2014年哈工大技术人员继续教育知识更新培训_电气工程专业课程作业二

1、2014 年哈工大技术人员继续教育知识更新培训_电气工程专业课程作业二16、简述Boost斩波器匸作原理答:Boost斩波器是常用的DC/DC升压斩波器，其拓扑如图3-1所示。Ut, , URinoo图3T中，表示输入电压，表示输出电压，为负载。釆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电路拓扑当开关S开通或关断时，对应的电路如图3-2所示。下面在以下两个假设满足的条件下进行分析：DBoost斩波器工作在连续导通模式;Uin2)开关频率远大于输人电压频率，这样在一个开关周期内可以认为是恒定 的。k在以上两个条件下，参考文献4中推导出了第个开关周期的占空比，如式(3 -

2、1)所示。Likik, ,1,，refref, , UUk, , , Trefinsdk, , , , UUrefref (3-1)Uk, , Tinks式中，是开关频率;是第个开关周期时的输入电压。让ef当电路工作进入PFC状态后，电感电流就会跟踪参考电流，参考电流正Utef比于整流输人电压。同时，输出电压应该跟踪参考电压。图3-2 Boost斩波器电路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图3-4工作时序及相关波形18、结合电路图，说明固定关断时间控制的原理。c/m(nfCZ二-M幵Jtsxw答：图3-3所示为固定关断时间控制的PFC预调整器模块图。图3-4

3、为与之Uout对应的工作时序。误差放大器(VA)将预调整器输出电压的采样与参考电UUUrefcc压进行比较并且产生一个误差信号。正比于两者之差，反馈到乘法器Umult的一个人口，并与整流输人电压的采样相乘。乘法器的输出口是一个经 过整UUUcscrefmult流的正弦波，幅值正比于和的幅值，它是PWM的正弦参考电 压。URscrefsence反馈到比较器的反向输入端，正向输入端接入感应电阻上的电 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Uscref较器复位PWM锁存器和M,此时M将被关断。因此决定流过M和电感LUscref的峰值电流。因为是整流后的正弦波，电

4、感峰值电流也将成为整流正弦 的Toff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以 后Toff置位PWM锁存器，以此开通M并开始另一个开关周期。如果不能使电感 电流降为零，系统将工作在CCM。19、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山当询的风速和最大功率跟踪算法讣算得出。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呂轴分量和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轴分量相加后作为名轴电压参考 值

5、。无功电流的控制框图与有功电流控制框图相似，最后1轴电圧参考值d轴电压 参考值经Park反变换后作为PWM逆变器的参考电压。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。iiqd答：图4-8电流控制框图的工作过程如下：假设实际的并网电流、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iiqd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、逐渐 接uuqd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、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。21、给出“不可控整流+电流

6、源型逆变器”的结构图。答：图4-9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。答：图4-10是不可控整流+电压源型逆变器的结构图。山不可控整流得到的直 流侧电压随输入而变化，通过全控型器件构成电压源型逆变器(VSI),可以通过改 变调制比来实现并网电压频率和幅值恒定;这种拓扑可以进一步提高开关频率，减 小谐波污染，灵活调节输出到电网的有功功率和无功功率，从而调节永磁同步发电机(PMSG)的转速，使其具有最大风能捕获的功能;缺点是不能直接调节发电机电磁 转矩，动态响应较慢，不可控整流会造成定子电流谐波含量较大，会增大发电机损 耗和转矩脉动，并且当风

7、速变化范围较大时,VSI的电圧调节作用有限。发电机凤力机*si 33)由晶闸骨构成逆变器风力机b)由全控型器件构成連变卷永磴同步发电机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，山于直流 侧存在大电感，抗电流冲击能力强，系统的可黑性更高，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，LI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”方案的系统结构图答：图4-11直驱式

8、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：图4-11中的DC-DC变流器为Boost电路。Boost主电路一般山不可控整流 电路、电感、开关管和滤波电容组成。其输入侧有储能电感，可以减小输入电流纹 波，防止电网对主电路的高频瞬态冲击，对整流器呈现电流源负载特性;其输出侧 有滤波电容，可以减小输出电压纹波，对负载呈现电压源特性。利用Boost电路在 斩波的同时，还实现功率因数校正的LI标，包括如下两个方面:？控制电感电流，使 输入电流正弦化，保证其功率因数接近于1,并使输入电流基波跟随输入电压相 位。？当风速变化时，不可控整流得到的电压也在变化，而通过DC-DC

9、变流器的调 节可以保持直流侧电压的稳定，使输出电圧保持恒定。26、给出双PWM背靠背方案。答:图4-12是背靠背双PWM变流器拓扑的结构图，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岀的THD尽可能小，以提高注入电网的电能质量。图4-12

10、背黑背双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LI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WGZ000FP（2W）B|J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，具有四象限运行功能

11、，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: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;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，口前的使用都比较多。29、画出双馈感应式风力发电系统的结构。4 4411 4VESS初妙答:V 4 v图4-13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。其转子山背靠背双PWM变流器进行励 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