电力系统中的电力电子技术

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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，输出波

2、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

3、平方法和多脉冲方法，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y和外功率因数

4、角j。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y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。d=y-j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d对于研究同步电机的功率变化

5、和运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~-50Mvar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ΔＵｓ＝Xs*Ｑｃ／Uref＝0.1*0.5／1＝0.05pu　　

6、该补偿器可以补偿的电压降低为ΔＵｓ＝Xs*Ｑｃ／Uref＝0.1*1／1＝0.1pu（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ΔＵｓ＝Xs*Ｑｃ／Uref＝0.05*0.5／1＝0.025pu该补偿器可以补偿的电压降低为ΔＵｓ＝Xs*Ｑｃ／Uref＝0.05*1／1＝0.05pu四、翻译下面一段文献。（20分）Thepowerelectronicsinterfacesforamicro-turbineorwindturbinegeneratorsystemcanbetwo-stagecon

7、vertersormulti-stageconverters.Fig.5showstheac-dc-acconversionprocessinamicro-turbineorwind-turbinesystemwithtwostageconvertersusingac-dcrectifieranddc-acinverterormulti-stageconversionwithac-dc,dc-dcanddc-acconverters.Atypicaltwo-stagedc-acconversionwithadc-dcboostconverterandadc-ac

8、singlephaseV