度信号可以推断出2次谐波电压的当前相位角度02,02*20:，及4次谐波电压信号的当前相位角度θ4、θ4即为4Θ:，负荷侧三相电流ilabc、电源侧三相电流isabc^P滤波器侧三相电流ifabc经过信号调理电路后送入模数转换器ADC后被转换为数字量，然后被FPGA读入，负荷侧三相电流iii、电源侧三相电流isabc的数字量读入FPGA后，经过窗函数去混叠处理，经过多路切换开关切换后分别送入FFT模块进行快速傅里叶变换，只取变换后的2次、3次及4次谐波的数值，然后分别把2次、4次谐波电流的数值及3次谐波电流的数值分别经过IFFT模块进行快速傅里叶反变换，就得到了负荷侧三相电流ilabc、电源侧三相电流isabc的数字化的2次、4次叠加的谐波电流瞬时值的数值，这个瞬时值就是2、4次电力有源滤波器的指令电流信号垃24;把经过FFT变换后的3次谐波电流的数值经过IFFT模块进行快速傅里叶反变换后就得到3次电力有源滤波器的指令电流信号i〗3,2、4次电力有源滤波器的指令电流信号1〗24跟2、4次混合型电力有源滤波器的的实际输出电流ic24,依次分别完成abc三相，其差值Al进行PID放大后与三角波信号进行比较，就得到控制谐波发生器的PWM脉宽调制信号，所有这些过程都是在DSP内部实现的，经过IGBT驱动电路放大后就可以控制三相逆变器的6个IGBT及三次谐波电力有源滤波器的2个IGBT工作，实现2、4次混合型电力有源滤波器及3次混合型电力有源滤波器的功能。[0005]所述的无源滤波器中的各次滤波器由多个滤波器构成，根据系统总的无功需求确定Q总，然后根据各次谐波电流大小确定各次无源滤波器的无功功率，计算出各组无源滤波器的电容的电量，根据公式计算出电感量；[0009]如果无功功率容量Q大于60KVAR时就要对无源滤波器进行分组，然后按照分组后的无功功率来计算电容容量及电抗器的电感量。[0010]所述的FPGA可编程逻辑器件采用多路复用技术进行计算各路电压及电流信号的FFI和TFFI。[0011]综上所述的，本发明相比现有技术如下优点：[0012]本发明实现了从非线性负荷中提取出2次、4次谐波电流的信号，并把它作为该电力有源滤波器的控制信号，从而实现对该电力有源滤波器的有效控制，有效地滤除2、4次谐波电流。附图说明[0013]图1是本发明的基于FFT的混合型无功补偿及谐波治理装置原理框图。[0014]图2是FPGA可编程逻辑器件采用多路复用技术进行计算各呼电压及电流原理图。[0015]图3是DSP数字信号处理器原理图。具体实施方式[0016]下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。[0017]实施例1[0018]一种基于FFT的混合型无功补偿及谐波治理装置，其特征在于：包括有无源滤波器、用于滤除2、4次谐波的混合型电力有源滤波器、IGBT驱动电路、信号调理电路及DSP控制电路，所述的DSP控制电路包括DSP数字信号处理器、FPGA可编程逻辑器件、外置的ADC转换器、锁相环电路及无功控制，所述的无源滤波器由星型接法的5次、7次及11次单调谐无源滤波器构成，无源滤波器接在变压器低压侧的三相相线上，其中性点接在中性线上，混合型电力有源滤波器采用无源部分和有源部分级联构成，无源部分采用调谐在7.1次基波频率的单调谐无源滤波器组成，有源部分采用三相全桥IGBT逆变器的结构，混合型电力有源滤波器接在变压器低压侧的三相相线上，三相电压信号经过锁相环电路进行相位锁定后，输出的高频信号送入FPGA电路中进行预分频和1024分频，1024分频后的脉冲信号又反馈回锁相环电路进行相位比较，预分频后的脉冲信号一路用于进行模数转换器ADC的启动转换控制，另一路用于FPGA里面的计数器进行1024的循环计数，1024的循环计数值代表当前时刻基波电压相位的角度01，从这个角度信号可以推断出2次谐波电压的当前相位角度02,02*20:，及4次谐波电压信号的当前相位角度θ4、θ4即为4Θ:，负荷侧三相电流ilabc、电源侧三相电流isabc和滤波器侧三相电流ifabc经过信号调理电路后送入模数转换器ADC后被转换为数字量，然后被FPGA读入，负荷侧三相电流iiabc、电源侧三相电流isabc的数字量读入FPGA后，经过窗函数去混叠处理，经过多路切换开关切换后分别送入FFT模块进行快速傅里叶变换，只取变换后的2次、3次及4次谐波的数值，然后分别把2次、4次谐波电流的数值及3次谐波电流的数值分别经过IFFT模块进行快速傅里叶反变换，就得到了负荷侧三相电流iiabc、电源侧三相电流isab。的数字化的2次、4次叠加的谐波电流瞬时值的数值，这个瞬时值就是2、4次电力有源滤波器的指令电流信号;把经过FFT变换后的3次谐波电流的数值经过IFFT模块进行快速傅里叶反变换后就得到3次电力有源滤波器的指令电流信号i〗3,2、4次电力有源滤波器的指令电流信号iC24跟2、4次混合型电力有源滤波器的的实际输出电流ic24,依次分别完成abc三相，其差值Al进行PID放大后与三角波信号进行比较，就得到控制谐波发生器的PWM脉宽调制信号，所有这些过程都是在DSP内部实现的，经过IGBT驱动电路放大后就可以控制三相逆变器的6个IGBT及三次谐波电力有源滤波器的2个IGBT工作，实现2、4次混合型电力有源滤波器及3次混合型电力有源滤波器的功能。[0019]所述的无源滤波器中的各次滤波器由多个滤波器构成，根据系统总的无功需求确定Q总，然后根据各次谐波电流大小确定各次无源滤波器的无功功率，计算出各组无源滤波器的电容的电量，根据公式计算出电感量；[0023]如果无功功率容量Q大于60KVAR时就要对无源滤波器进行分组，然后按照分组后的无功功率来计算电容容量及电抗器的电感量。[0024]装置中的二个电力有源滤波器采用同一块DSP控制电路板进行同步控制。[0025]三相电压信号经过锁相电路进行相位锁定后，输出的高频信号送入FPGA电路中进行预分频和1024分频计，这个1024分频电路的脉冲一路去进行模数转换器ADC的启动转换控制，另一路去FPGA里面的计数器进行1024的循环计数。如图2所示。[0026]1024的循环计数值代表当前时刻基波电压相位的角度Q1，从这个角度信号可以推断出2次谐波电压的当前相位角度02及4次谐波电压信号的当前相位角度θ4。[0027]该种新型无功补偿及谐波治理综合控制装置采用XILINXIP⑶RE里面的FFT和IFFT模块；[0028]负荷侧三相电流iiabc、电源侧三相电流isabc和滤波器侧三相电流ifabc经过信号调理电路后送入模数转换器ADC后被转换为数字量，然后被FPGA读人；负荷侧三相电流iiabc、电源侧三相电流isabc的数字量读人FPGA后，经过窗函数去混叠处理，经过多路切换开关切换后分别送入FFT模块进行快速傅里叶变换，只取变换后的2次、3次及4次谐波的数值，然后分别把2次、4次谐波电流的数值及3次谐波电流的数值分别经过IFFT模块进行快速傅里叶反变换，就得到了负荷侧三相电流iiabc、电源侧三相电流isabc的数字化的2次、4次叠加的谐波电流瞬时值的数值，这个瞬时值就是2、4次电力有源滤波器的指令电流信号i〖24:把经过FFT变换后的3次谐波电流的数值经过IFFT模块进行快速傅里叶反变换后就得到3次电力有源滤波器的指令电流信号G3。如图2[0029]2、4次电力有源滤波器的指令电流信号$24跟2、4次混合型电力有源滤波器的的实际输出电流ic24包括abc三相进行比较，其差值Al进行PID放大后与三角波信号进行比较，就可以得到控制谐波发生器的PWM脉宽调制信号，如图3所示。所有这些过程都是在DSP内部实现的。[0030]3次电力有源滤波器的指令电流信号跟3次混合型电力有源滤波器的的实际输出电流ic3包括abc三相进行比较，其差值A2进行PID放大后与三角波信号进行比较，就可以得到控制谐波发生器的PWM脉宽调制信号，如图3所示。所有这些过程都是在DSP内部实现的。[0031]经过IGBT驱动电路放大后就可以控制三相逆变器的6个IGBT及三次谐波电力有源滤波器的2个IGBT工作，实现2、4次混合型电力有源滤波器及3次混合型电力有源滤波器的功能。[0032]本实施例未述部分与现有技术相同。

权利要求：1.一种基于FFT的混合型无功补偿及谐波治理装置，其特征在于：包括有无源滤波器、用于滤除2、4次谐波的混合型电力有源滤波器、IGBT驱动电路、信号调理电路及DSP控制电路，所述的DSP控制电路包括DSP数字信号处理器、FPGA可编程逻辑器件、外置的ADC转换器、锁相环电路及无功控制，所述的无源滤波器由星型接法的5次、7次及11次单调谐无源滤波器构成，无源滤波器接在变压器低压侧的三相相线上，其中性点接在中性线上，混合型电力有源滤波器采用无源部分和有源部分级联构成，无源部分采用调谐在7.1次基波频率的单调谐无源滤波器组成，有源部分采用三相全桥IGBT逆变器的结构，混合型电力有源滤波器接在变压器低压侧的三相相线上，三相电压信号经过锁相环电路进行相位锁定后，输出的高频信号送入FPGA电路中进行预分频和1024分频，1024分频后的脉冲信号又反馈回锁相环电路进行相位比较，预分频后的脉冲信号一路用于进行模数转换器ADC的启动转换控制，另一路用于FPGA里面的计数器进行1024的循环计数，1024的循环计数值代表当前时刻基波电压相位的角度，从这个角度信号可以推断出2次谐波电压的当前相位角度θ2J2S2Q1，及4次谐波电压信号的当前相位角度θ4、θ4即为4Θ:，负荷侧三相电流ilabc、电源侧三相电流isabc和滤波器侧三相电流ifabc经过信号调理电路后送入模数转换器ADC后被转换为数字量，然后被FPGA读入，负荷侧三相电流iiabc、电源侧三相电流isabc的数字量读入FPGA后，经过窗函数去混叠处理，经过多路切换开关切换后分别送入FFT模块进行快速傅里叶变换，只取变换后的2次、3次及4次谐波的数值，然后分别把2次、4次谐波电流的数值及3次谐波电流的数值分别经过IFFT模块进行快速傅里叶反变换，就得到了负荷侧三相电流iiabc、电源侧三相电流isab。的数字化的2次、4次叠加的谐波电流瞬时值的数值，这个瞬时值就是2、4次电力有源滤波器的指令电流信号把经过FFT变换后的3次谐波电流的数值经过IFFT模块进行快速傅里叶反变换后就得到3次电力有源滤波器的指令电流信号ί〔3,2、4次电力有源滤波器的指令电流信号ic24跟2、4次混合型电力有源滤波器的的实际输出电流ic24,依次分别完成abc三相，其差值Al进行PID放大后与三角波信号进行比较，就得到控制谐波发生器的HVM脉宽调制信号，所有这些过程都是在DSP内部实现的，经过IGBT驱动电路放大后就可以控制三相逆变器的6个IGBT及三次谐波电力有源滤波器的2个IGBT工作，实现2、4次混合型电力有源滤波器及3次混合型电力有源滤波器的功能。2.根据权利要求1所述的基于FFT的混合型无功补偿及谐波治理装置，其特征在于:所述的无源滤波器中的各次滤波器由多个滤波器构成，根据系统总的无功需求确定9总，然后根据各次谐波电流大小确定各次无源滤波器的无功功率，计算出各组无源滤波器的电容的电量，根据公式计算出电感量；如果无功功率容量Q大于60KVAR时就要对无源滤波器进行分组，然后按照分组后的无功功率来计算电容容量及电抗器的电感量。3.权利要求1所述的基于FFT的混合型无功补偿及谐波治理装置，其特征在于:所述的FPGA可编程逻辑器件采用多路复用技术进行计算各路电压及电流信号的FFI和TFFI。

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