電力系統(tǒng)中的電力電子技術(shù)

1、期末考核試題（2010——2011學(xué)年第2學(xué)期）課程號(hào)：課序號(hào)：0–1課程名稱：電力系統(tǒng)中的電力電子技術(shù)電力系統(tǒng)中的電力電子技術(shù)任課教師：適用專業(yè)年級(jí)：電氣類學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：姓名：姓名：成績：成績：（本試卷共（本試卷共2頁）頁）大題一二三四五六總分成績一、什么是階梯波技術(shù)，在電力系統(tǒng)中為何多采用階梯波變流器，舉例說明一種實(shí)現(xiàn)階梯波的方法一、什么是階梯波技術(shù)，在電力系統(tǒng)中為何多采用階梯波變流器，舉例說明一種實(shí)現(xiàn)階梯波的方法。(20分)階梯波技

2、術(shù)的根本思路則是利用一系列方波信號(hào)的和所組成等階梯波來逼近正弦波。顯然，隨著參與合成的方波數(shù)量的增加，輸出波形所含的階梯數(shù)增加，可以有效地抑制輸出波形中的諧波分量。理論上，當(dāng)階梯波的階數(shù)趨于無窮時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)理想的正弦輸出。由于采用階梯波技術(shù)，隨著電平數(shù)增加，輸出波形愈加逼近正弦波，可以有效地抑制輸出波形中的諧波分量。而采用相同原理的階梯波變流器的輸出電壓和電流的諧波含量明顯降低，器件開關(guān)頻率低，開關(guān)損耗小，而器件兩端電壓被鉗位于一

3、定的電位，無需均壓電路，器件所受應(yīng)力小。利用多個(gè)橋的組合來提高裝置的等效開關(guān)頻率，以及利用方波疊加的方式生成階梯波以逼近正弦波，是目前得到廣泛應(yīng)用的較好的諧波消除方法。大量研究表明，采用低開關(guān)頻率的階梯波變流器在同樣的諧波水平下，在降低功耗、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和器件利用率等方面均優(yōu)于常規(guī)的采用高開關(guān)頻率的SPWM變流器，因此，采用階梯波的變流器已被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。實(shí)現(xiàn)階梯波主要有兩種方法，分別是多電平方法和多脈沖方法，在這里我主要介紹多電平

4、方法產(chǎn)生階梯波的原理。級(jí)聯(lián)型三電平變流器多電平變流器直流側(cè)具有一系列串聯(lián)的直流電源，階梯波是通過對(duì)多電平直流電壓進(jìn)行綜合生成。在這里我介紹一下級(jí)聯(lián)型三電平變流器如右圖所示：級(jí)聯(lián)型三電平變流器的電路由相同的單相橋構(gòu)成，只需增加串聯(lián)的級(jí)數(shù)就可增加裝置的容量，而且原則上不存在電平數(shù)的限制每個(gè)單相橋具有獨(dú)立的直流電源，并且每個(gè)模塊中所有器件均被鉗位于該直流電壓，故不需額外考慮電壓均衡問題，單相結(jié)構(gòu)也為三相不平衡控制提供了可能。二、什么是功率因數(shù)

5、角，什么是功角？（二、什么是功率因數(shù)角，什么是功角？（10分）分）對(duì)發(fā)電機(jī)而言，存在兩個(gè)功率因數(shù)角：內(nèi)功率因數(shù)角?和外功率因數(shù)角?。內(nèi)功率因數(shù)角是指端電壓和對(duì)應(yīng)的定子電流之間的相角差，與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。電樞磁勢Fa對(duì)主磁勢Ff的影響結(jié)果取決于Fa與F之間的空間相對(duì)位置，這一空間相對(duì)位置又與E0與Ia之間的時(shí)間相位角y密切相關(guān)。隨著?的不同，電樞反應(yīng)所起的作用（助磁、去磁和交磁）也不盡相同。內(nèi)功率因微型渦輪機(jī)或風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)組的電力電子接口

6、可分為雙級(jí)變換器和多級(jí)變換器。圖5所示，是擁有交直整流功能和直交流逆變功能的雙級(jí)變換器或者是擁有交直整流功能應(yīng)用在微型渦輪機(jī)或風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，直流斬波功能和直交逆變功能的多級(jí)變換器的交直交變換過程。如圖6所示的是一個(gè)典型的擁有直流斬波變換器和交直流單相虛擬交換接口的雙級(jí)交直流變化。這是一個(gè)小型風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中前端的ACDC轉(zhuǎn)換器是一個(gè)很常見的二極管整流橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。一個(gè)與三相網(wǎng)絡(luò)連接逆變器相似的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可用于較大的風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)

7、，其中一個(gè)同步風(fēng)力通過三相二極管整流發(fā)電機(jī)組（含ACDC，DCDC和DCAC的多級(jí)轉(zhuǎn)換），與一個(gè)有雙級(jí)ACDC和DCAC電源接口和采用PWM整流器和逆變器技術(shù)的電子感應(yīng)發(fā)電機(jī)相比更經(jīng)濟(jì)更有效。五、在光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、無功補(bǔ)償及有源濾波中均廣泛采用電壓源型逆變器（五、在光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、無功補(bǔ)償及有源濾波中均廣泛采用電壓源型逆變器（VSI），使用，使用IGBT、MOSFET等全控器件，采用等全控器件，采用SPWM技術(shù)完成直流到交流的變