1、期末考核试题（2010 2011 学年第 2 学期）课程号： 课序号：0 1 课程名称：电力系统中的电力电子技术 任课教师： 适用专业年级： 电气类 学号： 姓名： 成绩：（本试卷共 2 页）大题 一 二 三 四 五 六 总分成绩一、什么是阶梯波技术，在电力系统中为何多采用阶梯波变流器，举例说明一种实现阶梯波的方法。(20 分)阶梯波技术的根本思路则是利用一系列方波信号的和所组成等阶梯波来逼近正弦波。显然，随着参与合成的方波数量的增加，输出波形所含的阶梯数增加，可以有效地抑制输出波形中的谐波分量。理论上，当阶梯波的阶数趋于无穷时，就可以实现一个理想的正弦输出。由于采用阶梯波技术，随着电平数增加
2、，输出波形愈加逼近正弦波，可以有效地抑制输出波形中的谐波分量。而采用相同原理的阶梯波变流器的输出电压和电流的谐波含量明显降低，器件开关频率低，开关损耗小，而器件两端电压被钳位于一定的电位，无需均压电路，器件所受应力小。利用多个桥的组合来提高装置的等效开关频率，以及利用方波叠加的方式生成阶梯波以逼近正弦波，是目前得到广泛应用的较好的谐波消除方法。大量研究表明，采用低开关频率的阶梯波变流器在同样的谐波水平下，在降低功耗、动态响应和器件利用率等方面均优于常规的采用高开关频率的 SPWM 变流器，因此，采用阶梯波的变流器已被广泛应用于电力系统中。实现阶梯波主要有两种方法，分别是多电平方法和多脉冲方法，
3、在这里我主要介绍多电平方法产生阶梯波的原理。 级联型三电平变流器多电平变流器直流侧具有一系列串联的直流电源，阶梯波是通过对多电平直流电压进行综合生成。在这里我介绍一下级联型三电平变流器如右图所示：级联型三电平变流器的电路由相同的单相桥构成，只需增加串联的级数就可增加装置的容量，而且原则上不存在电平数的限制每个单相桥具有独立的直流电源，并且每个模块中所有器件均被钳位于该直流电压，故不需额外考虑电压均衡问题，单相结构也为三相不平衡控制提供了可能。二、什么是功率因数角，什么是功角？（10 分）对 发 电 机 而 言 ， 存 在 两 个 功 率 因 数 角 ： 内 功 率 因 数 角 和 外 功 率
4、因 数 角 。内功率因数角是指端电压和对应的定子电流之间的相角差，与负载性质有关。电枢磁势 Fa 对主磁势 Ff 的影响结果取决于 Fa 与 F 之间的空间相对位置，这一空间相对位置又与 E0 与 Ia 之间的时间相位角 y密切相关。随着的不同，电枢反应所起的作用（助磁、去磁和交磁）也不尽相同。 内功率因数角与电机参数及负载有关。而外功率因数角是空载电动势和电枢电流之间的夹角，与电机本身参数和负载性质有关。定义为功角。它表示发电机的励磁电势 和端电压 之间相角差。它是时间角也是空间角，负荷电流增大时功角变大，引起端电压下降，适当调节励磁电流来维持端电压稳定。功角 对于研究同步电机的功率变化和运
5、行的稳定性有重要意义。功率因数角功 率 因 数 角 是有 功 功 率 和 视 在 功 率 的 夹 角 。三、一台容量为+100 -50 Mvar 的补偿器，接在短路容量为 1000MVA 的系统母线上，容量基准值为 100MVA，电压基准值为 Uref，以标幺值表示。则（1）该补偿器可以补偿的电压升高为多少？补偿的电压降低为多少？（2）若接在短路容量为 2000MVA 的系统母线上，可以补偿的电压升高和降低各为多少？（20 分）解：（1）短路容量为 1000MVA 时：线路阻抗为 Xs=Uref*Uref/Sc=0.1pu该补偿器可以补偿的电压升高为 Xs* Uref0.1*0.510.05p
6、u该补偿器可以补偿的电压降低为 Xs* Uref0.1*110.1pu（2）短路容量为 2000MVA 时：线路阻抗为 Xs=Uref*Uref/Sc=0.05pu该补偿器可以补偿的电压升高为 Xs* Uref0.05*0.510.025pu该补偿器可以补偿的电压降低为 Xs*Uref0.05*110.05pu四、翻译下面一段文献。 （20分）The power electronics interfaces for a micro-turbine or wind turbine generator system can be two-stage converters or multi-stag
7、e converters. Fig. 5 shows the ac-dc-ac conversion process in a micro-turbine or wind-turbine system with two stage converters using ac-dc rectifier and dc-ac inverter or multi-stage conversion with ac-dc, dc-dc and dc-ac converters. A typical two-stage dc-ac conversion with a dc-dc boost converter
8、and a dc-ac single phase VSI is shown in Fig. 6. It is a popular topology for small wind turbine systems, where the front end ac-dc converter is usually a diode rectifier bridge. A similar topology with three-phase grid interfacing inverter can be used for larger wind turbine systems, where a synchr
9、onous wind turbine generator through a three-phase diode rectifier (with ac-dc, dc-dc and dc-ac multi-stage conversion) can be more cost effective compared to an induction generator with a two-stage ac-dc and dc-ac power electronics interface using PWM rectifier and inverter .微型涡轮机或风力涡轮发电机组的电力电子接口可分
10、为双级变换器和多级变换器。图5所示，是拥有交直整流功能和直交流逆变功能的双级变换器或者是拥有交直整流功能应用在微型涡轮机或风力涡轮发电机系统，直流斩波功能和直交逆变功能的多级变换器的交-直- 交变换过程。如图6所示的是一个典型的拥有直流斩波变换器和交直流单相虚拟交换接口的双级交直流变化。这是一个小型风力涡轮机系统，其中前端的AC - DC转换器是一个很常见的二极管整流桥拓扑结构。一个与三相网络连接逆变器相似的拓扑结构，可用于较大的风力涡轮机系统，其中一个同步风力通过三相二极管整流发电机组（含AC DC -，DC- DC和DC - AC的多级转换） ，与一个有双级AC - DC和DC - AC电源接口和采用PWM整流器和逆变器技术的电子感应发电机相比更经济更有效。五、在光伏发电、风力发电、无功补偿及有源滤波中均广泛采用电压源型逆变器（VSI） ，使用 IGBT、MOSFET 等全控器件，采用 SPWM 技术完成直流到交流的变化。用 Matlab/Simulink 仿真 SPWM 调制，要求 1）输入电压 800V（直流） ，输出电压 220V（交流，50Hz） ；2）输入电压 800V（直流） ，输出电压 200V（交流， 60Hz） 。 （30 分）本题 3 页，本页为第 3 页
