一種低通濾波器、有源電力濾波裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術(shù)公開了一種低通濾波器、有源電力濾波裝置及基于該有源電力濾波裝置的諧波檢測方法。本實用新型專利技術(shù)的低通濾波器由IIR濾波器以及MA濾波器級聯(lián)構(gòu)成。本實用新型專利技術(shù)的有源電力濾波裝置包括用于向三相電網(wǎng)注入補償電流主電路、互感調(diào)理電路、AD采樣電路、采用上述低通濾波器的檢測電路以及形成主電路驅(qū)動信號的控制電路。本實用新型專利技術(shù)的方法包括使用上述有源電力濾波裝置實現(xiàn)步驟：對三相電網(wǎng)內(nèi)的負載電流依次進行檢測、調(diào)整以及AD采樣；提取諧波電流；根據(jù)所述諧波電流形成驅(qū)動信號。本實用新型專利技術(shù)克服了現(xiàn)有諧波檢測技術(shù)中有功電流和無功電流的直流量和交流量分離不佳的問題，提高濾波精度的同時具備較快的動態(tài)響應(yīng)，能夠快速精確地檢測出電網(wǎng)中諧波電流含量。（*該技術(shù)在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及電力電子控制
，特別涉及一種低通濾波器以及使用該低通濾波器的有源電力濾波裝置。
技術(shù)介紹
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子設(shè)備成為電力系統(tǒng)中主要諧波源。諧波會降低電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率，且給供、用電設(shè)備的正常運行帶來嚴重的危險，因此諧波治理得到越來越大的重視。 常用的諧波治理方法有無源濾波器和有源電力濾波器(active powerfiler，APF)。隨著大功率電子器件的發(fā)展，有源電力濾波器的優(yōu)勢越來越明顯。現(xiàn)有技術(shù)的有源電力濾波器(為了和本技術(shù)的主題相統(tǒng)一，上述的有源電力濾波器以下均稱有源電力濾波裝置，二者在本技術(shù)是等同的)的一般工作原理如下通過電流互感器檢測三相電網(wǎng)的負載電流，并通過內(nèi)部諧波檢測電路(可簡稱檢測電路，一般可采用DSP微處理器實現(xiàn))計算，提取出負載電流中的諧波成分，然后形成主電路的驅(qū)動信號(為一種PWM信號)發(fā)送給主電路，所述的主電路包括若干由驅(qū)動信號驅(qū)動的IGBT (即絕緣柵雙極型晶體管)，驅(qū)動信號控制逆變器中的IGBT產(chǎn)生一個和負載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網(wǎng)中，達到濾波的目的。諧波檢測方法是有源電力濾波裝置的基礎(chǔ)理論。目前，諧波檢測方法可分為頻域檢測方法和時域檢測方法，如表I所示表I各種諧波檢測策略的性能比較 ~FTT~~DFT~~RDFT 諧波 dq ~PQ 理論 ~SRF 法~ 傳感器3CT 3CT 3CT3CT/2VT 3CT/3VT 3CT/1VT 數(shù)字濾波器NONONOYESYESYES 計算量-- -- +--++3 相或 I 相1/3PH 1/3PH 1/3PH 3PH3PH3PH需要電壓信息 NONONOYESYESYES 不平衡電流++ ++ ++++++++ 選擇諧波能力 NOYES YESYESNONO表I所示，頻域諧波檢測方法主要有DFT、FFT和RDFT等，時域諧波檢測方法主要有諧波dq法、SRF法和PQ理論法等；各種檢測策略各有其特點，表I對所述方法作了簡要比較，其中，“++”表示能夠較好的滿足要求，以此類推，“ + 及“一”依次表示滿足程度逐漸降低。從表I中可以看到，頻域諧波檢測方法大多建立在傅里葉分析基礎(chǔ)之上，由于傅里葉分析是穩(wěn)態(tài)概念，所以頻域諧波檢測方法不能用于瞬時補償，但由于頻域方法不要電壓信息，所以所需傳感器的數(shù)量也相對較少，這也決定了頻域諧波檢測方法沒有無功補償能力。時域檢測方法最大的優(yōu)點是能夠檢測出所有的諧波分量，不存在頻域諧波方法中的分辨率導(dǎo)致間諧波等復(fù)雜諧波無法全部檢測的問題。時域諧波檢測方法一般采用低通數(shù)字濾波器(LPF)來分離有功電流和無功電流中的直流量和交流量，所以LPF的性能直接影響著諧波檢測算法的性能和系統(tǒng)最終的補償性能。現(xiàn)有技術(shù)采用的低通數(shù)字濾波器包括MA濾波器(即滑動平均濾波器)以及IIR濾波器(即無限長單位沖擊響應(yīng)濾波器)，但MA濾波器具有濾波精度不足的缺點，會造成諧波補償性能較差；IIR濾波器雖然具備足夠的濾波精度，但動態(tài)響應(yīng)速度較差，不適用于負載變化頻繁的場合?，F(xiàn)有技術(shù)存在的另一個問題是在現(xiàn)有技術(shù)有源電力濾波裝置的實際使用中，在電流互感器檢測到三相電網(wǎng)的負載電流之后、將該電路傳輸至內(nèi)部諧波檢測電路進行計算之前，往往還包括對三相電網(wǎng)負載電流信號進行AD采樣的過程(三相電網(wǎng)負載電流中的諧波電流信號是一般是通過AD采樣送入諧波檢測電路中的)，AD采樣的過程一般采用前置的抗混疊模擬濾波器。根據(jù)香農(nóng)定理，系統(tǒng)的整體頻率不能高于采樣頻率的1/2，這導(dǎo)致了前置抗混疊模擬濾波器設(shè)計的困難?，F(xiàn)有技術(shù)通過采用過采樣技術(shù)避免使用昂貴的抗混疊模擬濾波器，使得有源電力濾波裝置的多路電流、電壓通道可以采用結(jié)構(gòu)相對簡單的抗混疊模擬濾波器。但使用過采樣的方法大大提高了系統(tǒng)(若無特別說明，本文所述的系統(tǒng)均指完成諧波檢測的有源電力濾波裝置)的采樣頻率，但造成系統(tǒng)后續(xù)的檢波計算量也相應(yīng)地變?yōu)榉敝亍?br>技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)提供了一種低通濾波器以及使用該低通濾波器的有源電力濾波裝置，克服了現(xiàn)有技術(shù)中有源電力濾波裝置在諧波檢測時有功電流和無功電流的直流量和交流量分離不佳的問題，在提高了濾波精度的同時具備較快的動態(tài)響應(yīng)，從而能夠快速精確地檢測出電網(wǎng)中諧波電流含量。一種能夠應(yīng)用于有源電力濾波裝置的低通濾波器，其特征在于，所述的低通濾波器由至少一個IIR濾波器以及至少一個MA濾波器級聯(lián)構(gòu)成。優(yōu)選地，所述的IIR濾波器為巴特沃斯濾波器。更為優(yōu)選地，所述的IIR濾波器為二階巴特沃斯濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。一種有源電力濾波裝置，包括用于向三相電網(wǎng)注入補償電流的主電路；依次連接的電流互感器、調(diào)理電路以及AD采樣電路，所述的電流互感器接入所述的三相電網(wǎng)；用于提取經(jīng)所述電流互感器、調(diào)理電路以及AD采樣電路的三相電網(wǎng)負載電流信號中諧波電流的檢測電路；用于根據(jù)所述諧波電流以及反饋的補償電流形成驅(qū)動信號以控制 主電路輸出所述補償電流的控制電路，所述的控制電路檢測電路的輸出端相連，并與所述的主電路形成反饋回路；所述的檢測電路以及控制電路為兩相結(jié)構(gòu)，所述的檢測電路包括輸入檢測電路的負載電流信號從三相平面轉(zhuǎn)換到兩相平面的第一坐標變換模塊，轉(zhuǎn)換后的負載電流信號分為q軸電流以及d軸電流，用于獲取q軸電流或d軸電流的直流部分的低通濾波器，以及用于將q軸電流或d軸電流的直流部分與相應(yīng)的q軸電流或d軸電流運算得到所述諧波電流的第一比較點；所述的低通濾波器由至少一個IIR濾波器以及至少一個MA濾波器級聯(lián)構(gòu)成。本技術(shù)有源電力濾波裝置的低通濾波器是一種將IIR濾波器和MA濾波器相結(jié)合的高性能數(shù)字低通濾波器；在對q軸電流和d軸電流進行的交直流分離的過程中，本技術(shù)的低通濾波器在動態(tài)響應(yīng)方面由于采用了濾波器級聯(lián)的方式，IIR濾波器的過渡帶可以設(shè)計得較寬，使得低通濾波器的階數(shù)得以降低，因此優(yōu)化本技術(shù)低通濾波器的動態(tài)響應(yīng)時間主要由MA濾波器決定，可以根據(jù)所需要的動態(tài)響應(yīng)速度進行MA濾波器階數(shù)的設(shè)計；在濾波精度方面，在IIR濾波器的過渡帶內(nèi)的諧波由MA濾波器進行衰減，在IIR濾波器的過渡帶之外的諧波，IIR濾波器提供了足夠高的濾波精度，來彌補MA濾波器的濾波精度不足的缺點?；谏鲜?，本技術(shù)的低通濾波器既能滿動態(tài)響應(yīng)速度的要求，也能滿足濾波精度的要求，能夠在諧波檢測時有效分離有功電流和無功電流的直流量和交流量，從而提高了本技術(shù)有源電力濾波裝置的動態(tài)反應(yīng)速度以及檢波精度。下面介紹本技術(shù)有源電力濾波裝置的優(yōu)選技術(shù)方案。作為優(yōu)選，所述的IIR濾波器為巴特沃斯濾波器。更為優(yōu)選地，所述的IIR濾波器為二階巴特沃斯濾波器。由于本技術(shù)的有源電力濾波裝置對低通濾波器的頻率特性要求比較高，而增加階數(shù)的同時也會增加算法的復(fù)雜程度，占用大量的系統(tǒng)資源。采用二階巴特沃斯濾波器，在占用較小的系統(tǒng)開銷的同時進一步優(yōu)化了低通濾波器的頻率特性。進一步地，所述的調(diào)理電路包括模擬抗混疊濾波器。所述經(jīng)調(diào)理電路前置部分電路的負載電流信號通過所述的模擬抗混疊濾波器接入所述的AD采樣電路。將調(diào)整后的負載電流信號經(jīng)模擬抗混疊濾波器后接入所述的AD采樣電路能夠避免有源電力濾波裝置檢測的諧波電流產(chǎn)生混疊的現(xiàn)象。為了避免使用昂貴的抗混疊模擬濾波器，所述的AD采本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種能夠應(yīng)用于有源電力濾波裝置的低通濾波器，其特征在于，所述的低通濾波器由至少一個IIR濾波器以及至少一個MA濾波器級聯(lián)構(gòu)成。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種能夠應(yīng)用于有源電カ濾波裝置的低通濾波器，其特征在于，所述的低通濾波器由至 少ー個IIR濾波器以及至少ー個MA濾波器級聯(lián)構(gòu)成。2.如權(quán)利要求I所述的低通濾波器，其特征在于，所述的IIR濾波器為巴特沃斯濾波器。3.如權(quán)利要求I或2所述的低通濾波器，其特征在于，所述的IIR濾波器為ニ階巴特沃斯濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。4.一種有源電カ濾波裝置，包括 用于向三相電網(wǎng)注入補償電流的主電路； 依次連接的電流互感器、調(diào)理電路以及AD采樣電路，所述的電流互感器接入所述的三相電網(wǎng)； 用于提取經(jīng)所述電流互感器、調(diào)理電路以及AD采樣電路的三相電網(wǎng)負載電流信號中諧波電流的檢測電路； 用于根據(jù)所述諧波電流以及反饋的補償電流形成驅(qū)動信號以控制主電路輸出所述補償電流的控制電路，所述的控制電路檢測電路的輸出端相連，并與所述的主電路形成反饋回路；所述的檢測電路以及控制電路為兩相結(jié)構(gòu)，所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊家強，尹宏清，白楊，曾爭，
申請(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，江陰嘉臣電氣自動化有限公司，
類型：實用新型
國別省市：