在大功率电力电子器件应用中，蓝冠IGBT已取代GTR或MOsF龃成为主流。心盯的优点在予输入阻抗高、开关损耗小、饱和压降低、通断速度快、热稳定性能好、耐高压且承受大电流、驱动电路简单。目前，由妇BT单元构成的功率模块在智能化方面得到了迅速发展，智能功率模块(IPM)不仅包括基本组合单元和驱动电路，还具有保护和报警功能。IPM以其完善的功能和高可靠性创造了很好的应用条件，利用IPM的控制功能，与微处理器相结合，可方便地构成智能功率控制系统。IGBT一IPM模块适用变频器、直流调速系统、DC—DC变换器以及有源电力滤波器等，蓝冠平台官网其中富士R系列IGBT一IPM是应用较广泛的产品之一。 2 IGBll_IPM的结构 IPMⅡ模块有6单元或7单元结构，用陶瓷基板作绝缘构造，基板可直接安装在散热器上，控制输入端为2.54 m标准单排封装，可用一个通用连接器直接与印刷电路板相连。主电源输入(P，N)、制动输出(B)及输出端(u，v，w)分别就近配置，主配线方便;主端子用M5螺钉，可实现电流传输。 IPM的结构框图如图l所示，其基本结构为IGBT单元组成的三相桥臂;内含续流二极管、制动用IG明和制动用续流二极管;内置驱动电路、保护电路和报警输出电路。IPM共有6个主回路端(P，N，B，u，v，w)、16个控制端，其中vccu、vccv、vccw分别为u、v、w相上桥臂控制电源输入的+端，GNDU、GNDV、GNDW分别为对应的一端;Vinu、vinV、vinW分别为上桥臂u、v、w相控制信号输入端，vcc、GND为下桥臂公用控制电源输入;vinX、vinY、vinZ分别为下桥臂x、Y、z相控制信号输入端;vinDB为制动单元控制信号输入端;ALM为保护电路动作时的报警信号输出端。 图1 IPM结构框图 R系列IGBT—IPM产品包括：中容量600v系列50A～150A、1200v系列25A～75A;大容量600v系列200A～300A、1200v系列100A一150A。共计20多个品种。 3功能特点 3.1 IGBT驱动功能 全部IGBT的驱动功能为内置。采用软开关控制，分别使用单独门极电阻，根据驱动元件的特性，可独立地控制各自的开关山/dl。单电源驱动无需反偏电源，共需4组独立驱动电源，上桥臂侧3组独立，下桥臂侧1组公用。由于设计为低阻抗接地方式，可防止因噪声而产生的误导通。 3.2过电流保护功能 通过检测IGBT集电极电流进行过电流保护，如集电极电流超过容许值6—8 ps，则软关断IGBT，由于有6—8ps的保护动作延时，瞬间过电流及噪声不会导致误动作。同时还具有防止误动作闭锁功能，在保护动作闭锁期间，即使有控制信号输入，IGBT也不工作。 3.3短路保护功能 过电流保护动作时，短路保护将联动，能抑制因负载短路及桥臂短路的峰值电流。短路保护及过电流保护实际上均是对IGBT的集点极电流进行检测，无论哪个IGBT发生异常都可保护，由于电流检测内置，故无需另加检测元件。 3.4控制电源欠电压保护 当控制电源电压Vcc下降到容许的下限值时，如果输入信号为ON，则IGBT软关断，输出警报。欠压保护采用滞环控制方式，即当Vcc恢复至上限值时，如输入信号为OFF，则解除报警。 3.5管壳及关芯温度过热保护 从用与IGBT、续流二极管管芯装在同一陶瓷基板上的测温元件检测基板温度，同时采用与IGBT管芯在一起的测温元件检测IGBT管芯温度。当检测出的温度超越保护温度值并持续1ms后，过热保护动作，IGBT 被软关断，在2ms的闭锁期间停止工作。 306警报输出功能 在下桥臂侧各种保护动作闭锁期间，输出报警信号，如控制输入为ON状态，即使闭锁期已结束，报警输出功能也不复位，等到控制输入变为OFF时，报警复位，保护动作解除。 3.7制动用IGBT及续流二极管 在制动单元中使用的IGBT及续流二极管为内置，外界耗能电阻即可构成制动回路，小号减速时的回馈能量，抑制直流测电压的升高。 4 IGBT一IPM的应用 IGBT一IPM既可以用于单相电路也可用于三相电路，用户只需在主接线端接上电源及负载，并向模块提供控制电源及驱动信号，配线即告完成，电路即可工作。为了提高模块的整体应用性能，且便于连接微处理器.驱动信号一般由光耦外围电路产生。 4.1外围驱动电路 外围驱动电路主要是使控制输入信号通过光电耦合器传送，设计时可选择HcPI一1505、HC-PL_4506、TLP一759、TLP559等型号的光电耦合器，并使光耦与IPM控制端子间的布线最短，布线阻抗最小。 以上推荐型号的光电耦合器均为发光二极管驱动方式，dv/dt的耐量小，故采用光耦阴极接限流电阻的驱动电路形式，完整的外围驱动电路如图2所示。

按照国家电网公司2009年发布的 “建设坚强智能电网”规划，我国智能电网建设将包含发电、输电、变电、配电、用电和调度共六个环节，具有信息化、数字化、自动化、互动化的技术特征，到2020年，中国电网的资源配置能力、安全稳定水平，蓝冠网址电网与电源和用户之间的互动性得到显著提高。可见，如何有效搭建用户与电网之间沟通桥梁，提供安全可靠的用电信息采集服务，是实现电网数字化、自动化、互动化的基础，同时也是电力公司增强电网综合服务能力，满足互动营销需求，提升服务水平的必然要求，可以预见用电信息采集系统将在我国智能电网配用电部分建设中起到至关重要的作用。 用电信息采集系统依托光纤、无线和电力线载波等通信技术构筑的网络，通过采集器、集中器、智能表计、用户智能交互终端等设备，在用户和电网公司之间形成网络互动和即时连接，从而实现电力、信息、应用数据的高速传输和远程家电控制等功能。相对其它通信技术，宽带电力线通信技术采用低压电力线作为传输介质，具有线路资源丰富、传输速率高、网络建设成本低等技术优势，有望在未来用电信息采集系统的网络建设中发挥重要的作用。 1 智能电网用电信息采集系统应用现状 近年来，各地供电公司根据各自的应用需求，也陆续开展了智能电网用电信息采集系统的试点建设，在负荷预测分析、电费结算、需求侧管理、线损统计分析、反窃电分析及供电质量管理等业务中取得了一定的效果。然而，调研和分析结果表明：这些仅仅作为试点建设的智能电网用电信息采集系统规模小、分散孤立，总体采集覆盖率低，只占到电网公司经营区域内电力用户总数的不到5%，离上述的总体目标还相差甚远，无法满足公司系统各层面、蓝冠客服各专业准确掌控电力用户信息的需求。 究其原因，已经试点建设的智能电网用电信息采集系统之所以没有进行大规模的推广应用，除了受系统规划、标准建立、运行管理及资金投入等各方面因素制约以外，更重要的因素是电表数据采集系统的通信方式不能满足现实的需求。 目前，国内现有的电力用户抄表系统在从电表或采集终端到抄表集中器的本地通信方式上，大都采取的是485布线、窄带低频电力线载波或无线的通信方式。这些抄表系统或者是施工量太大，不方便大范围实施(如485布线);或者是受电力线负载特性的影响较大，而造成通信信道的不稳定不可靠(如窄带低频电力线载波)。而它们的共同弱点都是带宽过窄、速率过低、实时性差、不能实现双向快速通信等，因此已建系统的实用化程度低，无法满足供电公司建设用电信息一体化采集平台的需求，更不能满足用电预付费、断复电和防窃电等更高层面上的管理需求。因此，大多数供电公司没有把握进行大范围的推广应用，现在仍以现场人工抄表为主。 因此，供电公司要打造适合于各层面、各专业共享的用电信息一体化采集平台，能够满足线损的统计与计算、供电用户用电负荷曲线分析和异常用电情况查询，实现对电力用户的远程通断电控制和预付费管理等更高的管理需求，就必须升级智能电网用电信息采集系统的通信方式，以确保系统的数据通信是实时的、快速的、可靠的、稳定的。而如同其它工商业用户信息与控制网络一样，网络宽带化将是是智能电网用电信息采集系统发展的必然方向。 2 电力线宽带通信的技术特点 电力线宽带通信(Broadband Power Line Communication，简称BPLC)技术，是以太网技术发展的分支。它采用先进的OFDM通信编码技术，利用覆盖范围最为广泛的电力线作为高速数据通信的载体，可以免布线、低成本地实现用户的数据终端接入宽带通信网络，适应了现代节约型社会的建设需求。国内宽带PLC的应用起始于1999年原国家电力公司的科技项目，并在2001年由原国电通信中心组织开始采用BPLC产品，在北京居民区进行电力线上网试验，随后在北京正式开展电力线上网商业化试运营，在上海、南京、深圳等各地大中城市，也都相继出现了推广电力线上网的企业，使得全国的电力线上网用户达到了近十万户。 国家电网公司“电力用户智能电网用电信息采集系统建设领导小组”颁布的建设模式及技术方案研究报告中，将电力线宽带载波技术列为居民用户用电信息采集本地通信的主要通信方式之一，指出“宽带通信占用频带宽，数据传输速率高，数据容量大，双向传输，无需另外铺设通信线路，安装方便、可以方便地将电力通信网络延伸到低压用户侧，实现对用户电表的数据采集和控制”，认为“相对窄带载波通信，宽带载波安全性更好，通信可靠性更高，这种模式适合用户电表集中的城市台区，能够通过网络实现预付费功能。” 国家电网公司对该技术的科学评价，将极大地推动基于电力线宽带通信技术的电力用户智能电网用电信息采集系统的大规模推广应用。 电力线宽带通信技术充分利用现有的配电网络线路，无需布线，可以较大程度上节省网络建设投资，符合我国建设节约型社会的宗旨，也是低成本实现用户终端宽带网络化重要手段之一。因为传统的以太网建设需要敷设大量的光纤和双绞线，安装大量的网络交换设备。尽管光纤和双绞线可靠性高，但施工量太大，而且安装技术要求高，造成初装成本高，目前尚不适宜于电力用户计量终端网络的建设。电力线宽带通信以电力线为载体，覆盖范围广、无需布线、建设投资小，而且终端连接方便，接入电源就等于接入网络。因此，利用供电公司380V/220V低压供电网络，完全可以建立起从局端直达每个低压用户的端到端的宽带通信网络，既可以为供电公司远程用电管理的各种应用提供统一的宽带通信平台，又可以为其它基于互联网的社区、楼宇与家庭的诸多应用提供经济实惠的宽带传输手段。 3 电力线宽带通信在抄表领域与其它通信方式的比较 3.1 抄表领域的主要通信方式 在抄表领域，本地通信信道的主要方式包括RS-485总线、窄带电力线载波、宽带电力线载波和短距离无线等。 (1)RS-485总线。RS-485是一种双向、半双工通信的工业总线标准，允许多个驱动器和接收器挂接在总线上，数据信号采用差分传输方式，具有较高共模范围(-7V至+12V)。其优势在于资源消耗小，易于实现，成本低廉，信号传输可靠性高，因此得到了广泛的应用。但每条RS-485总线上的终端数量有限，多台设备共存时需要分级转发，因此系统安装调试复杂;因终端共用总线，任何一个节点故障都会导致总线无法通信，因此故障排查工作量大;RS-485总线的实现需要敷设专用线路，施工量大，容易遭受外部电磁干扰和人为破坏。 (2)窄带载波通信方式。低压窄带载波通信技术是指载波信号频率范围≤500kHz的低压电力线载波通信，数据传输速率较低。采用这种通信方式时无需另外铺设通信线路，安装方便、可以方便地将电力通信网络延伸到低压用户侧，实现对用户电表的数据采集和控制，适应性好。因为电力线信道具有信号衰减大、噪声源多且干扰强、受负载特性影响大特性，从而降低了低压窄带载波通信的可靠性，使其推广应用遭遇一些技术障碍，需要在应用时采用软、硬件技术结合完成组网优化。因此低压窄带载波通信方式适用于电能表安装位置分散、布线困难、用电负载特性变化较小的台区，例如城乡公变台区供电区域、别墅区等。 (3)电力线宽带通信方式。低压电力线宽带通信技术指载波信号频率范围>1MHz的低压电力线载波通信。低压电力线宽带通信占用频带宽，数据传输速率高，数据容量大，双向传输，无需另外铺设通信线路，安装方便、可以方便地将电力通信网络延伸到低压用户侧，实现对用户电表的数据采集和控制，适应性好。因其采用较高频率的载波信号，在电力线中信号衰减较快，因此在长距离通信中，可通过在适当条件下加装中继方式实现可靠传输。电力线宽带通信所使用的频段在电力线上干扰较少，通信可靠性更高、更稳定，安全性更好，这种模式适合用户电表集中的城市社区，能够通过网络实现预付费功能。 (4)无线通信方式。无线通信的频段是工业科学医疗(ISM)频段微功率，包括433MHz、868MHz(欧洲)、915MHz(美国)和2.4GHz，节点间的通信方式包括点对点、固定中继和自组网等类型。无线通信方式主要包括ZIGBEE、微蜂窝及由这些技术衍生出来的类ZIGBEE等方式。无线通信的优点在于安装简便，无需布线，适应性强。但因其标准不统一，实现方式各异，性能参差不齐。除了距离衰减外，建筑物、天气、空间电磁干扰等外部环境变化都会对无线通信造成影响，因此无线通信方式在抄表领域的应用也必须根据现场环境，采用中继、转发、组网等方式来实现数据的传输，使其推广受到阻碍，更适合于作为其他本地通信方式的补充形式。

随着电力电子技术的飞速发展，电力电子装置非线性特性产生的谐波在电网中产生了大量污染现象。有源滤波器APF(active power filter)在谐波抑制中得到较广的使用。目前，APF中常用的谐波检测算法有瞬时无功功率法、离散傅立叶变换法DFT(discrete fourier transform)l2。 等。但瞬时无功功率法基于三相三线制电路，对于单项电路和三相四线制电路，蓝冠平台官网需要进一步改进。DFT方法可以准确的检测出稳态信号中的任意次谐波信息，但计算量极大，同时，检测结果存在较大的误差和延迟。文献[6，7]从单位功率因数角度出发，推导了可以检测基波有功分量瞬时值的滑动窗积分法。该方法还可用数字电路和模拟电路实现。实际证明，这种滑动窗积分法具有计算简便，动态响应良好的特点。但单位功率因数法使其不具备检测某一次或几次谐波分量的功能。 1 滑动窗积分法 1.1 畸变信号同时含奇、偶次谐波 信号在第一个基波周期采样完毕后，存储器中存人了N 个采样点值，并得到一组a 、b 。被称为旧序列。滑动窗法是指：从第二个基波周期起，将第J( 一0，1，2，3，⋯ ，N一1)次采样后得到新采样值替换旧序列中的第J次采样点，从而将旧序列更新成了一个新的完整序列。而又被作为第J+ 1次采样时的旧序列，依此类推。此时，所表征的信号相位始终与原信号相位保持一致。检测结果无需相位修正。 上述整个计算过程类似于用一个不断滑动的、蓝冠注册长度为一个基波周期(或其整数倍)的窗口将积分计算区域覆盖，窗口的滑动步长为一个采样周期。 1.2 畸变信号仅含奇次谐波 在积分法上加入长度为1/2基波周期的滑动窗，可使检测结果几乎无延迟求得。但此时滑动窗法需改进。首先，将畸变信号长度按1/2基波周期均匀分割，再将分割后的各信号段按奇偶次序分别给予编号“0”或“1”。信号在第1/2基波周期采样完毕后，可得长度为N/2的旧序列{i( ))。从第二个1/2基波周期起，在编号为“1”的信号段中，将J( 一0，1，2，3，，N/2— 1)次采样后得到新采样值取负后作为i( )，替换旧序列中的第 次采样点i( )，在编号为“0”的信号段中，则将第J次采样值直接作为i( )，替换旧序列中的i(j)。这样得到的新序列{ ( )}所表征的信号相位始终与原信号相位保持一致。无需相位修正。而{i(n)}又被作为第 + 1次采样后的旧序列，依此类推。利用式(13)，将旧序列的。 减去4sin(2 7r /N)i(j)/N， 再加新周期序列4sin(2 7ckj/N)i(j)/m，即得新序列中的a 。同理b可得。这相当于用一个不断滑动的、长度为1/2基波周期(或其整数倍)的滑动窗口将积分计算区域覆盖。检测过程的计算量与长度为一个基波周期的滑动窗积分法计算量相当。但此时的滑动窗积分法可在一个窗口长度之后对谐波电流瞬时值进行检测，因此长度为1/2基波周期的滑动积分法比长度为一个基波周期的滑动积分法快速性更佳。若畸变电流仅含有奇次谐波，或偶次谐波畸变率较小时，应将滑动窗定为基波周期一半。 2 实例仿真与结果讨论…

为了解决一般数字电压表自动转换量程、被测电压极性判断、幅度变换、超量程显示及报警信号等智能化问题，采用数字电路芯片，通过数字逻辑控制关系实现电压表使用功能的智能化。阐明了电路设计原理，介绍了电路系统的组成、各部分电路的功能及特点、电路元件的选择、信号处理的过程等内容。通过实物验证，实现了设计功能，并由此设计得到了一台自制数字式智能电压表。 0 引言 在现在市场上广泛使用的一般数字电量测量电表都没有解决量程自动转换问题，测量操作时仍然靠人工拔动开关转换量程，测量电表的智能化设计是一个难点。在现有的智能电表中，智能化功能大多采用单片机控制电路或双向移位寄存器来实现，其缺点是电路系统、量程控制信号的产生比较复杂，调试与制作难度大，可靠性较差等。实际上，蓝冠网址电路系统完全可以用常用数字集成电路组成，通过组合逻辑功能来实现多个量程之间的自动转换等功能。 1 电路系统的方框结构 电路系统由被测输入电压极性检测与变换电路、电压幅度变换电路、量程自动控制转换信号产生电路、多路模拟开关切换电路、量程控制放大电路、A/D转换电路和显示电路等组成，如图1所示。 图1中各部分电路的功能分别是： (1)电压极性显示信号产生电路：由电压比较器根据被测电压极性产生“+”或“-”极性显示信号。 (2)电压通道选择与极性转换电路：有2个通道，对于正极性电压由通道1通过，若为负极性电压由通道2通过，再变换为正极性后输出。 (3)量程自动控制信号产生电路：根据被测电压的高低确定各段的测量范围(量程)，产生量程自动转换控制信号、超量程显示与报警信号，蓝冠客服并控制各量程小数点的位置。 (4)程控放大器与模拟开关切换电路：在量程自动转换控制信号的作用下选择不同的通道，将某个量程的输入电压放大或衰减一定比例后送入A/D转换器。 (5)A/D转换电路：将模拟电压信号转换为数字信号。 (6)译码与显示电路：将数字信号译码后，由数码管显示出测量结果。 2 电路原理图简介 根据图1构建的数字式智能电压表电路原理如图2所示。图中主要元器件的作用如下： U2(SGM522)为二通道模拟开关IC，实现正、负极性的被测电压分通道传输，以便对负极性信号实施反相处理; U3(C4066)为四通道模拟开关IC，在量程自动控制信号的作用下，实现让不同量程的电压分通道传输，以便配合U1-3/4电压进行幅度变换; U4(LM339)、U5(74LS05)、U6与U7(74LS21)组成自动量程控制信号产生电路。其中，U4为四比较器IC，用于确定各量程的测量范围，U5为四反相器，对高或低电平实施反相变换，U6、U7均为四输入双与门IC，通过逻辑运算获得自动量程控制信号; U8(C14433)为双积分式A/D转换器(又称双斜式A/D转换器)，转换输出结果与输入信号的平均值成正比，对叠加在输入信号上的交流干扰有良好的抑制作用，具有零漂补偿的3位半(BCD码)单片双积分式A/D转换功能，转换速率为3～10Hz，转换精度为±1LSB，模拟输入电压范围0～±1.999V或0～±199.9mV，输入阻抗大于100MΩ。MC14433转换结果以BCD码形式，分别按千、百、十、个位由Q0～Q3端输出，相应的位选通信号由DS1～DS4提供; U9(MC14511B)为译码集成电路，将BCD码译码成十进制信号，控制数码管的位显示; U10(MC1413)为7路反相缓冲集成电路，用于实现高低电平间的转换，增强对数码显示管的驱动能力。