2014年专业课程作业二

黑龙江省2014年度专业技术人员继续教育知识更新培训专业课程作业二116、简述Boost斩波器工作原理Boost斩波器是常用的DC/DC升压斩波器，其拓扑如图1-6所示。在图1-6中，inUt表示输入电压，oU表示输出电压，oR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1-6Boost电路拓扑17、给出固定关断时间控制的PFC预调整器模块图和与之对应的工作时序图固定开关时间控制的PFC预调整器模块图图1-7工作时序及相关波形黑龙江省2014年度专业技术人员继续教育知识更新培训专业课程作业二218、结合电路图，说明固定关断时间控制的原理。图1-8固定开关时间控制的PFC预调整器模块图误差放大器（VA)将预调整器输出电压outU的采样与参考电压refU进行比较并且产生一个误差信号cU。cU正比于两者之差，反馈到乘法器的一个人口，并与整流输人电压multU的采样相乘。乘法器的输出口是一个经过整流的正弦波screfU，幅值正比于multU和cU的幅值，它是PWM的正弦参考电压。screfU反馈到比较器的反向输入端，正向输入端接入感应电阻senceR上的电压，此电压正比于M开通时流过开关管M和电感L的电流。当这两个电压相等时，比较器复位PWM锁存器和M，此时M将被关断。因此screfU决定流过M和电感L的峰值电流。因为screfU是整流后的正弦波，电感峰值电流也将成为整流正弦的形状PWM锁存器输出端Q接上升沿触发定时器，在一个预设定的时间offT以后置位PWM锁存器，以此开通M并开始另一个开关周期。如果offT不能使电感电流降为零，系统将工作在CCM。黑龙江省2014年度专业技术人员继续教育知识更新培训专业课程作业二319、给出直接电流控制配合电网电压前馈的并网逆变器电流控制框图，并说明其原理。图1-9直接电流控制配合电网电压前馈的并网逆变器电流控制框图假设实际的并网电流qi、di大于给定值，则两者比较后的偏差为正，PI输出器的输出将不断增大，参考电压的幅值也越来越大，从而导致并网电流增大。该过程将导致并网电流qi、di逐渐接近给定值，PI调节器的输出将保持动态恒定。电网电压经Park变换后的qu、du作为前馈量，可以减弱或消除电网电压波动和电网电压谐波等因素对并网逆变电流的影响。20、简述直接电流控制配合电网电压前馈的并网逆变器电流控制原理。答：假设实际的并网电流qi、di大于给定值，则两者比较后的偏差为正，PI输出器的输出将不断增大，参考电压的幅值也越来越大，从而导致并网电流增大。该过程将导致并网电流qi、di逐渐接近给定值，PI调节器的输出将保持动态恒定。电网电压经Park变换后的qu、du作为前馈量，可以减弱或消除电网电压波动和电网电压谐波等因素对并网逆变电流的影响。黑龙江省2014年度专业技术人员继续教育知识更新培训专业课程作业二421、给出“不可控整流+电流源型逆变器”的结构图。图1-10不可控整流+电流源型逆变器结构22、给出“不可控整流+电压源型逆变器”的结构图，简述其特点。图1-11不可控整流+电流源型逆变器结构图1-11是不可控整流+电流源型逆变器的结构图，图1-11a由晶闸管构成逆变器，晶闸管具有成本低、功率等级高等优点，在早期的并网风力发电机组中使用较多；黑龙江省2014年度专业技术人员继续教育知识更新培训专业课程作业二5但是晶闸管变流器工作时需要吸收无功功率，并且会在电网侧产生很大的谐波电流，必须增加补偿系统对其进行谐波抑制和无功功率补，这将增加系统的成本和控制的复杂性。图1-11b由全控型器件构成逆变器，和图1-11a比较，能够实现自换流，使输出谐波大大减小，可以省去补偿系统。23、比较电流源型逆变器（CSI）与电压源型逆变器（VSI）的不同点。答：与VSI相比较，电流源型逆变器（CSI)容易实现能量的双向流动，由于直流侧存在大电感，抗电流冲击能力强，系统的可靠性更高，但是CSI容易受电网电压变化的影响，动态响应较慢，并且谐波问题较大，功率因数低。因此，综合成本、效率和动态响应等因素，电压源型逆变器具有更大的优势，目前在小型风力发电机组中使用较多。24、给出“不可控整流+Boost+逆变”方案的系统结构图图1-12直驱式风力发电系统拓扑25、分析“不可控整流+Boost+逆变”方案的基本原理答：最典型的直驱型风力发电系统的主电路拓扑一般为：风力机与永磁同步发电机直接连接，将风能转换为频率变化、幅值变化的交流电，经过整流之后变为直流电，经过Boost电路升压后，再经过三相逆变器变换为三相恒幅交流电连接到电网。通过中间电力电子变化环节，对系统有功功率和无功功率进行控制，黑龙江省2014年度专业技术人员继续教育知识更新培训专业课程作业二6实现最大功率跟踪、最大效率利用风能。26、给出双PWM背靠背方案。答：发电机定子通过背靠背变流器和电网连接。发电机侧PWM变流器通过调节定子侧的d轴和q轴电流，控制发电机的电磁转矩和定子的无功功率（无功功率设定值为0)，使发电机运行在变速恒频状态，额定风速以下具有最大风能捕获功能；网侧PWM变流器通过调节网侧的d轴和q轴电流，保持直流侧电压稳定，实现有功功率和无功功率的解耦控制，控制流向电网的无功功率通常运行在单位功率因数状态。此外网侧变流器还要保证变流器输出的THD尽可能小，以提高注入电网的电能质量。图1-13背靠背双PWM变流器结构27、简述背靠背双PWM变流器结构的特点答：背靠背双PWM变流器结构是目前直驱型风力发电系统中较常见的一种拓扑，国内外对其研究较多，主要集中在变流器建模、控制算法以及如何提高其故障穿越能力等方面。国内九洲电气股份有限公司的直驱型风力发电系统用兆瓦级功率变流器WindinvertTM-A（最大2MW）和合肥阳光电源有限公司的全功率风力发电机组用变流器如WGZOOOFP（2MW）即使用这种结构。这种拓扑的通用性较强，双PWM变流器主电路完全一样，控制电路和控制算法也非常相似；两侧变流器都使用基于DSP的数字化控制，采用矢量控制，控制方法灵活，具有四象黑龙江省2014年度专业技术人员继续教育知识更新培训专业课程作业二7限运行功能，可以实现对发电机调速和输送到电网电能的优良控制。28、试比较三级变换（不可控整流+Boost+逆变）与两级变换（双PWM变流器）的优缺点。答：和图1-14电路的比较可以发现，图1-12的Boost电路是三级变换，双PWM变流器是两级变换，因而效率更高，但是全控型器件数量更多，同时发电机侧变流器矢量控制通常需要检测发电机转速等信息，控制电路较复杂，因而具有相对较高的成本；图1-14所示电路采用不可控整流+Boost电路构成整流器，控制简单，实现相对容易，可靠性高，方便实现永磁同步发电机（PMSG)的无速度传感器控制，从而节约了成本。综合性能、成本等因素，这两种拓扑各有优缺点，目前的使用都比较多。29、画出双馈感应式风力发电系统的结构。图1-14双馈感应式风力发电系统30、说明背靠背双PWM变流器原理答：双PWM背靠背方案在双馈型变速恒频风力发电系统中应用也十分广泛，在双馈发电机的转子中施加转差频率的电流（或电压）进行励磁，调节励磁电压的幅值、频率和相位，便实现定子恒频恒压输出。其转子由背靠背双PWM变黑龙江省2014年度专业技术人员继续教育知识更新培训专业课程作业二8流器进行励磁，转子侧变流器向转子绕组馈入所需的励磁电流，完成定子磁链定向矢量控制任务，实现最大风能捕获和定子输出无功功率的调节。当发电机亚同步速运行时，往转子中馈入能量，作逆变器（Inverter)运行；当发电机超同步速运行时，从转子中吸收能量，作整流器（Rectifier)运行，并通过网侧变流器将能量回馈到电网；当发电机以同步速运行时，向转子馈入直流励磁电流，实际作斩波器（Chopper)运行。网侧变流器运行模式与此类似，配合转子侧变流器的运行，实现能量双向流动。此外，网侧变流器还可控制直流母线电压恒定以及调节网侧的功率因数，使整个风力发电系统的无功功率调节更加灵活。