2014年哈工大技術(shù)人員繼續(xù)教育知識更新培訓(xùn)_電氣工程專業(yè)課程作業(yè)二

1、2014 年哈工大技術(shù)人員繼續(xù)教育知識更新培訓(xùn)_電氣工程專業(yè)課程作業(yè)二16、簡述Boost斬波器匸作原理答:Boost斬波器是常用的DC/DC升壓斬波器，其拓?fù)淙鐖D3-1所示。Ut, , URinoo圖3T中，表示輸入電壓，表示輸出電壓，為負(fù)載。釆用不同的占空比控制開關(guān)S,便可以控制輸出電壓。圖3-1 Boost電路拓?fù)洚?dāng)開關(guān)S開通或關(guān)斷時(shí)，對應(yīng)的電路如圖3-2所示。下面在以下兩個(gè)假設(shè)滿足的條件下進(jìn)行分析：DBoost斬波器工作在連續(xù)導(dǎo)通模式;Uin2)開關(guān)頻率遠(yuǎn)大于輸人電壓頻率，這樣在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)可以認(rèn)為是恒定 的。k在以上兩個(gè)條件下，參考文獻(xiàn)4中推導(dǎo)出了第個(gè)開關(guān)周期的占空比，如式(3 -

2、1)所示。Likik, ,1,，refref, , UUk, , , Trefinsdk, , , , UUrefref (3-1)Uk, , Tinks式中，是開關(guān)頻率;是第個(gè)開關(guān)周期時(shí)的輸入電壓。讓ef當(dāng)電路工作進(jìn)入PFC狀態(tài)后，電感電流就會跟蹤參考電流，參考電流正Utef比于整流輸人電壓。同時(shí)，輸出電壓應(yīng)該跟蹤參考電壓。圖3-2 Boost斬波器電路17、給出固定關(guān)斷時(shí)間控制的PFC預(yù)調(diào)整器模塊圖和與之對應(yīng)的工作時(shí)序圖圖3-4工作時(shí)序及相關(guān)波形18、結(jié)合電路圖，說明固定關(guān)斷時(shí)間控制的原理。c/m(nfCZ二-M幵Jtsxw答：圖3-3所示為固定關(guān)斷時(shí)間控制的PFC預(yù)調(diào)整器模塊圖。圖3-4

3、為與之Uout對應(yīng)的工作時(shí)序。誤差放大器(VA)將預(yù)調(diào)整器輸出電壓的采樣與參考電UUUrefcc壓進(jìn)行比較并且產(chǎn)生一個(gè)誤差信號。正比于兩者之差，反饋到乘法器Umult的一個(gè)人口，并與整流輸人電壓的采樣相乘。乘法器的輸出口是一個(gè)經(jīng) 過整UUUcscrefmult流的正弦波，幅值正比于和的幅值，它是PWM的正弦參考電 壓。URscrefsence反饋到比較器的反向輸入端，正向輸入端接入感應(yīng)電阻上的電 壓，此電壓正比于M開通時(shí)流過開關(guān)管M和電感L的電流。當(dāng)這兩個(gè)電壓相等時(shí)， 比Uscref較器復(fù)位PWM鎖存器和M,此時(shí)M將被關(guān)斷。因此決定流過M和電感LUscref的峰值電流。因?yàn)槭钦骱蟮恼也?，?/p>

4、感峰值電流也將成為整流正弦 的Toff形狀PWM鎖存器輸出端Q接上升沿觸發(fā)定時(shí)器，在一個(gè)預(yù)設(shè)定的時(shí)間以 后Toff置位PWM鎖存器，以此開通M并開始另一個(gè)開關(guān)周期。如果不能使電感 電流降為零，系統(tǒng)將工作在CCM。19、給出直接電流控制配合電網(wǎng)電壓前饋的并網(wǎng)逆變器電流控制框圖，并說明 其原理。圖4-8電流控制框圖圖4-8中，有功電流和無功電流的給定值山當(dāng)詢的風(fēng)速和最大功率跟蹤算法訃算得出。以有功電流的控制框圖為例，根據(jù)采集的并網(wǎng)電流進(jìn)行Park變 換，得到此時(shí)的并網(wǎng)電流的呂軸分量和d軸分量。有功電流實(shí)際值與有功電流給定 值作差后通過PI環(huán)節(jié)，再與此時(shí)的電網(wǎng)電壓的g軸分量相加后作為名軸電壓參考 值

5、。無功電流的控制框圖與有功電流控制框圖相似，最后1軸電圧參考值d軸電壓 參考值經(jīng)Park反變換后作為PWM逆變器的參考電壓。20、簡述直接電流控制配合電網(wǎng)電壓前饋的并網(wǎng)逆變器電流控制原理。iiqd答：圖4-8電流控制框圖的工作過程如下：假設(shè)實(shí)際的并網(wǎng)電流、大于給定 值，則兩者比較后的偏差為正，PI輸出器的輸出將不斷增大，參考電壓的iiqd幅值也越來越大，從而導(dǎo)致并網(wǎng)電流增大。該過程將導(dǎo)致并網(wǎng)電流、逐漸 接uuqd近 給定值，PI調(diào)節(jié)器的輸出將保持動態(tài)恒定。電網(wǎng)電壓經(jīng)Park變換后 的、作為前饋量，可以減弱或消除電網(wǎng)電壓波動和電網(wǎng)電壓諧波等因素對并網(wǎng)逆變 電流的影響。21、給出“不可控整流+電流

6、源型逆變器”的結(jié)構(gòu)圖。答：圖4-9不可控整流+電流源型逆變器結(jié)構(gòu)22、給出“不可控整流+電壓源型逆變器”的結(jié)構(gòu)圖，簡述其特點(diǎn)。答：圖4-10是不可控整流+電壓源型逆變器的結(jié)構(gòu)圖。山不可控整流得到的直 流側(cè)電壓隨輸入而變化，通過全控型器件構(gòu)成電壓源型逆變器(VSI),可以通過改 變調(diào)制比來實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電壓頻率和幅值恒定;這種拓?fù)淇梢赃M(jìn)一步提高開關(guān)頻率，減 小諧波污染，靈活調(diào)節(jié)輸出到電網(wǎng)的有功功率和無功功率，從而調(diào)節(jié)永磁同步發(fā)電機(jī)(PMSG)的轉(zhuǎn)速，使其具有最大風(fēng)能捕獲的功能;缺點(diǎn)是不能直接調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電磁 轉(zhuǎn)矩，動態(tài)響應(yīng)較慢，不可控整流會造成定子電流諧波含量較大，會增大發(fā)電機(jī)損 耗和轉(zhuǎn)矩脈動，并且當(dāng)風(fēng)

7、速變化范圍較大時(shí),VSI的電圧調(diào)節(jié)作用有限。發(fā)電機(jī)鳳力機(jī)*si 33)由晶閘骨構(gòu)成逆變器風(fēng)力機(jī)b)由全控型器件構(gòu)成連變卷永磴同步發(fā)電機(jī)23、比較電流源型逆變器(CSI)與電壓源型逆變器(VSI)的不同點(diǎn)。答:與VSI相比較，電流源型逆變器(CSI)容易實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動，山于直流 側(cè)存在大電感，抗電流沖擊能力強(qiáng)，系統(tǒng)的可黑性更高，但是CSI容易受電網(wǎng)電壓 變化的影響，動態(tài)響應(yīng)較慢，并且諧波問題較大，功率因數(shù)低。因此，綜合成本、 效率和動態(tài)響應(yīng)等因素，電壓源型逆變器具有更大的優(yōu)勢，LI前在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組中使用較多。24、給出“不可控整流+Boost+逆變”方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖答：圖4-11直驅(qū)式

8、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)?5、分析“不可控整流+Boost+逆變”方案的基本原理答：圖4-11中的DC-DC變流器為Boost電路。Boost主電路一般山不可控整流 電路、電感、開關(guān)管和濾波電容組成。其輸入側(cè)有儲能電感，可以減小輸入電流紋 波，防止電網(wǎng)對主電路的高頻瞬態(tài)沖擊，對整流器呈現(xiàn)電流源負(fù)載特性;其輸出側(cè) 有濾波電容，可以減小輸出電壓紋波，對負(fù)載呈現(xiàn)電壓源特性。利用Boost電路在 斬波的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的LI標(biāo)，包括如下兩個(gè)方面:？控制電感電流，使 輸入電流正弦化，保證其功率因數(shù)接近于1,并使輸入電流基波跟隨輸入電壓相 位。？當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，不可控整流得到的電壓也在變化，而通過DC-DC

9、變流器的調(diào) 節(jié)可以保持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定，使輸出電圧保持恒定。26、給出雙PWM背靠背方案。答:圖4-12是背靠背雙PWM變流器拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)圖，發(fā)電機(jī)定子通過背靠背變流 器和電網(wǎng)連接。發(fā)電機(jī)側(cè)PWM變流器通過調(diào)節(jié)定子側(cè)的d軸和q軸電流，控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和定子的無功功率 （無功功率設(shè)定值為0） ,使發(fā)電機(jī)運(yùn)行在變速恒頻 狀態(tài)，額定風(fēng)速以下具有最大風(fēng)能捕獲功能;網(wǎng)側(cè)PWM變流器通過調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)的d軸 和q軸電流，保持直流側(cè)電壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的解耦控制，控制流 向電網(wǎng)的無功功率通常運(yùn)行在單位功率因數(shù)狀態(tài)。此外網(wǎng)側(cè)變流器還要保證變流器輸岀的THD盡可能小，以提高注入電網(wǎng)的電能質(zhì)量。圖4-12

10、背黑背雙PWM變流器結(jié)構(gòu)27、簡述背靠背雙PWM變流器結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)答:背靠背雙PWM變流器結(jié)構(gòu)是LI前直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中較常見的一種拓 撲，國內(nèi)外對其研究較多，主要集中在變流器建模、控制算法以及如何提高其故障 穿越能力等方面。國內(nèi)九洲電氣股份有限公司的直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)用兆瓦級功率 變流器WindinvertTM-A（最大2MW）和合肥陽光電源有限公司的全功率風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組用變流器如WGZ000FP（2W）B|J使用這種結(jié)構(gòu)。這種拓?fù)涞耐ㄓ眯暂^強(qiáng)，雙PWM變 流器主電路完全一樣，控制電路和控制算法也非常相似;兩側(cè)變流器都使用基于DSP的數(shù)字化控制，采用矢量控制，控制方法靈活，具有四象限運(yùn)行功能

11、，可以實(shí) 現(xiàn)對發(fā)電機(jī)調(diào)速和輸送到電網(wǎng)電能的優(yōu)良控制。28、試比較三級變換（不可控整流+Boost+逆變）與兩級變換（雙PWM變流器）的 優(yōu)缺點(diǎn)。答:Boost電路是三級變換，雙PWM變流器是兩級變換，因而效率更高，但是 全控型器件數(shù)量更多，同時(shí)發(fā)電機(jī)側(cè)變 流器矢量控制通常需要檢測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速等 信息，控制電路較復(fù)雜，因而具有相對較高的成本;不可控整流+Boost電路構(gòu)成整流器，控制簡單，實(shí)現(xiàn)相對容易，可靠性高，方便實(shí)現(xiàn)永磁同步發(fā)電機(jī)（PMSG）的無 速度傳感器控制，從而節(jié)約了成本。綜合性能、成本等因素，這兩種拓?fù)涓饔袃?yōu)缺 點(diǎn)，口前的使用都比較多。29、畫出雙饋感應(yīng)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。4 4411 4VESS初妙答:V 4 v圖4-13雙饋感應(yīng)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)30、說明背靠背雙PWM變流器原理答:雙PWM背靠背方案在雙饋型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用也十分廣泛，在 雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子中施加轉(zhuǎn)差頻率的電流(或電壓)進(jìn)行勵磁，調(diào)節(jié)勵磁電壓的幅 值、頻率和相位，便實(shí)現(xiàn)定子恒頻恒壓輸出。其轉(zhuǎn)子山背靠背雙PWM變流器進(jìn)行勵 磁，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器向轉(zhuǎn)子繞組饋入所需的勵磁電流，完成定子磁鏈定向矢量控制任 務(wù)，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲和定子輸出無功功率的調(diào)節(jié)。當(dāng)發(fā)電機(jī)亞同步速運(yùn)行時(shí)，往 轉(zhuǎn)子中饋入能量，作逆變器(Inverter)運(yùn)行；當(dāng)發(fā)電