一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器，包括外部殼體和濾波器本體，在外部殼體上設置有多個通孔，位于外部殼體下側的為進氣口，位于上側的為出氣口，在每個通孔的外側設置有防雨帽；濾波器本體包括FPGA 主控芯片和A\D 轉換電路，FPGA 主控芯片與A\D 轉換電路連接；FPGA 主控芯片內部設置有一級處理電路、諧波分析電路和調制電路，A\D 轉換電路的輸出端與一級處理電路連接，一級處理電路的輸出端與諧波分析電路連接，調制電路的輸出端與諧波分析電路連接；本實用新型利用具有高速硬件并行算法和高工作頻率的FPGA 為主控芯片內部構建的硬件數據處理電路對采樣數據進行量化處理、數字濾波以及限幅處理，具有科學合理、技術先進、補償及時、穩定性高、精確濾除諧波等特點。
【專利說明】
一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器。
【背景技術】
[0002]有源電力濾波器(APF:Active power filter)是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠對不同大小和頻率的諧波進行快速跟蹤補償，之所以稱為有源，是相對于無源LC濾波器，只能被動吸收固定頻率與大小的諧波而言，APF可以通過采樣負載電流并進行各次諧波和無功的分離，控制并主動輸出電流的大小、頻率和相位，并且快速響應，抵銷負載中相應電流，實現了動態跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功和不平衡。利用可控功率半導體向電網注入與諧波源電流幅值相等相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零達到實時補償諧波電流的目的，現有濾波器由指令電流運算電路和補償電流發生電路兩個主要部分組成。指令電流運算電路實時監視線路中的電流并將模擬電流信號轉換為數字信號并送入高速數字處理器DSP對信號進行處理，將諧波基波分離并以脈沖調制信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖驅動IGBT功率模塊生長電網諧波電流幅值。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器。
[0004]本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的:一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器，包括外部殼體(I)和安裝與外部殼體(I)內部的濾波器本體(8)，在所述外部殼體(I)上設置有多個通孔(3)，其中位于外部殼體(I)下側的為進氣口，位于外部殼體(I)上側的為出氣口，在每個通孔(3)的外側設置有防雨帽(4)，通孔(3)的最底部高于其對應的防雨帽(4)底部；所述的濾波器本體(8)包括FPGA主控芯片和A\D轉換電路，所述的FPGA主控芯片與A\D轉換電路連接;所述的FPGA主控芯片內部設置有一級處理電路、諧波分析電路和調制電路，所述A\D轉換電路的輸出端與一級處理電路連接，所述的一級處理電路的輸出端與諧波分析電路連接，所述的調制電路的輸出端與諧波分析電路連接;其中，一級處理電路用于將經過A\D轉換電路轉換為數字信號的采樣數據進行量化處理、數字濾波以及限幅處理;諧波分析電路，連接一級處理電路，用于將一級處理電路輸出的限幅信號進行諧波分析，并將諧波與基波分離；調制電路，連接諧波分析電路，用于以脈寬調制P麗信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，驅動外部IGBT功率模塊，生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。
[0005]在所述的進氣口和出氣口上均安裝有防塵墊(6)。
[0006]在所述的進氣口和/或出氣口上安裝有風扇(5)。
[0007]在所述外部殼體(I)內還安裝有電加熱器(7)。
[0008]在所述外部殼體(I)內還安裝有溫度傳感器，溫度傳感器連接到自動控制器，自動控制器的輸出信號控制風扇(5)和/或電加熱器(7)的工作狀態。
[0009]在所述的FPGA主控芯片內還設置有微處理器，所述的微處理器連接諧波分析電路;其中，微處理器用于進行各電量參數顯示處理以及人機交互控制處理，并與通訊端口和顯示端口相連接。
[0010]所述的濾波器本體還包括與A\D轉換電路的輸入端相連接的信號處理電路，由電網所采集的電壓信號和負載電流信號經信號處理電路進行信號放大和整形處理以備傳輸至|JA\D轉換電路進行高速A\D轉換。
[0011]所述的濾波器本體還包括順次連接的驅動電路、逆變電路和濾波電路，所述的驅動電路的輸入端與調制電路連接;其中，由調制電路所產生的PWM調制脈沖通過所述的驅動電路將PWM脈沖放大到外部IGBT功率模塊所需的電平；由驅動電路所輸出的PffM脈沖經過所述的逆變電路調制生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流;利用所述的濾波電路將補償電流中高頻載波電流濾除，使得從濾波電路中注入電網中的補償電流完全為電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流。
[0012]所述的逆變電路為IGBT逆變電路。
[0013]本實用新型的有益效果是:
[0014](I)本實用新型在殼體的側壁上設置有多個通孔，多個通孔通常分為兩個區域，一個區域位于殼體的側壁上方，靠近殼體頂部的位置，該區域的通孔作為出氣口，用于排出殼體內的高溫氣體;另一個區域位于殼體的側壁下方，該區域位于殼體的底部，該區域的通孔作為進氣口 ；在殼體上設置有與通孔對應的防雨帽，防雨帽整體呈弧形，其頂部連接在殼體上，其下端與殼體相隔一定的距離并圍合形成氣孔，該孔處于水平方向，上方的防雨帽起到防雨的作用，避免雨水從通孔進入殼體內部，而且，將通孔的水平最底位置設置成高于其對應的防雨帽最底位置，可以避免雨水順著殼體的側壁進入到殼體內，在通風的同時起到防水的作用，提高了室外機柜的實用性，解決了排氣的問題。
[0015](2)本實用新型有源電力濾波器，在進氣口和出氣口的區域安裝防塵墊，防塵墊的優選結構為一塊整體結構的海綿墊即可，其位于進氣口和出氣口，起到防止粉塵的目的;在進氣口安裝的風扇為進氣扇，在出氣口安裝的為排氣扇，通過進氣扇和排風扇的安裝可以提高空氣經過機柜本體內的速度，從而提高換熱效率，為了抵抗嚴寒，適應室外工作環境的多樣性，可以在機柜本體內安裝電加熱器，電加熱器可以為多個，也可以分布在不同的位置，當室外氣溫過低，不利于電子元件工作時，可以通過電加熱器進行加熱，同時關閉風扇，使得機柜本體內部的空氣不流通，從而保持較為適宜的溫度，有利于提高電子元件的壽命。
[0016](3)本實用新型有源電力濾波器，以自動控制器作為控制核心，在機柜本體內安裝一個或多個溫度傳感器，溫度傳感器采集機柜本體內的溫度數據并送至自動控制器，自動控制器對溫度數據進行比較計算，并作為控制風扇轉動、或者是電加熱器工作的控制信號，可以根據溫度的值而控制風扇工作的數量、風扇的轉速等，還可以控制電加熱器的發熱功率、加熱時間等等參數。
[0017](4)本實用新型利用具有高速硬件并行算法和高工作頻率的FPGA為主控芯片內部構建的硬件數據處理電路對采樣數據進行量化處理、數字濾波以及限幅處理，再經諧波分析處理并及時以脈寬調制PWM信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，驅動IGBT逆變電路，生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網，對諧波電流進行及時的補償或抵消，主動消除電力諧波，整個結構具有科學合理、技術先進、補償及時、穩定性高、精確濾除諧波等特點。
[0018](5)本實用新型所述的調制電路能夠以脈寬調制PffM脈沖形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，具有噪聲抵抗能力超強且可將噪聲影響降低到最小的優點。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型外部殼體示意圖；
[0020]圖2為本實用新型通孔處橫截面結構示意圖；
[0021 ]圖3為濾波器本體原理框圖；
[0022]圖中，1-殼體，2-柜門，3-通孔，4-防雨帽，5-風扇，6_防塵墊，7_電加熱器，8_濾波器本體。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖進一步詳細描述本實用新型的技術方案:
[0024]如圖1和圖2所示，一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器，包括外部殼體I和安裝與外部殼體I內部的濾波器本體8，在所述外部殼體I上設置有多個通孔3，其中位于外部殼體I下側的為進氣口，位于外部殼體I上側的為出氣口，在每個通孔3的外側設置有防雨帽4，通孔3的最底部高于其對應的防雨帽4底部。在所述的進氣口和出氣口上均安裝有防塵墊6。在所述的進氣口和/或出氣口上安裝有風扇5。在所述外部殼體I內還安裝有電加熱器7。在所述外部殼體I內還安裝有溫度傳感器，溫度傳感器連接到自動控制器，自動控制器的輸出信號控制風扇5和/或電加熱器7的工作狀態。
[0025]具體地，外部殼體I整體呈長方體，配置有一個柜門2，在外部殼體I內安裝有濾波器本體8，在外部殼體I的兩側均設置有通孔3，通孔3分布在外部殼體I側壁的上部和下部，在下方的為進氣口，在上部的為出氣口，在進氣口和出氣口上均安裝有防塵墊6和風扇5，防塵墊6采用整塊的海綿制成并位于風扇5和機柜本體I之間，其中進氣口安裝的風扇5為進氣扇，在出氣口安裝的為排氣扇;在外部殼體I上設置有與通孔3對應的防雨帽4，防雨帽4整體呈弧形，其頂部連接在外部殼體I上，其下端與外部殼體I相隔一定的距離并圍合形成氣孔，該孔處于水平方向，上方的防雨帽4起到防雨的作用，避免雨水從通孔3進入機柜本體內部，通孔3的水平最底位置設置成高于其對應的防雨帽4最底位置;在殼體I內安裝有多個電加熱器7，還安裝有自動控制器、溫度傳感器、以及報警器，自動控制器可以采用電路板實現，也可以采用PLC實現，溫度傳感器最為控制風扇5和電加熱器7工作的控制信號，溫度傳感器采集外部殼體I內的空氣溫度，并傳遞至自動控制器，自動控制器根據預先設定的參數進行比較計算，當溫度為設定值中的某一種情況時，風扇和電加熱器處于預先設定的工作狀態。
[0026]如圖3所示，所述的濾波器本體2包括FPGA主控芯片和A\D轉換電路，所述的FPGA主控芯片與A\D轉換電路連接;所述的FPGA主控芯片內部設置有一級處理電路、諧波分析電路和調制電路，所述A\D轉換電路的輸出端與一級處理電路連接，所述的一級處理電路的輸出端與諧波分析電路連接，所述的調制電路的輸出端與諧波分析電路連接;其中，一級處理電路用于將經過A\D轉換電路轉換為數字信號的采樣數據進行量化處理、數字濾波以及限幅處理;諧波分析電路，連接一級處理電路，用于將一級處理電路輸出的限幅信號進行諧波分析，并將諧波與基波分離；調制電路，連接諧波分析電路，用于以脈寬調制PWM信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，驅動外部IGBT功率模塊，生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。利用具有高速硬件并行算法和高工作頻率的FPGA主控芯片內部由一級處理電路、諧波分析電路、和調制電路所搭載的數據采集處理電路對采樣數據進行量化處理、數字濾波以及限幅處理，再經諧波分析處理并及時以脈寬調制PWM信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，驅動IGBT逆變電路，生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網，對諧波電流進行及時的補償或抵消，主動消除電力諧波，整個結構具有科學合理、技術先進、補償及時、穩定性高、精確濾除諧波等特點。
[0027]在所述的FPGA主控芯片內還設置有微處理器，所述的微處理器連接諧波分析電路;其中，微處理器用于進行各電量參數顯示處理以及人機交互控制處理，并與通訊端口和顯示端口相連接。利用通訊端口與人機交互組件進行溝通，并通過顯示端口將經過FPGA主控芯片處理后的各電量參數輸出到顯示設備上進行顯示。
[0028]所述的濾波器本體還包括與A\D轉換電路的輸入端相連接的信號處理電路，由電網所采集的電壓信號和負載電流信號經信號處理電路進行信號放大和整形處理以備傳輸至|JA\D轉換電路進行高速A\D轉換。
[0029]所述的濾波器本體還包括順次連接的驅動電路、逆變電路和濾波電路，所述的驅動電路的輸入端與調制電路連接;其中，由調制電路所產生的PWM調制脈沖通過所述的驅動電路將PWM脈沖放大到外部IGBT功率模塊所需的電平；由驅動電路所輸出的PffM脈沖經過所述的逆變電路調制生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流;利用所述的濾波電路將補償電流中高頻載波電流濾除，使得從濾波電路中注入電網中的補償電流完全為電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流。
[0030]所述的逆變電路為IGBT逆變電路。IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和M0S(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。較之其他功率管具有驅動功率小、輸出電流大、擊穿電壓高、工作頻率高等優點。
【主權項】
1.一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器，包括外部殼體(I)和安裝與外部殼體(I)內部的濾波器本體(8)，其特征在于:在所述外部殼體(I)上設置有多個通孔(3)，其中位于外部殼體(I)下側的為進氣口，位于外部殼體(I)上側的為出氣口，在每個通孔(3)的外側設置有防雨帽(4)，通孔(3)的最底部高于其對應的防雨帽(4)底部;所述的濾波器本體(8)包括FPGA主控芯片和A\D轉換電路，所述的FPGA主控芯片與A\D轉換電路連接;所述的FPGA主控芯片內部設置有一級處理電路、諧波分析電路和調制電路，所述A\D轉換電路的輸出端與一級處理電路連接，所述的一級處理電路的輸出端與諧波分析電路連接，所述的調制電路的輸出端與諧波分析電路連接;其中，一級處理電路用于將經過A\D轉換電路轉換為數字信號的采樣數據進行量化處理、數字濾波以及限幅處理;諧波分析電路，連接一級處理電路，用于將一級處理電路輸出的限幅信號進行諧波分析，并將諧波與基波分離;調制電路，連接諧波分析電路，用于以脈寬調制PWM信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，驅動外部IGBT功率模塊，生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。2.根據權利要求1所述的一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器，其特征在于:在所述的進氣口和出氣口上均安裝有防塵墊(6)。3.根據權利要求2所述的一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器，其特征在于:在所述的進氣口和/或出氣口上安裝有風扇(5)。4.根據權利要求1至3中任意一項所述的一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器，其特征在于:在所述外部殼體(I)內還安裝有電加熱器(7)。5.根據權利要求4所述的一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器，其特征在于:在所述外部殼體(I)內還安裝有溫度傳感器，溫度傳感器連接到自動控制器，自動控制器的輸出信號控制風扇(5)和/或電加熱器(7)的工作狀態。6.根據權利要求1所述的一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器，其特征在于:在所述的FPGA主控芯片內還設置有微處理器，所述的微處理器連接諧波分析電路;其中，微處理器用于進行各電量參數顯示處理以及人機交互控制處理，并與通訊端口和顯示端口相連接。7.根據權利要求1所述的一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器，其特征在于:所述的濾波器本體(8)還包括與A\D轉換電路的輸入端相連接的信號處理電路，由電網所采集的電壓信號和負載電流信號經信號處理電路進行信號放大和整形處理以備傳輸到A\D轉換電路進行高速A\D轉換。8.根據權利要求1所述的一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器，其特征在于:所述的濾波器本體(8)還包括順次連接的驅動電路、逆變電路和濾波電路，所述的驅動電路的輸入端與調制電路連接;其中，由調制電路所產生的PWM調制脈沖通過所述的驅動電路將PffM脈沖放大到外部IGBT功率模塊所需的電平；由驅動電路所輸出的PWM脈沖經過所述的逆變電路調制生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流;利用所述的濾波電路將補償電流中高頻載波電流濾除，使得從濾波電路中注入電網中的補償電流完全為電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流。9.根據權利要求8所述的一種帶有散熱功能的智能電網有源電力濾波器，其特征在于:所述的逆變電路為IGBT逆變電路。
【文檔編號】H02J3/01GK205544280SQ201620241132
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月28日
【發明人】王周蓉
【申請人】成都天進儀器有限公司