华中科技大学-新能源考试题

第2页共10页第5页共10页华中科技大学新能源技术复习题库一、填空题一次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源。二次能源是指由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品。终端能源是指供给社会生产、非生产和生活中直接用于消费的各种能源。典型的光伏发电系统由光伏阵列、蓄电池组、控制器、电力电子变换器和负载等组成。光伏发电系统按电力系统终端供电模式分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。风力发电系统是将风能转换为电能，由机械、电气和控制3大系统组合构成。并网运行风力发电系统有恒速恒频方式和变速恒频方式两种运行方式。风力机又称为风轮，主要有水平轴风力机和垂直轴风力机。风力同步发电机组并网方法有自动准同期并网和自同步并网。风力异步发电机组并网方法有直接并网、降压并网和晶闸管软并网。风力发电的经济性指标主要有单位千瓦造价、单位千瓦时投资成本、财务内部收益率、财务净现值、投资回收期和投资利润率。太阳的主要组成气体为氢和氦。太阳的结构从中心到边缘可分为核反应区、辐射区、对流区、和太阳大气。太阳能的转换与应用包括了太能能的采集、转换、存储、传输与应用。光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电系统主要由太阳电池组件、中央控制器充放电控制器逆变器、和蓄电池蓄能元件及辅助设备3大部分组成。太阳电池主要有单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池、碲化镉太阳电池与铜铟硒太阳电池5种类型。生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。天然气是指地层内自然存在的以碳氢化合物为主体的可燃性气体。燃气轮机装置主要由燃烧室、压气机和轮机装置3部分组成。自然界中的水体在流动过程中产生的能量，称为水能，它包括位能、压能和动能3种形式。水能的大小取决于两个因素：河流中水的流量和水从多高的地方流下来。二、简答题简述能源的分类？答：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水力、核能、电能、太阳能、生物质能、风能、海洋能、地热能、核聚变能。还可以分为：一次能源、二次能源、终端能源，可再生能源、非可再生能源，新能源、常规能源，商品能源、非商品能源。什么是一次能源？答：一次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源。什么是二次能源？答：二次能源是指由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品。简述新能源及主要特征。答：新能源是指技术上可行，经济上合理，环境和社会可以接受，能确保供应和替代常规化石能源的可持续发展能源体系。广义的新能源包含两个方面:1、新能源体系包括可再生能源和地热能，氢能，核能；2、新能源利用技术，包括高效利用能源，资源综合利用，替代能源，节能等。简述分布式能源及主要特征。答：由下列发电系统组成，这些系统能够在消费地点或很近的地方发电，并具有：高效的利用发电产生的废能生产热和电；现场端的可再生能源系统；包括利用现场废气、废热及多余压差来发电的能源循环利用系统。特征：高效性；环保性；能源利用的多样性；调峰作用；安全性和可靠性；减少国家输配电投资；解决边远地区供电。简述风产生的原理。答：风是地球上的一种自然现象，是太阳能的一种转换形式，它由太阳辐射热和地球自转、公转和地表差异等原因引起的，大气是这种能源转换的媒介。地球表面被大气层所包围，当太阳辐射能穿越地球大气层照射到地球表面时，太阳将地表的空气加温，空气受热膨胀后变轻上升，热空气上升冷空气横向切入，由于地球表面各处受热不同，使大气产生温差形成气压梯度，从而引起大气的对流运动，风是大气对流运动的表现形式。值及频率检测信号按一定的控制规则输出频率和电流的控制信号。无刷双馈发电机的转子的转速随风速的变化而变化，以保证系统运行在最佳工况下，提高风能转化的效率。当发电机的转速变化时，由变频器来改变控制绕组的频率，以使发电机的输出频率与电网一致。图4无刷双馈异步变速恒频风力发电系统试分析大功率点跟踪控制（MPPT）的控制算法中扰动观察法的寻优过程，画出其控制流程。OO△UPjPdPmaxPdPjPU△U图5扰动观察法实现MPPT的过程答：根据光伏阵列工作时不间断地检测电压扰动量，即根据输出电压的脉动增量（±△U）的输出规律，测得阵列当前的输出功率Pd，而被储存的前一时刻输出功率被记忆为Pj，若Pd>Pj，则U=U+△U；若Pd<Pj，则U=U-△U。试分析大功率点跟踪控制（MPPT）的控制算法中增量电导法的实现过程。NNNYYNNNYYY开始检测光伏阵列输出电压Un、电流IndU=0？dI/dU=-I/U?dI/dU>-I/U?Ur-△UUUr+△UdI=0?dI>0?Ur-△UUUr+△UUb=UnIb=In结束图6增量电导法的MPPT控制算法流程答：由光伏阵列的P-U曲线可知，当输出功率P为最大时，即Pmax处的斜率为零，可得，整理可得，即为光伏阵列达到最大功率点的条件，即当输出电压的变化率等于输出瞬态电导的负值时，光伏阵列即工作于最大功率点。增量电导法就是通过比较光伏阵列的电导增量和瞬间电导来改变控制信号，需要对光伏阵列的电压和电流进行采样。Un,In为检测到光伏阵列当前电压、电流值，Ub,Ib为上一控制周期的采样值。程序读进新值后先计算其与旧值之差，在判断电压差是否为零；若不为零，在判断式是否成立，若成立则表示功率曲线率为零，达到最大功率点；若电导变化量大于负电导值，则表示功率曲线斜率为正，Ur值将增加；反之Ur将减少。再来讨论电压差值为零的情况，这时可以暂不处理Ur，进行下一个周期的检测，直到检测到电压差值不为零。

下图（图5-4）所示为沼气内燃机发电系统的典型工艺流程，试分析此工艺流程。储气罐储气罐沼气沼气热水冷水污泥消化池加热蒸汽排气给水泵消音器交流发电机冷却器供气泵污泥投入口软水池沼气发动机消化池沸热锅炉沼气锅炉蒸汽平衡箱给水预热器蒸汽送出图典型的沼气内燃机发电系统的工艺流程答：构成沼气发电系统的主要设备有沼气发电机组、消化池粗气罐、供气泵、沼气锅炉、发电机和热回收装置。沼气经脱硫器由贮气罐供给燃气发电机组，从而驱动与沼气内燃机相连接的发电机而产生电力。沼气发电机组排出的冷却水和废气中的热量通过热回收装置进行回收后，作为沼气发生器的加温热源。从废水处理厂出来的污泥进入一次消化槽和二次消化槽，在消化槽中产生的沼气首先经脱硫器进入球形贮气罐，然后由此输送入沼气发电装置中。作为发电机组燃料的沼气中甲烷的含量必须高于50%，不必要进行二氧化碳的脱除，因为少量二氧化碳对发电机组有利，使其工作平稳，减少废气中有毒物的含量。从发电装置出来的废沼气进入热交换器中，将热量释放出来，用来加热进行厌氧发酵的污泥，从而提高沼气的发生率。

画出垃圾焚烧发电控制的系统框图，并分析其工作原理。答：控制系统中的总协调控制器需要对垃圾焚烧全过程进行控制，包括控制方式的确定，并将逆变器控制的方式下达逆变控制器，将燃烧状态和要求下达燃烧控制器，起到整体的协调作用。逆变控制器采集公司电网的电压和相位等信号，并控制三相SPWM逆变器，实现同步并网，将发动机所发出的交变电能换成与电网同频率、同相位的交流电后，通过逆变匹配变压器输送到公共供电网络。而燃烧控制器采集相关的垃圾焚烧炉的温度、锅炉温度与压力、蒸汽轮机的转速及工作状态，并控制焚烧炉排的进给速度，保持焚烧系统的稳定。下图（图6-4）所示为微型燃气发电机组控制与电源变换系统的总体结构，试分析介绍其系统组成和工作原理。用用户负载K1500-1200Hz400-900v100kw三相AC/DC变换器50Hz/400v100kw三相变压器燃料阀燃料增压器电动机三相AC/DC变换控制器DC/DC可逆变电路燃机控制器3kWh540V蓄电池三相DC/AC变频器变频控制微型燃机发电机400Hz/400v100kw三相AC/DC变换器人机操作界面燃料增压器电动机400Hz/400v100kw三相AC/DC变换器图微型燃气发电机组控制与电源变换系统的总体结构答：系统主要由微型燃机、燃料增压泵、中频发电机、大功率变频电源、蓄电池、双向DC--AC变换器、三相输出隔离变压器、自动控制系统和人机监控操作界面等环节构成。

原理：在开机启动阶段，先断开断路器K2、使用户负载与逆变电源变压器一次侧隔离，闭合断路器K1，将100kw三相DC--AC变换器的输出和发动机相连，利用DC--AC变换器将蓄电池的直流电逆变成三相中频交流电启动中频发电机，此时发动机工作在电动状态，驱动微型燃机涡轮起动；100kw的三相主AC--DC变换器采用晶闸管可控整流模式，起动时控制系统将晶闸管触发延迟角a推到1800，使晶闸管处于截止状态，100kw三相AC--DC变换器停止变换，蓄电池通过双向DC--AC变换器向100kw三相DC--AC变换器提供直流电源，由变换器把直流电逆变为0~500Hz、400V的交流电，驱动发动机工作于电动运行模式，带动微型燃机软起动。起动结束后K1断开，发动机从电动状态变为发电状态，输出500~1200Hz、400~900V的三相中频交流电至100kw三相DC--AC变换器；经AC--DC变换器可控整流为幅值恒定的直流电源，再经电容滤波后，由100kw三相主DC--AC变换器将直流电压逆变换为50Hz、400V的工频电源；待完成起动系统稳定工作后，K2闭合，主DC--AC逆变器通过三相隔离变压器将50Hz、400V的工频电能提供给用户负载或并入公共电网；此后，双向DC--AC变换器从直流母线获取电能向蓄电池充电，蓄电池由放电转为充电蓄能状态，为下次起动储备能量。试分析潮汐能发电原理。答：潮汐发电是利用潮差来推动水轮机转动，再由水轮机带动发动机发电。潮汐发电必须选择有利的海岸地形，修建潮汐水库，涨潮时蓄水，落潮时利用其势能发电。基基准面高度落潮时低潮高时间潮涨潮差潮落高潮高涨潮时图潮汐过程线阐述电力系统中无功补偿的作用及常用方法。答：作用：1)减少电力损失一般工厂动力配线依据不同的线路及负载情况，其电力损耗约2%～3%左右，使用无功功率补偿后提高了功率因数，总电流降低，可降低供电端与用电端的电力损失。(2)改善供电品质提高功率因数，减少负载总电流及电压降，提高供电设备容量的利用率。

(3)延长设备寿命改善功率因数后线路总电流