[发明专利]一种基于FPGA的谐波检测补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力设备，具体涉及一种基于FPGA的谐波检测补偿装置。

背景技术

随着我国经济和电力工业的飞速发展，电力负荷种类越发繁多，用电负荷日趋复杂化和多样化。交流电的波形发生变化产生的谐波给电能用户、电力系统带来严重的危害，当前已把这种危害称之为谐波污染，谐波污染已经成为危害电网、影响其他用电设备安全经济运行的重大问题。电力谐波是反映动力系统电能质量好坏的一个重要指标，谐波成分的多少，反映了电压和电流实际波形偏离理性波形的变化程度。常规的谐波测量方法主要有：模拟带通或带阻滤波器测量谐波；基于瞬时无功功率的谐波测量，但是，各种基本方法在实际运用中均有不同程度局限及缺点，从而也存在电力使用的安全隐患。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种基于FPGA的谐波检测补偿装置，具有转换速度快和精确度高的优点，提高了系统的实时性，更好的实现了抑制谐波的目的。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：包括谐波补偿柜体，谐波补偿柜体内的电源与负载之间设置有电流闭环控制电路，所述电流闭环控制电路采用4相交错并联采样，所述电流闭环控制电路包括依次电连接的滤波器、输入接触器、电感、IGBT逆变器、第一PI调节器和坐标变换模块，坐标变换模块分别电连接至IGBT逆变器和负载，所述负载和滤波器连接至电源，所述坐标变换模块和IGBT逆变器间依次电连接有第二PI调节器和PWM发生器，所述坐标变换模块和负载间设有相互并联的基于FPGA的谐波检测模块和锁相环。

所述谐波检测模块包括互感器和控制系统，控制系统连接有A/D转换电路、FIFO单元、基于FPGA的FFT单元、存储单元、上位通讯模块和交互单元，所述互感器、A/D转换电路、FIFO单元和基于FPGA的FFT单元依次电连接；所述控制系统与互感器之间设置有鉴相倍频电路。

所述控制系统采用DSP 2407控制系统。

所述上位通讯模块采用RS485标准接口。

所述存储单元采用EEPROM。

所述交互单元包括键盘和显示器。

所述互感器包括电压互感器PT和电流互感器CT。

所述输入接触器上并联有软启动电阻。

所述滤波器采用高通滤波器。

所述IGBT逆变器采用三相半桥逆变器。

与现有技术相比，本发明电流闭环控制电路采用4相交错并联采样；在负载电流流经IGBT逆变器的回路上设置基于FPGA的谐波检测模块进行谐波检测，通过获取检测信号，利用控制系统控制进行信号转换，再获得各次谐波的幅值和相角。本发明使用准自然采样，控制和调制频率500KHz，由于采用4相交错并联，总电流的频率可以达到64.8KHz，这样电流环的宽度可以打大大提高；电流环的控制方法采用总电流控制环和支路电流误差控制环结合，支路电流误差控制环的带宽可以低一些，用于控制均流。控制算法兼顾稳态补偿精度和补偿的快速性，对于无功补偿，采用开环控制，补偿响应时间小于10ms；对于谐波补偿，采用闭环控制，补偿后THDi小于3％，还可实现无功与谐波的同时补偿、分别补偿、对指定次谐波的定向补偿；总电流及单次谐波均可设定限流值，使装置不过流。基本消除了因过流导致开关管损坏的可能性，增强了装置的可靠性。电流闭环控制系统可自动检测本装置发出的电流和给定电流的差别，并通过变更数字滤波器的参数，自主校正参考电流，自主调整控制参数，从而抑制系统谐振，增强系统的稳定性。本发明转换速度快，精确度高，显著提高了系统的实时性，实现更好的抑制谐波的目的。

进一步，当系统启动完成各单元初始化后，由互感器单元获得要检测的电压和电流信号，并利用其中一相电压信号，经鉴相倍频同步电路跟踪实时的电力线路的工频频率，并通过倍频信号，使微处理控制系统获得A/D转换的准确信号，控制A/D转换电路在一个工频周期内准确同步的进行信号转换，转换结果入FIFO单元中缓存，当达到控制点后，微处理控制器控制停止转换，启动FPGA从FIFO单元中读取数据，再由基于FPGA的FFT单元，完成信号的转换，获得各次谐波的幅值和相角。转换结束后，由微处理控制系统读取分析结果，存储于EEPROM单元中，系统也可实时显示分析结果，并通过通讯接口直接接入电力调度网，实现分析结果的上传或接收远方调度。

进一步，输入触摸器KM上并联有软启动电阻；系统开机时，电源通过电阻R对母线电容充电，实施母线软启动。

进一步，滤波器采用高通滤波器，滤除逆变器的开关纹波。