具有完全APF功能的静止无功发生器制造技术

本发明专利技术涉及一种具有完全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，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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无功发生器就
，尤其是一种具有完全APF功能的静止无功发 生器。 具有完全APF功能的静止无功发生器
技术介绍
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，还要考虑其并联使用的匹配问题。
技术实现思路
本专利技术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。 本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的： -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。 而且，所述FPGA模块还连接JTAG电路实现调试功能。 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】 图1为本专利技术的电路方框图； 图2为本专利技术的工作原理及处理流程图； 图3为直流控制电流算法原理图； 图4为无功补偿算法原理图； 图5为谐波补偿算法原理图； 图6为三相不平衡补偿算法原理图； 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； 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】 以下结合附图对本专利技术做进一步详述。 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，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。本专利技术采用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。 本专利技术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d_q坐标变换变为I d，I,，它们与有功电流、无功电 流参考值（W作比较后，经PI调节器所得值，再经d_q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（U dMf)与直流侧电容电压反馈值（UdJ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（1_)相比较，再经PI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（1_)由直流侧电 容电压反馈值（UdJ与直流侧电容电压参考值（UdMJ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。 DSP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： 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（U d。）与直流侧电容电压参考值（UdJ相比较，经PI调节器生成直流电流id d。，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α、β轴上分别得到ia dc;、ie d。，最后将其进行Clarke逆变换得到控制三相的直流电流ia d。、ib d。、?ε (1。。 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1、^、1通 过Clarke变换得到i α、i e,而后i α、i e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i,通过低通滤波器（LPF)即可得到i q Mac;t，然后进行park逆变 换，在α、β轴上分别得到i a q、i0 q，最后将其进行Clarke逆变本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
1. 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驱动 信...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱赫，李景云，
申请(专利权)人：国家电网公司，天津市三源电力设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11