黑龙江省专业技人员继续教育电气工程专业作业.doc

2014年黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训电气工程专业作业 1、不控整流与可控整流的主要区别是什么？ 答：一、 不可控整流方案 在直接驱动型风力发电系统中，由于发电机出口电压的幅值和频率总在变化， 需要先通过整流电路将该交流信号变换成直流电，然后再经过逆变器变换为恒频恒 压的交流电连接到电网。但是在整流过程中，由于电力电子器件的作用使得发电机 侧功率因数变低并且电流谐波增大，给发电机正常运行带来了不利影响。然而，由于该种方案结构简单，可靠性高，成本低廉；同时，不可控整流模块的功率等级可以做到很大，技术瓶颈较小，因此在实际中仍得到了较为广泛的应用。 该系统前端采用不可控整流桥整流为直流，将风力发电机发出的变压变频的交流电转化为直流电，最后经过变流器环节将电流送人电网。该系统具有工作稳定，控制简单，成本低廉等优点，适合于中小功率场合。 二、PWM整流方案 采用PWM整流方案可以实现稳定的直流电压输出，且输人側的电流波形良 好，功率因数可调，具备宝贵的四象限运行能力。然而其结构和控制方法较为复杂，成本较髙。但是随着电力电子技术特别是开关器件制造技术的发展，PWM整流器的成本问题已经有所缓和，应用场合越来越广泛，已经成为了未来变流技术的一种趋势。 2、降压斩波电路与升压斩波电路有何不同？降压斩波电路可以用于可再生能源系统中吗？说明其原因。 答：降压斩波电路与升压斩波电路差别在于DC/DC输出的电压是降低还是升高。 Boost斩波器是常用的DC/DC升压斩波器，其拓扑如图3-1所示。 图3-1中，表示输入电压，表示输出电压，为负载。采用不同的占空比控制开关S，便可以控制输出电压。 图3-1 Boost电路拓扑 斩波技术实现的是直流到直流的变换，直接驱动型风力发电系统中，采用不可控整流方案的场合很多，此时发电机（通常采用永磁发电机）发出的三相电通过三相不可控整流桥整流后，再进行逆变然后并网发电。但由于同步发电机在低风速时输出电压较低，无法将能量回馈至电网，因此实用的电路往往在直流侧加人一个Boost升压电路，在低速时，由升压电路先将整流器输出的直流电压提升。采用此电路可使风力发电机组运行在非常宽的调速范围。Boost电路是风力发电系统中主要用到的斩波技术，其具有输人电流连续、拓扑结构简单、效率高等特点。因此，降压斩波电路不可以用于可再生能源系统中。 3、分析多脉波整流电路抑制谐波的原理。 答：多脉波不可控整流方案 图2-1不可控整流器与逆变器的直驱型系统结构 不可控整流方案的缺点在于交流側谐波含量大，降低了系统的效率，给系统带来了不良影响。多脉波不可控整流技术可以显著降低交流侧的电流谐波，降低直流側的电压脉动，已经在电源、变频器等多种场合得到了广泛应用。 多脉波整流的输人为多组三相电，以12脉波整流器为例，需要两组三相电，两组三相电的相位之间错开。实际应用中，风力发电机常采用多相发电机。 采用Matlab搭建如图2-2所示的仿真模型中，6相发电机采用两组三相电压源串联阻感支路来模拟，且两组电压源的同相之间相差；12脉波整流中，两组三相不可控整流桥的输入分别为6相发电机的两组三相电压，最终的整流输出再由两组三相不可控整流桥的输出叠加而成，如图2-3所示。 图2-2 6相发电机内部等效框图 图2-3发电机侧整流及Boost仿真框图 图2-2中，各电压源的幅值设为250V，频率设置为10Hz，串联的各电阻为，仿真结果如图2-4和图2-5所示。 图2-4为模拟的6相发电机的输出的相电压波形，其中、、分别互差，为图2-2中第一组三相电的三个输出；、、亦分别互差，为图2-2中第二组三相电的三个输出，且两组三相电相差30%。图2-5为整流仿真结果，不可控整流桥1的输出和不可控整流桥2的输出均为6脉波，且由于两者互差，因此波峰、波谷互相抵消，合成后的电压变为12脉波，且波动幅值大大降低。由仿真结果可以看出，整流模块工作正常良好。 图2-4 6相发电机的相电压 图2-5 不可控整流及12脉波整流器输出波形 4、为什么对并网逆变器采用电流控制？ 答：直接电流控制配合电网电压前馈的并网逆变器电流控制 方法，电流控制框图如图4-8所示。 图4-8电流控制框图 图4-8中，有功电流和无功电流的给定值由当前的风速和最大功率跟踪算 法计算得出。以有功电流的控制框图为例，根据采集的并网电流进行Park变换， 得到此时的并网电流的g轴分量和d轴分量。有功电流实际值与有功电流给定值作差后通过PI环节，再与此时的电网电压的g轴分量相加后作为g轴电压参考 值。无功电流的控制框图与有功电流控制框图相似，最后1轴电压参考值d轴电压参考值经Park反变换后作为PWM逆变器的参考电压。 图4-8电流控制框图的工