滤波用固体同步电压源制造技术

一种滤波用固体同步电压源，由谐波电压隔离衰减电路、调制波产生电路、ＰＷＭ波产生电路、脉冲分配与功率管驱动电路、功率逆变电路单元、逆变电路直流侧电压调节与异常保护电路构成；工作时，工频低通滤波电路、相位调整电路将含有谐波的电网工频电压信号滤除谐波并移相，生成与电网工频电压信号过零点相同，频率相等的无谐波同步正弦电压信号；信号幅值调整电路将电网工频电压信号调整幅值，经过幅值调整的电网工频电压信号与同步正弦电压信号经过信号合成电路产生与电网电压工频基波同相、谐波相位相反的调制波电压信号；本发明专利技术的固体同步电压源具有结构简单、体积小、成本低、可靠性高、滤波效果好、电网阻抗适应性强的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电网谐波滤波技术，特别涉及一种用电力电子固体同步电压源构成的电网谐波滤波技术。
技术介绍
近些年来，随着经济和技术的发展，越来越多的非线形电力负荷投入了使用，使城市电网中的谐波分量猛增，电能质量下降，发、配电设备损耗增加、寿命缩短，某些地区甚至出现由于谐波而导致火灾的事故。为了降低谐波对电力系统的危害，提高电能质量，各种谐波滤波装置应运而生，但是传统的无源LC滤波装置虽然可以抑制谐波，但却存在诸多缺点如受电网运行频率影响大、体积大、功能少、容易造成无功过剩、易与电网发生谐振等缺点。为进一步提高电能质量，更有效地抑制揩波，必须采用有源电力滤波器，传统结构的有源电力滤波器通过检测谐波电流来控制PWM逆变电路输出相应的谐波电流，最后将谐波源的所有谐波分量流入PWM逆变电路，使电网侧的母线电流基本为正弦波，起到滤波作用。由于现有电力电子技术与微电子技术的局限性，传统结构的有源电力滤波器存在以下几个缺点1)检测电路结构复杂。由于要从母线电流中分离出谐波，但是母线电流中的谐波含量大，滤波时容易引起基波相移，要使用锁相环电路，使电路复杂，响应变慢。2)由于主电路直接并在电网上，加上主电路的内阻较小，在电网电压出现突变、有源滤波器启动或退出等情况时很容易使功率晶体管产生过载甚至损坏，因此还要有高灵敏度的电网电压检测电路，控制电路即要考虑母线电流又要考虑电压，使控制电路结构复杂，成本升高。3)由于控制和检测电路的复杂，使处理谐波信号的速度变慢，导致APF响应迟缓。目前大部分的有源电力滤波器产品的谐波滤波最高次数仅为13-15次，且对电焊机、电弧炉等快速变化的谐波几乎无能为力。滤波用固体同步电压源是一种较新的有源电力滤波器结构，它的本质是一个与电网并联的，与电网电压同频、同相、同幅值的、内阻很小的电力电子正弦波发生器，如果电网里出现电压畸变，则谐波分量会与该变流器产生电压差，该电压差能产生所希望的补偿电流。这个装置从理论上说用很简单的硬件电路即可构成，且有很好的补偿效果，但是它没有大环反馈回路，整机开环运行，因此它受电网的阻抗影响较大，阻抗大则容易使其过载，阻抗小则因为该机自己的内阻导致滤波效果不够好。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种滤波用固体同步电压源，比现有技术的有源电力滤波器有更低的成本和更简单的结构，比现有技术的发出正弦波的滤波用固体同步电压源有更好的滤波效果和更强的电网阻抗适应性。为了解决上述技术问题，本专利技术所提供的一种滤波用固体同步电压源，包括一谐波电压隔离衰减电路单元，为固体同步电压源的输入端，用于对输入的电网电压的隔离、降压；一调制波产生电路单元，其输入端连接谐波电压隔离衰减电路单元的输出端，用于产生调制波电压信号；一PWM波产生电路单元，其输入端连接调制波产生电路单元的输出端，用于输入信号的PWM调制；一脉冲分配与功率管驱动电路单元，其输入端连接PWM波产生电路单元的输出端，用于PWM调制后的信号的放大；一功率逆变电路单元，其输入端连接脉冲分配与功率管驱动电路单元的输出端，输出端直接并联于电网，用于产生与电网电压工频基波同相、谐波相位相反的电压；一逆变电路直流侧电压调节与异常保护电路单元，其输入端连接功率逆变电路单元的反馈控制输出端，输出端连接所述PWM波产生电路单元，用与调节功率逆变电路单元的直流侧电压，同时在系统过电压、过电流等异常状态时保护功率逆变电路不受损坏；其特征在于，所述调制波产生电路单元由信号幅值调整电路、工频低通滤波电路、相位调整电路和信号合成电路构成，用于产生与电网电压工频基波同相、谐波相位相反的调制波电压信号，所述谐波电压隔离衰减电路单元的信号输出端连接所述工频低通滤波电路与所述信号幅值调整电路的信号输入端，所述工频低通滤波电路的信号输出端连接所述相位调整电路的信号输入端，所述相位调整电路与所述信号幅值调整电路的信号输出端分别连接所述信号合成电路的两个不同的信号输入端，所述信号合成电路的信号输出端连接PWM波产生电路单元的调制波信号输入端；工作时，所述工频低通滤波电路、所述相位调整电路将含有谐波的电网工频电压信号滤除谐波并移相，生成与电网工频电压信号过零点相同，频率相等的无谐波同步正弦电压信号；所述信号幅值调整电路将电网工频电压信号调整幅值，经过幅值调整的电网工频电压信号与同步正弦电压信号经过信号合成电路产生与电网电压工频基波同相、谐波相位相反的调制波电压信号。所述信号幅值调整电路内设有可调整调制波电压信号的工频分量与谐波分量的比值的可调电阻，使经所述信号合成电路产生的与电网电压工频基波同相、谐波相位相反的调制波电压信号的工频分量与谐波分量的比值可按需要改变。与采用现有技术的有源电力滤波器相比，本专利技术提供的固体同步电压源不仅电路结构简单、元件成本低廉，而且由于电网电压中的谐波含量远低于电网电流，因此滤波网络的设计非常简单，工作可靠响应快，对于快速变化的谐波也能灵敏地检测出；与现有固体同步电压源的调制波产生电路不同，所述调制波产生电路单元不只产生与电网工频电压信号过零点相同、频率相等的无谐波同步正弦电压信号，还在此信号中加入了与电网谐波分量相位相反的谐波信号，从而扩大了功率逆变电路输出端与电网间的谐波电压差，使流入功率逆变电路的谐波电流增加，提高了滤波效果；与现有的滤波用固体同步电压源相比，本专利技术所述的固体同步电压源受电网阻抗影响小，在电网阻抗很小的情况下也能有较好的滤波效果，同时保留了现有固体同步电压源结构简单、体积小、可靠性高的优点。附图说明图1所示是本专利技术的电路结构框图；图2所示是本专利技术的调制波产生电路的电路结构框图；图3所示是本专利技术实施例的调制波产生电路的电路原理图。具体实施例方式以下结合附图说明对本专利技术的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本专利技术，凡是采用本专利技术的相似结构及其相似变化，均应列入本专利技术的保护范围。参看图1所示，本专利技术的滤波用固体同步电压源的电路结构由谐波电压隔离衰减电路单元1、调制波产生电路单元2、PWM波产生电路单元3、脉冲分配与功率管驱动电路单元4、功率逆变电路单元5、逆变电路直流侧电压调节与异常保护电路单元6构成，所述固体同步电压源的电网输入端经谐波电压隔离衰减电路单元1、调制波产生电路单元2、PWM波产生电路单元3、脉冲分配与功率管驱动电路单元4和功率逆变电路单元5连接所述固体同步电压源的输出电网端，功率逆变电路单元5的反馈控制输出端经逆变电路直流侧电压调节与异常保护电路单元6连接PWM波产生电路单元3；谐波电压隔离衰减电路单元1将电网电压隔离、降压，送入调制波产生电路单元2产生与电网电压工频基波同相、谐波相位相反的调制波电压信号，此信号送入PWM波产生电路单元3、脉冲分配与功率管驱动电路单元4进行PWM调制和放大，驱动功率逆变电路单元5中的功率晶体管产生与电网电压工频基波同相、谐波相位相反的电压，功率逆变电路单元5的输出端直接并联于电网，由于功率逆变电路单元5的输出电压中基波分量与电网电压基波分量频率相位相同，幅值接近，而谐波分量相位相反，因此电网中的谐波电流大部分都流入功率逆变电路单元5，基波电流流入很少(主要用于补偿电路工作时的电能损耗)，起到滤波作用。逆变电路直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滤波用固体同步电压源，包括：　　　　一谐波电压隔离衰减电路单元，为固体同步电压源的输入端，用于对输入的电网电压的隔离、降压；　　　　一调制波产生电路单元，其输入端连接谐波电压隔离衰减电路单元的输出端，用于产生调制波电压信号；　　　　一ＰＷＭ波产生电路单元，其输入端连接调制波产生电路单元的输出端，用于输入信号的ＰＷＭ调制；　　　　一脉冲分配与功率管驱动电路单元，其输入端连接ＰＷＭ波产生电路单元的输出端，用于ＰＷＭ调制后的信号的放大；　　　　一功率逆变电路单元，其输入端连接脉冲分配与功率管驱动电路单元的输出端，输出端直接并联于电网，用于产生与电网电压工频基波同相、谐波相位相反的电压；　　　　一逆变电路直流侧电压调节与异常保护电路单元，其输入端连接功率逆变电路单元的反馈控制输出端，输出端连接所述ＰＷＭ波产生电路单元，用与调节功率逆变电路单元的直流侧电压，同时在系统过电压、过电流等异常状态时保护功率逆变电路不受损坏；　　　　其特征在于，所述调制波产生电路单元由信号幅值调整电路、工频低通滤波电路、相位调整电路和信号合成电路构成，用于产生与电网电压工频基波同相、谐波相位相反的调制波电压信号，所述谐波电压隔离衰减电路单元的信号输出端连接所述工频低通滤波电路与所述信号幅值调整电路的信号输入端，所述工频低通滤波电路的信号输出端连接所述相位调整电路的信号输入端，所述相位调整电路与所述信号幅值调整电路的信号输出端分别连接所述信号合成电路的两个不同的信号输入端，所述信号合成电路的信号输出端连接ＰＷＭ波产生电路单元的调制波信号输入端；　　　　工作时，所述工频低通滤波电路、所述相位调整电路将含有谐波的电网工频电压信号滤除谐波并移相，生成与电网工频电压信号过零点相同，频率相等的无谐波同步正弦电压信号；所述信号幅值调整电路将电网工频电压信号调整幅值，经过幅值调整的电网工频电压信号与同步正弦电压信号经过信号合成电路产生与电网电压工频基波同相、谐波相位相反的调制波电压信号。...

【技术特征摘要】
1.一种滤波用固体同步电压源，包括一谐波电压隔离衰减电路单元，为固体同步电压源的输入端，用于对输入的电网电压的隔离、降压；一调制波产生电路单元，其输入端连接谐波电压隔离衰减电路单元的输出端，用于产生调制波电压信号；一PWM波产生电路单元，其输入端连接调制波产生电路单元的输出端，用于输入信号的PWM调制；一脉冲分配与功率管驱动电路单元，其输入端连接PWM波产生电路单元的输出端，用于PWM调制后的信号的放大；一功率逆变电路单元，其输入端连接脉冲分配与功率管驱动电路单元的输出端，输出端直接并联于电网，用于产生与电网电压工频基波同相、谐波相位相反的电压；一逆变电路直流侧电压调节与异常保护电路单元，其输入端连接功率逆变电路单元的反馈控制输出端，输出端连接所述PWM波产生电路单元，用与调节功率逆变电路单元的直流侧电压，同时在系统过电压、过电流等异常状态时保护功率逆变电路不受损坏；其特征在于，所述调制波产生电路单元由信号幅值调整电路、工频低通滤波电路、相位调整电路和信号合成电...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玲，周徐达，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]