电力电子 复习 研究生 试题.doc

1、一个220KV变电站，其电网的5次、7次，11次谐波电流超标，试设计一个混合型有源滤波器，说明其原理，并给出有源部分的控制方案。答案：由于5次、7次、11次谐波电流超过国标，因此设计如下混合型有源滤波器：无源部分包括5次和7次单调谐支路，还有注入支路。有源部分包括上下位机，二极管整流桥和整流变压器，IGBT构成的逆变桥，输出滤波器和耦合变压器构成。注入式混合型有源滤波器的原理图如下：滤波原理：无源支路5次和7次用于滤除部分电网5次和7次谐波电流。APF产生与电网谐波电流相位相反的电流，通过注入支路注入到电网以抵消电网谐波电流，从而达到滤除谐波的效果。有源部分的控制方案：采用上位机和下位机方式对APF进行控制。上位机采用工业控制计算机，下位机采用DSP，上位机通过AD采样采集电网谐波电流值，通过分析控制后输送到下位机DSP，DSP发出PWM波给逆变器的IGBT的触发板。进而控制IGBT触发输出所需要的谐波电流注入到电网滤除谐波电流。混合型有源滤波器原理图 控制电路框图以降低装置有源部分基波分压，减少有源部分容量为目的的并联混合型有源滤波器，由于有效克服了开关器件容量和成本等方面的限制，能够很好地满足高压大功率系统谐波治理和无功补偿的要求，同时兼顾了无源滤波器和有源滤波器两者的长处，具有较高的性价比，正日益成为目前工程应用中主要采用的形式。该类混合型有源滤波器主要有以下三种典型的拓扑结构： 有源电力滤波器通过耦合变压器与无源滤波器串联之后再并联接入电网50（Shunt Hybrid Active Power Filter），本文中简称SHAPF，如图2.1所示。图2.1 SHAPF结构示意图 谐振阻抗型混合有源滤波器41（Resonant Impedance Type Hybrid Active Filter），本文中简称RITHAF，如图2.2所示。此类HAPF以多组单调谐滤波器和一组二阶高通滤波器组成的无源滤波器PF作为其无源部分，有源部分通过耦合变压器与基波串联谐振电路并联，再与无源部分串联之后并联接入电网。图2.2 RITHAF结构示意图 单独串联谐振注入式有源电力滤波器51(Active Power Filter with Single Injection Circuit)，本文中简称APFSIC，如图2.3所示。此类结构中注入支路下面的电容C21和电感L1构成基波谐振电路，上面的注入电容C22通过合理取值，在进行一定容量无功补偿的同时还可确保有源滤波器输出的补偿谐波绝大部分都能够注入到电网。 图2.3 APFSIC结构示意图1、试采用IGBT模块和DSP等设计一台100kVar配电静止无功发生器（DSTACOM），给出其硬件结构（含主电路，检测电路和控制电路）和软件模块的基本构成，并描述系统的工作原理。（25分）答：工作原理: 整个装置主要由主电路、控制电路、驱动电路和缓冲电路（图中未画出）组成。主电路采用了基于VSI（Voltage Source Inverter）-SPWM的拓扑结构形式，功率开关器件采用具有自关断能力的开关器件IGBT，IGBT的驱动电路和缓冲电路分别采用第5章中详细探讨过的基于2SD315A的智能集成驱动电路和RCD型缓冲电路。D-STATCOM主电路直流侧采用了电容器作为储能元件和电压支撑元件。D-STATCOM逆变器经连接电抗器直接并网。D-STATCOM主控系统为基于DSP的数字控制系统，主要的功能模块有补偿电流检测模块、控制模块和触发脉冲形成模块。控制系统的主要功能就是根据D-STATCOM具体的补偿目的，比如补偿电压、补偿负荷，采用相应的控制策略发出满足补偿要求的主电路功率开关器件IGBT的触发脉冲。信号调理电路由模拟、数字电子电路构成，完成电压和电流信号的放大、滤波等功能。信号调理电路在具体实施时，同时集成在DSP控制板上。工业控制计算机主要用来实现对D-STATCOM系统电气参量的监视，实现电气参量能实时的、直观的显示出来，工业控制计算机还具有数据存储等功能。控制系统的硬件结构:控制系统的软件结构图：2、有一台大功率12脉波整流设备，谐波含量超标，试设计一台有源电力滤波器进行谐波治理，给出原理框图，软件流程图，并说明工作原理。（25分）答：（1）系统整体结构 （2）控制系统 此系统主要包括以DSP为核心的控制器和以工控机为主的监控系统，其原理框图如下所示： 控制和监控系统原理框图控制器主要完成数据采集，算法处理，PWM信号生成，保护信号等功能，同时通过串口和上位机进行通讯。上位机主要对谐波数据进行监视，了解电网的运行情况，并及时分析谐波可能对电网造成的故障和危害，这对于保护电网的安全经济运行起着十分重要的作用。下图为控制器的结构框图：过零中断流程图 A/D采样中断流程图 控制中断服务子程序流程图 PWM发波流程图控制器拟以DSP2407为核心，包括采样模块，硬件倍频模块，PWM