電力電子 復(fù)習 研究生 試題.doc

1、一個220KV變電站，其電網(wǎng)的5次、7次，11次諧波電流超標，試設(shè)計一個混合型有源濾波器，說明其原理，并給出有源部分的控制方案。答案：由于5次、7次、11次諧波電流超過國標，因此設(shè)計如下混合型有源濾波器：無源部分包括5次和7次單調(diào)諧支路，還有注入支路。有源部分包括上下位機，二極管整流橋和整流變壓器，IGBT構(gòu)成的逆變橋，輸出濾波器和耦合變壓器構(gòu)成。注入式混合型有源濾波器的原理圖如下：濾波原理：無源支路5次和7次用于濾除部分電網(wǎng)5次和7次諧波電流。APF產(chǎn)生與電網(wǎng)諧波電流相位相反的電流，通過注入支路注入到電網(wǎng)以抵消電網(wǎng)諧波電流，從而達到濾除諧波的效果。有源部分的控制方案：采用上位機和下位機方式對APF進行控制。上位機采用工業(yè)控制計算機，下位機采用DSP，上位機通過AD采樣采集電網(wǎng)諧波電流值，通過分析控制后輸送到下位機DSP，DSP發(fā)出PWM波給逆變器的IGBT的觸發(fā)板。進而控制IGBT觸發(fā)輸出所需要的諧波電流注入到電網(wǎng)濾除諧波電流。混合型有源濾波器原理圖 控制電路框圖以降低裝置有源部分基波分壓，減少有源部分容量為目的的并聯(lián)混合型有源濾波器，由于有效克服了開關(guān)器件容量和成本等方面的限制，能夠很好地滿足高壓大功率系統(tǒng)諧波治理和無功補償?shù)囊?，同時兼顧了無源濾波器和有源濾波器兩者的長處，具有較高的性價比，正日益成為目前工程應(yīng)用中主要采用的形式。該類混合型有源濾波器主要有以下三種典型的拓撲結(jié)構(gòu)： 有源電力濾波器通過耦合變壓器與無源濾波器串聯(lián)之后再并聯(lián)接入電網(wǎng)50（Shunt Hybrid Active Power Filter），本文中簡稱SHAPF，如圖2.1所示。圖2.1 SHAPF結(jié)構(gòu)示意圖 諧振阻抗型混合有源濾波器41（Resonant Impedance Type Hybrid Active Filter），本文中簡稱RITHAF，如圖2.2所示。此類HAPF以多組單調(diào)諧濾波器和一組二階高通濾波器組成的無源濾波器PF作為其無源部分，有源部分通過耦合變壓器與基波串聯(lián)諧振電路并聯(lián)，再與無源部分串聯(lián)之后并聯(lián)接入電網(wǎng)。圖2.2 RITHAF結(jié)構(gòu)示意圖 單獨串聯(lián)諧振注入式有源電力濾波器51(Active Power Filter with Single Injection Circuit)，本文中簡稱APFSIC，如圖2.3所示。此類結(jié)構(gòu)中注入支路下面的電容C21和電感L1構(gòu)成基波諧振電路，上面的注入電容C22通過合理取值，在進行一定容量無功補償?shù)耐瑫r還可確保有源濾波器輸出的補償諧波絕大部分都能夠注入到電網(wǎng)。 圖2.3 APFSIC結(jié)構(gòu)示意圖1、試采用IGBT模塊和DSP等設(shè)計一臺100kVar配電靜止無功發(fā)生器（DSTACOM），給出其硬件結(jié)構(gòu)（含主電路，檢測電路和控制電路）和軟件模塊的基本構(gòu)成，并描述系統(tǒng)的工作原理。（25分）答：工作原理: 整個裝置主要由主電路、控制電路、驅(qū)動電路和緩沖電路（圖中未畫出）組成。主電路采用了基于VSI（Voltage Source Inverter）-SPWM的拓撲結(jié)構(gòu)形式，功率開關(guān)器件采用具有自關(guān)斷能力的開關(guān)器件IGBT，IGBT的驅(qū)動電路和緩沖電路分別采用第5章中詳細探討過的基于2SD315A的智能集成驅(qū)動電路和RCD型緩沖電路。D-STATCOM主電路直流側(cè)采用了電容器作為儲能元件和電壓支撐元件。D-STATCOM逆變器經(jīng)連接電抗器直接并網(wǎng)。D-STATCOM主控系統(tǒng)為基于DSP的數(shù)字控制系統(tǒng)，主要的功能模塊有補償電流檢測模塊、控制模塊和觸發(fā)脈沖形成模塊?？刂葡到y(tǒng)的主要功能就是根據(jù)D-STATCOM具體的補償目的，比如補償電壓、補償負荷，采用相應(yīng)的控制策略發(fā)出滿足補償要求的主電路功率開關(guān)器件IGBT的觸發(fā)脈沖。信號調(diào)理電路由模擬、數(shù)字電子電路構(gòu)成，完成電壓和電流信號的放大、濾波等功能。信號調(diào)理電路在具體實施時，同時集成在DSP控制板上。工業(yè)控制計算機主要用來實現(xiàn)對D-STATCOM系統(tǒng)電氣參量的監(jiān)視，實現(xiàn)電氣參量能實時的、直觀的顯示出來，工業(yè)控制計算機還具有數(shù)據(jù)存儲等功能?？刂葡到y(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu):控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖：2、有一臺大功率12脈波整流設(shè)備，諧波含量超標，試設(shè)計一臺有源電力濾波器進行諧波治理，給出原理框圖，軟件流程圖，并說明工作原理。（25分）答：（1）系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) （2）控制系統(tǒng) 此系統(tǒng)主要包括以DSP為核心的控制器和以工控機為主的監(jiān)控系統(tǒng)，其原理框圖如下所示： 控制和監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖控制器主要完成數(shù)據(jù)采集，算法處理，PWM信號生成，保護信號等功能，同時通過串口和上位機進行通訊。上位機主要對諧波數(shù)據(jù)進行監(jiān)視，了解電網(wǎng)的運行情況，并及時分析諧波可能對電網(wǎng)造成的故障和危害，這對于保護電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行起著十分重要的作用。下圖為控制器的結(jié)構(gòu)框圖：過零中斷流程圖 A/D采樣中斷流程圖 控制中斷服務(wù)子程序流程圖 PWM發(fā)波流程圖控制器擬以DSP2407為核心，包括采樣模塊，硬件倍頻模塊，PWM