2025年注冊(cè)電氣工程師考試試卷電力系統(tǒng)電力電子技術(shù)專項(xiàng)沖刺押題考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述電力電子變流器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)，并列舉至少三個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景。二、在電力系統(tǒng)中，什么是諧波？簡(jiǎn)述諧波的產(chǎn)生原因及其對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備可能造成的危害。說明電力電子技術(shù)在其中扮演的角色，并簡(jiǎn)述一種常見的諧波抑制方法及其原理。三、比較晶閘管（SCR）和門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）在開關(guān)特性、控制方式和主要應(yīng)用方面的異同點(diǎn)。四、簡(jiǎn)述電壓源型逆變器（VSI）在輸出電壓控制方面常用的兩種方法（如SPWM、SVPWM）的基本原理，并說明它們各自的特點(diǎn)。五、在柔性直流輸電（VSC-HVDC）系統(tǒng)中，電力電子變流器通常采用二極管中點(diǎn)鉗位（NPC）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)述該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基本工作原理，并分析其可能存在的缺點(diǎn)。六、簡(jiǎn)述基于電力電子變流器的STATCOM（靜止同步補(bǔ)償器）在提高系統(tǒng)功率因數(shù)和無功調(diào)節(jié)方面的工作原理。說明其與傳統(tǒng)的SVC（靜止無功補(bǔ)償器）在原理和控制上的主要區(qū)別。七、在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，電力電子變流器通常用于實(shí)現(xiàn)交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓、頻率的變換和穩(wěn)定。簡(jiǎn)述雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG）所采用電力電子變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其基本工作模式（亞同步、同步、超同步）。八、簡(jiǎn)述在電力系統(tǒng)中應(yīng)用電力電子技術(shù)進(jìn)行電能質(zhì)量綜合治理（如電壓暫降補(bǔ)償）的基本思路，并說明相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)和控制策略。九、電力電子器件（如IGBT）在電力系統(tǒng)應(yīng)用中，過流、過壓、過溫是常見的故障模式。簡(jiǎn)述其中兩種故障的保護(hù)方法，并說明其基本原理。十、結(jié)合電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，論述電力電子技術(shù)（如HVDC輸電系統(tǒng)、柔性交流輸電系統(tǒng)FACTS）在提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和阻尼功率振蕩方面的作用機(jī)制。試卷答案一、電力電子變流器在電力系統(tǒng)中的主要優(yōu)勢(shì)包括：功率密度高、轉(zhuǎn)換效率高、控制靈活、響應(yīng)速度快。典型應(yīng)用場(chǎng)景：①柔性直流輸電（HVDC）；②新能源發(fā)電（風(fēng)電、光伏）并網(wǎng)；③電力系統(tǒng)電能質(zhì)量控制（如SVG、APF）；④大功率電機(jī)軟啟動(dòng)與變頻調(diào)速；⑤動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。二、諧波是頻率為基波頻率整數(shù)倍的正弦電壓或電流分量。產(chǎn)生原因：非線性負(fù)載（如電力電子變流器、整流設(shè)備）將正弦電壓轉(zhuǎn)換為非正弦電壓時(shí)產(chǎn)生。危害：引起設(shè)備發(fā)熱、損耗增加、效率降低；產(chǎn)生附加損耗和振動(dòng)；干擾通信系統(tǒng)；使電表計(jì)量不準(zhǔn)；可能引發(fā)繼電保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。電力電子技術(shù)在其中扮演的角色：是主要的諧波源，同時(shí)也提供諧波抑制的解決方案。常見的諧波抑制方法：①無源濾波器（LCL或LC型濾波器），通過諧波阻抗將諧波電流分流到地或中性線；②有源濾波器（APF），通過產(chǎn)生與諧波電流相反的電流注入電網(wǎng)，進(jìn)行主動(dòng)補(bǔ)償。三、相同點(diǎn)：均為半控型電力電子器件，導(dǎo)通條件是陽(yáng)極正偏，關(guān)斷條件是陽(yáng)極反偏或電流小于維持電流。不同點(diǎn)：①開關(guān)特性：SCR可控關(guān)斷，GTO可控關(guān)斷和可控導(dǎo)通（需要門極負(fù)脈沖維持關(guān)斷）。②控制方式：SCR通常由門極觸發(fā)導(dǎo)通，依賴陽(yáng)極電流維持導(dǎo)通；GTO除門極觸發(fā)導(dǎo)通外，還需門極負(fù)脈沖才能關(guān)斷。③主要應(yīng)用：SCR用于交流或直流線路的開關(guān)控制，如可控整流、交流調(diào)壓；GTO用于需要快速開關(guān)和雙向控制或需要強(qiáng)制關(guān)斷的場(chǎng)合，如逆變器、變頻器、HVDC。四、電壓源型逆變器（VSI）輸出電壓控制方法：①SPWM（正弦脈寬調(diào)制）原理：將正弦參考電壓與三角載波進(jìn)行比較，生成一系列寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖，用于控制逆變橋中開關(guān)器件的通斷，從而在輸出端得到近似的正弦電壓波形。特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)輸出電壓和頻率的獨(dú)立控制；輸出諧波含量相對(duì)較低（尤其在中高調(diào)制比下）；控制相對(duì)簡(jiǎn)單。②SVPWM（空間矢量脈寬調(diào)制）原理：基于三相逆變器工作在電壓空間矢量狀態(tài)的概念，通過控制逆變器輸出電壓空間矢量的“零矢量”和“有效矢量”的切換順序和持續(xù)時(shí)間，合成所需的直流電壓和輸出電壓波形。特點(diǎn)：開關(guān)狀態(tài)利用率高；輸出電壓波形和磁鏈軌跡更接近理想狀態(tài)；諧波特性優(yōu)于SPWM；需要更復(fù)雜的計(jì)算。五、二極管中點(diǎn)鉗位（NPC）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理：該結(jié)構(gòu)利用兩個(gè)二極管串聯(lián)連接在輸出中點(diǎn)與直流母線負(fù)極之間。當(dāng)上下橋臂開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)，電流通過負(fù)載和兩個(gè)串聯(lián)二極管形成回路；當(dāng)某橋臂開關(guān)器件關(guān)斷時(shí)，若該橋臂原為導(dǎo)通狀態(tài)，則電流通過負(fù)載、對(duì)側(cè)開關(guān)器件、反向串聯(lián)的二極管形成續(xù)流回路，輸出電壓被鉗位在接近直流母線電壓的中點(diǎn)電位。缺點(diǎn)：①中點(diǎn)電位不平衡問題：由于負(fù)載不對(duì)稱或直流電壓波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致中點(diǎn)電位偏離零電位，可能影響輸出電壓波形和器件應(yīng)力；②開關(guān)器件應(yīng)力：上下橋臂之間有潛在的共導(dǎo)問題（同時(shí)導(dǎo)通），可能需要加入死區(qū)時(shí)間，影響響應(yīng)速度；③損耗：二極管導(dǎo)通壓降和恢復(fù)特性可能帶來額外損耗。六、STATCOM工作原理：STATCOM本質(zhì)上是一個(gè)可控的電壓源型逆變器，通過快速調(diào)節(jié)其輸出電壓的幅值和相位，或直接調(diào)節(jié)輸出電流，來向電網(wǎng)提供或吸收無功功率，從而提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。其與SVC的主要區(qū)別：①器件類型：STATCOM主要采用自關(guān)斷電力電子器件（如IGBT），可實(shí)現(xiàn)快速、雙向的電壓或電流控制；SVC主要采用晶閘管（如TCR）和電容器（或電抗器），TCR的控制相對(duì)較慢，通常只能提供單向無功。②控制方式：STATCOM可以實(shí)現(xiàn)更快速、更平滑的無功調(diào)節(jié)和正負(fù)序電流的解耦控制；SVC的調(diào)節(jié)速度受晶閘管導(dǎo)通和關(guān)斷特性的限制，且通常難以實(shí)現(xiàn)完全的序電流解耦。③性能：STATCOM的響應(yīng)速度快、諧波含量低、控制范圍寬、且可實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。七、風(fēng)電系統(tǒng)中電力電子變換器拓?fù)浼肮ぷ髂Ｊ剑和ǔ２捎帽晨勘车碾妷涸葱湍孀兤鹘Y(jié)構(gòu)?；竟ぷ髂Ｊ剑孩賮喭侥Ｊ剑喊l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速，變換器工作在整流狀態(tài)，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈引入直流環(huán)節(jié)，同時(shí)向電網(wǎng)輸送有功功率并吸收無功功率，維持直流電壓穩(wěn)定。②同步模式：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，變換器工作在整流或逆變狀態(tài)，主要調(diào)節(jié)無功功率，維持發(fā)電機(jī)端電壓穩(wěn)定，并向電網(wǎng)輸送或吸收無功，同時(shí)傳遞少量有功功率。③超同步模式：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，變換器工作在逆變狀態(tài)，將直流環(huán)節(jié)能量回饋給發(fā)電機(jī)，同時(shí)向電網(wǎng)輸送有功功率并吸收無功功率。八、電能質(zhì)量綜合治理思路：利用電力電子變流器作為主動(dòng)補(bǔ)償裝置，精確生成所需的高質(zhì)量電能（電壓、電流波形），注入電網(wǎng)，以補(bǔ)償或抵消電網(wǎng)中存在的電能質(zhì)量問題。關(guān)鍵技術(shù)：①電壓暫降/暫升補(bǔ)償：采用電壓源型逆變器，實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載端電壓變化，并快速生成補(bǔ)償電壓注入負(fù)載端，維持電壓穩(wěn)定。②諧波抑制：采用有源電力濾波器（APF），檢測(cè)負(fù)載電流中的諧波分量，并產(chǎn)生反向諧波電流注入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)諧波電流的零和補(bǔ)償?？刂撇呗裕和ǔ２捎没谒矔r(shí)無功功率理論或諧波檢測(cè)算法的電流控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)補(bǔ)償電流（電壓）的精確控制。九、電力電子器件保護(hù)方法：①過流保護(hù)：①限流保護(hù)：在電路中串入限流電阻或在檢測(cè)到過流時(shí)快速斷開主回路（如使用快速熔斷器或斷路器），防止器件電流超過額定值。②限壓保護(hù)：通過鉗位電路（如壓敏電阻、TVS管）限制器件承受的電壓不超過安全值。原理：通過物理隔離或能量吸收/轉(zhuǎn)移，將過流或過壓限制在器件安全承受范圍內(nèi)。②過壓保護(hù)：①鉗位電路：使用齊納二極管、瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）等器件將電壓鉗位在安全范圍內(nèi)。②緩沖電路：在器件門極和驅(qū)動(dòng)電路之間加入緩沖電路，提高驅(qū)動(dòng)能力，并能在電壓異常時(shí)快速關(guān)斷器件。原理：吸收或鉗位過電壓，防止電壓超過器件擊穿閾值。十、電力電子技術(shù)提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用機(jī)制：①HVDC輸電系統(tǒng)：通過直流線路傳輸功率，可以解耦交流系統(tǒng)間的有功和無功功率，減少交流系統(tǒng)故障時(shí)的功率擺蕩；快速功率調(diào)節(jié)