一种具有gprs的有源电力滤波器的制造方法
【专利摘要】鉴于电力电子装置作为电网的非线性和时变性负载，给电网带来了如谐波污染、无功问题、电压波动及不平衡等严重的电能质量问题。本实用新型提出一种具有GPRS的有源电力滤波器，该滤波器由电压电流传感器、过零检测锁相倍频、信号调理电路模块、APF主电路模块、驱动电路模块、DSP、GPRS模块以及远程计算机组成。本实用新型将GPRS模块加入到有源电力滤波器中，该有源电力滤波器可以进行动态补偿，并可远程在线监测，为智能电网提供谐波监测和处理设备。
【专利说明】
一种具有GPRS的有源电力滤波器
技术领域
[0001]本实用新型提出一种具有GPRS的有源电力滤波器，可远程监测并实现谐波补偿。 属于电力滤波技术领域。【背景技术】
[0002]20世纪70年代以来，由于电力电子装置(如逆变器、整流器等)作为电网的非线性和时变性负载，给电网带来了严重的电能质量问题，如谐波污染、无功问题、电压波动及不平衡等。传统的谐波抑制和无功补偿方法是用无源滤波器由R、L、C构成，与需补偿的非线性负载并联，为谐波提供一个低阻通路，同时也为负载提供所需要的无功功率。虽然无源滤波器具有简单、方便的优点，但是当前，由于社会的发展和资源的紧缺，大型动力供给正在向节能化、集中化、高效化方向发展，同时用户对电能质量的要求也越来越高，因此传统的LC无源滤波器已经不能满足工业发展和用户的需求。与LC无源滤波器相比，有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)具有可控制性强、自适应能力和快速响应性能强、体积小、重量轻等优点。[〇〇〇3]随着无线通信技术的不断提高，利用移动运营商提供的无线网络实现电网数据采集和监控，是电力系统现代化的一个重要发展方向。由于GPRS(General Packet Rad1 Servic，通用无线分组业务)网络的通信技术日渐成熟，且覆盖面广泛，将GPRS无线通信结合到有源电力滤波器中，可远程监控APF对谐波的补偿，同时远程检测电网中的综合参数。 又因为GPRS网络是由移动运营商调控系统，可以节省大量的导线材料及人工费用，达到环保节能、资源最大共享的目的，而且免除了网络的日常修改和维护工作，最大限度地节省了投资。
【发明内容】
[0004]本实用新型提出一种具有GPRS的有源电力滤波器，可远程监测并实现谐波补偿。 该有源电力滤波器包括信号采集、DSP、驱动电路模块、APF主电路模块以及GPRS模块。其中: APF主电路模块(6 )与驱动电路模块(7 )相连，驱动电路模块(7 )与DSP (8 )相连，DSP (8 )—路通过过零检测锁相倍频(4)，再通过电压电流传感器(2)与电网(1)相连，DSP(8)另一路通过信号调理电路模块(5)，再通过电压电流传感器(2)与负载(3)相连，APF主电路模块(6)与负载(3)相连，APF主电路模块(6)与电压电流传感器(2)相连，DSP(8)与GPRS模块(9)相连， GPRS模块(9)通过无线网络与远程计算机(10)构成联系。电网(1)和负载(3)中的电压电流信号，通过电压电流传感器(2)进行采集，采集到的电压电流信号经过信号调理电路模块(5)和过零检测锁相倍频(4)，输送到DSP(8)中进行处理和运算，DSP(8)根据采样得到的各种电压电流值，经过运算输出相应PWM驱动信号，输出的PWM驱动信号传递给驱动电路模块 (7 )，从而控制APF主电路模块(6 )产生对应的补偿电流送入到电网(1)中。同时，DSP (8 )将数据传送到GPRS模块(9)，GPRS模块(9)通过无线网络将数据传送到远程计算机(10)中。
[0005]所述的信号采集部分包括电压电流传感器、信号调理电路模块以及过零检测锁相倍频三部分。其中:电压电流传感器用于采集APF的补偿电流、负载电流、电源进线电流、线电压以及直流侧的电容电压；信号调理电路模块则用于调理电压电流传感器采集的信号； 过零检测锁相倍频的用途在于能够产生与系统电压同频率的方波信号，用来作为恢复正弦表的触发信号同时能使得的数据采样及时启动，另一个用处是为在无功电流计算时提供与相电压能形成同步的过零信号。由于电力系统频率的波动，必须对采集的同步过零信号进行锁相倍频，使采样过程不因频率的变化而造成采样误差，以保证计算是以采集电网的基频为基波信号。
[0006]DSP控制系统是整个控制系统最为关键的组成部分，本实用新型将TI公司的 TMS320F28335芯片作为APF的处理器，TMS320F28335采用高性能的静态CMOS技术，具有 150MHz的高速处理能力，足以满足APF的控制要求。其片内存储资源十分丰富:多达256KX 16位的Flash程序存储器，最多达128KX 16位的ROM，34KX 16位的单周期访问RAM (SARAM)，1KX16 位的一次性可编程 ROM (OTP ROM)以及 8KX16位的 B00TR0M。 TMS320F28335的12位16通道A/D转换器，具有80ns的快速转换时间，两个采样保持电路可以实现双通道同步采样。此外，TMS320F28335还具有88个可配置通用输入/输出(GP10)引脚； 能设置8个外部中断，外设中断扩展模块(PIE)共支持58个不同的外设中断；具有2个CAN通信模块，3个UTAR接口模块(SCI)，1个串行外设接口模块(SPI)，2个多通道缓冲串口(McBSP) 以及1个I2C总线接口。其中TMS320F28335的A/D转换接口与信号调理电路模块及过零检测锁相倍频相连，对各电压电流进行采集;TMS320F28335的HVM输出与驱动电路模块相连，向驱动电路模块发出脉冲信号;TMS320F28335的SCI 口与GPRS模块相连。DSP主要完成的任务为:在每个控制周期内采样电网进线电流、谐波源负载电流、有源电力滤波器输出补偿电流、直流母线电压、电网电压等电流或者电压瞬时值、捕获电网a相电压相位、计算谐波电流指令值、产生PWM驱动信号、对驱动电路出现的异常进行快速保护处理以及与GPRS模块进行通彳目等。
[0007]驱动电路模块及APF主电路模块:驱动电路模块是有源电力滤波器的执行部分，它接受控制DSP发出的PWM驱动信号，经过自身的隔离放大之后输出驱动脉冲信号来开通或者关断APF主电路模块中的器件，以产生相应的谐波补偿电流送入到电网中。
[0008]GPRS模块与远程计算机:GPRS模块采用宏电技术开发有限公司生产的H7710 GPRS，H7710 GPRS具有以下功能:1.内部集成TCP/IP协议栈。H7710 GPRS内部封装了PPP拨号协议以及TCP/IP协议栈并且具有嵌入式操作系统，具备GPRS拨号上网以及TCP/IP数据通信的功能。2.提供串口数据双向转换功能。H7710 GPRS提供了串行通信接口，包括RS232/ RS485等都属于常用的串行通信方式，可以和各种使用串口通信的用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动。3.保持永久在线。GPRS通信网络的优点之一就是支持GPRS终端设备永久在线、支持断线自动重连、自动重拨号等特点。4.支持参数配置，永久保存。H7710 GPRS支持参数配置，并且将配置好的参数保存内部的永久存储器件内(一般为FLASH或 EEPR0M等)。一旦上电，就自动按照设置好的参数进行工作。
[0009]H7710 GPRS上电后，首先读取内部FLASH中保存的工作参数，包括已配置好的GPRS 拨号参数、串口波特率、数据中心IP地址等等。然后H7710 GPRS登陆GSM网络，进行GPRSPPP 拨号。拨号成功后，H7710 GPRS将获得一个由移动随机分配的内部IP地址。H7710 GPRS相当于一个移动内部局域网内的设备，通过移动网关来实现与外部Internet公网的通信。[0〇10]H7710 GPRS通过数据中心的IP地址以及端口号等参数，向数据中心发起TCP或UDP通信请求。在得到中心的响应后，便建立了 TCP/UDP通信连接，远程计算机只要接入 Internet网络，就可以对有源电力滤波器的工作状态实现远程监控了。
[0011]本实用新型的有益效果是:一、基于GPRS实时性好，无线传输，低成本，覆盖广，扩展性强，速率高等特点，将GPRS模块加入到有源电力滤波器中，该有源电力滤波器既可以完成动态补偿，同时能够通过远程计算机实时监测APF的数据采集、运算处理、谐波补偿效果， 以及电网中的各项参数。二、本设计使用TMS320F28335作为有源电力滤波器处理器，由于其强大的性能，能够在短时间内完成大量复杂的计算，极大的提高了系统的实时处理速度，确保了控制的精度，提高了有源电力滤波器的实时和动态补偿效果。本发明针对干式空心电抗器在低温下故障机理的测试方法。【附图说明】[〇〇12]图1是根据本实用新型的实施例的一种具有GPRS的有源电力滤波器的系统原理框图。
[0013]图中:1-电网，2-电压电流传感器，3-负载，4-过零检测锁相倍频，5-信号调理电路模块，6-APF主电路模块，7-驱动电路模块，8-DSP，9-GPRS模块，10-远程计算机。【具体实施方式】
[0014]如图1所示，本实用新型的实施例的一种具有GPRS的有源电力滤波器包括:电网 (1)，电压电流传感器(2)，负载(3)，过零检测锁相倍频(4)，信号调理电路模块(5)，APF主电路模块(6 )，驱动电路模块(7 )，DSP(8)，GPRS模块(9)，远程计算机(10 )。其中:APF主电路模块(6 )与驱动电路模块(7 )相连，驱动电路模块(7 )与DSP (8 )相连，DSP (8 )—路通过过零检测锁相倍频(4)，再通过电压电流传感器(2)与电网(1)相连，DSP(8)另一路通过信号调理电路模块(5)，再通过电压电流传感器(2)与负载(3)相连，APF主电路模块(6)与负载(3)相连， APF主电路模块(6 )与电压电流传感器(2 )相连，DSP (8 )与GPRS模块(9 )相连，GPRS模块(9 )通过无线网络与远程计算机(10)构成联系。电网(1)和负载(3)中的电压电流信号，通过电压电流传感器(2)进行采集，采集到的电压电流信号经过信号调理电路模块(5)和过零检测锁相倍频(4)，输送到DSP(8)中进行处理和运算，DSP(8)根据采样得到的各种电压电流值，经过运算输出相应PWM驱动信号，输出的PWM驱动信号传递给驱动电路模块(7)，从而控制APF 主电路模块(6 )产生对应的补偿电流送入到电网(1)中。同时，DSP (8 )将数据传送到GPRS模块(9)，GPRS模块(9)通过无线网络将数据传送到远程计算机(10)中。[〇〇15]信号采集部分包括电压电流传感器(2)、信号调理电路模块(5)以及过零检测锁相倍频(4)三部分。其中:电压电流传感器(2)用于采集APF的补偿电流、负载电流、电源进线电流、线电压以及直流侧的电容电压；信号调理电路模块(5)则用于调理电压电流传感器(2) 采集的信号;过零检测锁相倍频(4)的用途在于能够产生与系统电压同频率的方波信号，用来作为恢复正弦表的触发信号同时能使得的数据采样及时启动，另一个用处是为在无功电流计算时提供与相电压能形成同步的过零信号。由于电力系统频率的波动，必须对采集的同步过零信号进行锁相倍频，使采样过程不因频率的变化而造成采样误差，以保证计算是以采集电网的基频为基波信号。
[0016] DSP( 8)是整个控制系统最为关键的组成部分，本实用新型将TI公司的 TMS320F28335芯片作为APF的处理器。其中DSP(8)的A/D转换接口与信号调理电路模块(5) 及过零检测锁相倍频(4 )相连，对各电压电流进行采集;DSP (8 )的HVM输出与驱动电路模块 (7)相连，向驱动电路模块(7)发出脉冲信号;DSP(8)的SCI 口与GPRS模块(9)相连。DSP主要完成的任务为:在每个控制周期内采样电网进线电流、谐波源负载电流、有源电力滤波器输出补偿电流、直流母线电压、电网电压等电流或者电压瞬时值、捕获电网a相电压相位、计算谐波电流指令值、产生PWM驱动信号、对驱动电路出现的异常进行快速保护处理以及与 GPRS模块(9)进行通信等。[〇〇17]驱动电路模块(7)及APF主电路模块(6):驱动电路模块(7)是有源电力滤波器的执行部分，它接受控制DSP(8)发出的HVM驱动信号，经过自身的隔离放大之后输出驱动脉冲信号来开通或者关断APF主电路模块(6)中的器件，以产生相应的谐波补偿电流送入到电网(1)中。[〇〇18] GPRS模块(9)与远程计算机(10):GPRS模块(9)采用宏电技术开发有限公司生产的 H7710 GPRS，H7710 GPRS具有以下功能:1.内部集成TCP/IP协议栈。H7710 GPRS内部封装了PPP拨号协议以及TCP/IP协议栈并且具有嵌入式操作系统，具备GPRS拨号上网以及TCP/ IP数据通信的功能。2.提供串口数据双向转换功能。H7710 GPRS提供了串行通信接口，包括 RS232/RS485等都属于常用的串行通信方式，可以和各种使用串口通信的用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动。3.保持永久在线。GPRS通信网络的优点之一就是支持 GPRS终端设备永久在线、支持断线自动重连、自动重拨号等特点。4.支持参数配置，永久保存。H7710 GPRS支持参数配置，并且将配置好的参数保存内部的永久存储器件内(一般为 FLASH或EEPR0M等)。一旦上电，就自动按照设置好的参数进行工作。[〇〇19]H7710 GPRS上电后，首先读取内部FLASH中保存的工作参数，包括已配置好的GPRS拨号参数、串口波特率、数据中心IP地址等等。然后H7710 GPRS登陆GSM网络，进行GPRSPPP 拨号。拨号成功后，H7710 GPRS将获得一个由移动随机分配的内部IP地址。H7710 GPRS相当于一个移动内部局域网内的设备，通过移动网关来实现与外部Internet公网的通信。
[0020]H7710 GPRS通过数据中心的IP地址以及端口号等参数，向数据中心发起TCP或UDP 通信请求。在得到中心的响应后，便建立了 TCP/UDP通信连接，远程计算机只要接入 Internet网络，就可以对有源电力滤波器的工作状态实现远程监控了。
[0021]通过以上描述可知，该有源电力滤波器将电网和负载中的电压电流信号，通过电压电流传感器进行采集，采集到的电压电流信号经过信号调理电路模块和过零检测锁相倍频，输送到DSP中进行处理和运算，DSP根据采样得到的各种电压电流值，经过运算输出相应 P丽驱动信号，输出的P丽驱动信号传递给驱动电路模块，从而控制APF主电路模块产生对应的补偿电流送入到电网中，以达到动态补偿谐波的目的。同时，DSP将数据传送到GPRS模块，GPRS模块通过无线网络将数据传送到远程计算机中，可实现远程在线监测，为智能电网提供谐波监测和处理设备。
【主权项】
1.一种具有GPRS的有源电力滤波器，其特征在于:包括电网(1)，电压电流传感器(2)， 负载(3)，过零检测锁相倍频(4)，信号调理电路模块(5)，APF主电路模块(6)，驱动电路模块 (7)，DSP( 8)，GPRS模块(9)，远程计算机(10); APF主电路模块(6)与驱动电路模块(7)相连， 驱动电路模块(7)与DSP(8)相连，DSP(8)—路通过过零检测锁相倍频(4)，再通过电压电流 传感器(2)与电网(1)相连，DSP(8)另一路通过信号调理电路模块(5)，再通过电压电流传 感器(2)与负载(3)相连，APF主电路模块(6)与负载(3)相连，APF主电路模块(6)与电压电流 传感器(2)相连，DSP( 8)与GPRS模块(9)相连，GPRS模块(9)通过无线网络与远程计算机(10) 构成联系；电网(1)和负载(3)中的电压电流信号，通过电压电流传感器(2)进行采集，采集 到的电压电流信号经过信号调理电路模块(5)和过零检测锁相倍频(4)，输送到DSP(8)中进 行处理和运算，DSP(8)根据采样得到的各种电压电流值，经过运算输出相应P丽驱动信号， 输出的PWM驱动信号传递给驱动电路模块(7)，从而控制APF主电路模块(6)产生对应的补 偿电流送入到电网(1)中;DSP(8)将数据传送到GPRS模块(9)，GPRS模块(9)通过无线网络将 数据传送到远程计算机(10)中。2.根据权利要求1所述的一种具有GPRS的有源电力滤波器，其特征在于:所述的DSP采 用TI公司生产的TMS320F28335作为主控芯片。3.根据权利要求1所述的一种具有GPRS的有源电力滤波器，其特征在于:所述的GPRS模 块采用宏电技术开发有限公司生产的H7710 GPRS。
【文档编号】H02J3/01GK205583690SQ201620204426
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】宋立新, 曾皓, 刘斯琦, 梁晶, 李瑞显
【申请人】哈尔滨理工大学