《新能源发电与控制技术 第4版》-颜文旭 习题及解答

习题与思考题—参考答案第1章1.1简要说明我国的能源结构。答：我国的能源结构仍是以煤为主，煤多油、气少是我国能源储存结构的基本特点，煤炭仍将是当前和今后我国能源供给及消费的最重要组成部分。以煤炭为主要能源且直接进行燃烧，因燃烧不充分、燃烧工艺落后，造成环境污染严重、效率低下、浪费惊人。随着非化石能源在一次能源消费占比的增加，我国的能源结构在不断优化，可再生能源发电装机比重不断增长，连续稳居全球前列。1.2说明我国能源的可持续发展战略，简要解释“双碳目标”是什么？答：我国能源的可持续发展战略是以开源、节流、减排为重点，大力发展风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等，不断提高非化石能源消费比重，调整优化能源结构，着力提高能源效率，推进能源绿色发展。“双碳目标”即国家实现“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”，面对气候变化问题要实现的目标。1.3简述能源的基本特征以及新能源的主要特征。答：能源的基本特征是重要性及多样性，无论是一次能源还是二次能源，能源是国民经济、工业生产及社会生活的基础。新能源的主要特征是可持续发展的能源体系。包括①新能源体系，包括可再生能源（风能、太阳能、生物质能、水能、海洋能）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、节能等新技术。1.4说明分布式能源的主要特征。答：分布式能源的主要特征有：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。1.5简述储能技术及其主要形式有哪些。答：储能技术主要是指能量的储存技术，特别是电能的储存。储能技术可分为物理储能、电化学储能、电磁储能和混合储能。物理储能包括抽水蓄能、飞轮储能和压缩空气储能。电化学储能包括各类电池储能。电磁储能包括超级电容器储能和超导储能。混合储能有氢热储能、水蓄热储能、熔融盐储能、相变储能、电转气地质储能等。按应用场景可分为电源侧储能、电网侧储能和用户侧储能。1.6试说明新能源发电常用的控制方法有哪些？答：在新能源发电的电能变换中常用控制方法有：比例（PI）控制、比例谐振（PR）控制、重复控制、无差拍控制、滑模变结构控制、神经网络控制、模糊控制等。1.7试说明分布式能源控制中常用的控制策略有哪些？答：分布式能源控制策略有：恒压频（VF）控制策略、恒功率（PQ）控制策略、下垂（Droop）控制策略、虚拟同步发电（VSG）控制策略等。第2章2.1电力电子器件的驱动电路对整个电力电子装置的影响有哪些？答：电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。采用性能良好的驱动电路可使电力电子器件工作在比较理想的开关状态，可缩短开关时间，减少开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有着重要意义。另外，对电力电子器件或整个装置的一些保护措施也往往就将近设在驱动电路中，或者通过驱动电路来实现，这使得驱动电路的设计更为重要。2.2电力电子器件过电压保护和过电流保护各有哪些主要方法？答：过电压保护主要方法有避雷器过电压抑制、各种RC过电压抑制、非线性元件过电压抑制等方法；过电流保护主要方法有电路过流保护、快速熔断器过流保护、快速断路器过流保护和过流继电器过流保护等方法。2.3在高压变流装置中，晶闸管串联使用以提高耐压，其均压措施有哪些？答：静态均压措施：1.选用参数和特性尽量一致的器件；2.RP的阻值应比器件阻断时的正、反向电阻小得多；动态均压措施包括：1.选择动态参数和特性尽量一致的器件；2.用并联RDCD支路作动态均压；3.采用门极强脉冲触，可以显著减小器件开通时间的差异。2.4换流方式有哪几种？各有什么特点？答：换流方式有4种：器件换流,利用全控器件的自关断能力进行换流.全控型器件采用此换流方式.电网换流,由电网提供换流电压,只要把负的电网电压加到欲关断的器件上即可.负载换流,由负载提供换流电压,当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时,可实现负载换流.强迫换流,设置附加换流电路,给欲关断的晶闸管施加反向电压换流称为强迫换流.通常是利用附加电容上的能量实现的,也称电容换流.2.5什么是逆变失败？如何防止逆变失败？答：逆变失败：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。防止逆变失败的方法有：采用精确可靠的触发电路；使用性能良好的晶闸管；保证交流电源的质量；留出充足的换向裕量角β等。2.6造成逆变失败的原因有哪些？答：触发电路工作不可靠：触发电路不能适时地，准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失，脉冲延迟等，致使晶闸管工作失常。晶闸管发生故障：在应该阻断期间，元件失去阻断能力；或在应该导通时刻，元件不能导通。换相的裕量角不足：存在重叠角或给逆变工作带来不利的后果。交流电源发生异常现象：在逆变运行时，可能出现交流电源突然断电，缺相或电压过低等现象。2.7试述脉冲宽度调制(PWM)基本原理。答：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。重复控制的优缺点？答：重复控制由于利用扰动的重复性来逐周期地修正输出波形，使系统既无需进行多个变量的采样，也不用很高的控制速度和很复杂的算法，就可达到很高的稳态指标。其优势在于软硬件成本低廉，易于实施。重复控制的不足表现在动态响应超过一个基波周期。2.9无差拍控制的优缺点？答：无差拍控制突出的优点是响应速度快，其缺点也十分明显：无差拍控制效果取决于模型估计的准确程度，实际上无法对电路模型做出非常精确的估计，而且系统模型随负载不同而变化，系统鲁棒性不强；其次，无差拍控制极快的动态响应既是其优势，又导致了其不足，为了在一个采样周期内消除误差控制器瞬态调节量较大，一旦系统模型不准，很容易使系统输出振荡，不利于安全稳定运行。第3章3.1简要说明风力发电机组的发电原理。答：风力发电机组的原理是将风中的动能转化成机械能，再将机械能转化成电能，以固定的电能频率输送到电网中。3.2风力发电机组功率调节的作用是什么？答：功率调节使风力发电机组的关键技术之一。一般情况下，风发电机组在超过12~16m/s以后，由于机械强度与发电机、电力电子容量等物理器件性能的限制，必须降低风轮的能量捕获，使功率输出仍然保持在额定值附近。这样也同时限制了叶片承受的负荷和整个风力发电机受到的冲击，从而保证风力发电机安全。3.3限制风力发电机组的输出功率的主要因素有哪些？答：当风力发电机工作时，风力发电机组的输出功率可以表示为在实际工作过程中，系数Cp与风速、风力机的转速、以及风力机叶片参数有关，一般情况下，CP=CP（β，λ）。其中λ为叶尖速比，即风轮的叶尖速度与风速之比，β为桨距角。故风力发电机组的输出功率主要受三个因素的影响，即：（1）、风速：V（2）、桨距角：β（3）、叶尖速比：λ3.4变速恒频风电机组的控制系统与定桨距失速风电机组的控制系统的根本区别是？答：变速恒频风电机组叶轮转速被允许根据风速情况在相当宽的范围内变化，从而使机组获得最佳的功率输出变现和控制特性。但定桨距失速控制系统中，风力发电机组的桨叶与轮毂是固定的，当风速变化是，桨叶的迎风角度不能变化，风力机的功率调节完全依靠叶片的气动特性。3.5简述风力发电机组的并网方法的优缺点。答：风力发电机组并网方法有两种，一是自动准同步并网，二是自同步并网。自动准同步并网方式优点是在并网的瞬间不会产生冲击电流，电网电压不会下降，也不会对定子绕组和其他机械部件产生冲击，缺点是实际工作场景下，控制与操作复杂、费时。自同步并网方式优点是在发电机并网时不需要对发电机的电压和相角进行调节和校准，控制简单，并且从原理上消除了不同步合闸的可能，缺点是，这种合闸后有电流冲击和电网电压的短时下降现象。3.6设计风力发电机组监控与运维系统的意义是什么？答：风力发电机组的设计寿命通常是20年，但我国风力发电机组一般需要稳定运行8年以上才能回收成本。对机组增加监控与运维系统有助于评估设计的优劣和监控机组的状态，实现故障预警，提高运维效率。第4章4.1并网光伏电站的发电量主要与哪些因素有关？当建造地点和容量确定后，如何提高光伏电站的发电量？答：(1)太阳辐射量。在太阳电池组件的转换效率一定的情况下，光伏系统的发电量是由太阳的辐射强度决定的，太阳辐射量与发电量呈正相关关系。太阳的辐射强度、光谱特性是随着气象条件而改变的。(2)组件的倾斜角度。同一地区不同安装角度的倾斜面辐射量不一样，倾斜面辐射量可通过调整电池板倾角（支架采用固定可调式）或加装跟踪设备（支架采用跟踪式）来增加。(3)组件的效率。太阳能光伏电池主流的材料是硅，硅材料转化率的经典理论极限是29%。而在实验室创造的记录是25%，2021年美国组件市场效率排名：隆基、阿特斯、晶澳、日升、赛拉弗、天合、尚德、英利、晶科。隆基和晶澳组件的转换效率高达21.50%和21.30%。(4)逆变器容量配比。逆变器容量配比指逆变器的额定功率与所带光伏组件容量的比例。由于光伏组件的发电量传送到逆变器，中间会有很多环节造成折减，且逆变器、箱变等设备大部分时间是没有办法达到满负荷运转的，因此，光伏组件容量应略大于逆变器额定容量。(5)组合损失。组件串联会由于组件的电流差异造成电流损失，组串并联会由于组串的电压差异造成电压损失。为了减少组合损失，可以在电站安装前严格挑选电流一致的组件串联。组件的衰减特性尽可能一致。(6)组件遮挡。组件遮挡包括灰尘遮挡、积雪遮挡、杂草、树木、电池板及其他建筑物等遮挡，遮挡会降低组件接收到的辐射量，影响组件散热，从而引起组件输出功率下降，还有可能导致热斑。(7)组件功率衰减。组件功率的衰减是指随着光照时间的增长，组件输出功率逐渐下降的现象。组件衰减与组件本身的特性有关。其衰减现象可大致分为三类：破坏性因素导致的组件功率骤然衰减；组件初始的光致衰减和组件的老化衰减。目前莱拓选用的组件都是全球一线品牌，组件现行功率质保25年。(8)线缆的电阻。光伏电站的线缆有严格的选型要求，和环境、走线、长度都有很密切的关系。(9)光伏连接器。很多光伏电站出现问题都是光伏连接器的问题，应选用电阻小、精密度高的产品，并且安装的时候要用专用的工具。(10)设备运行稳定性。光伏发电系统中设备故障停机直接影响电站的发电量，如逆变器以上的交流设备若发生故障停机，那么造成的损失电量将是巨大的。另外，设备虽然在运行但是不在最佳性能状态运行，也会造成电量损失。4.2为什么太阳电池方阵应尽量朝向赤道倾斜放置？答：让太阳光尽量垂直照射太阳能电池，提高光照的利用率。4.3太阳能电池板的数学模型及等效电路模型是什么？答：太阳能电池等效电路，模拟电池及其负载系统的等效电路。以描述太阳能电池的工作状态。在恒定光照下，处于工作状态的太阳电池的光电流不随工作状态而变化，在等效电路中可看作为恒流源，把光照下的p-n结看作一个理想二极管和恒流源并联，恒流源的电流即为光生电流，光电流一部分流经外负载，在负载两端建立起端电压，反过来它又正向偏置于p-n结二极管，引起一股与光电流方向相反的暗电流。4.4光伏逆变器为什么需要MPPT控制？答：由于太阳能电池收到光强以及环境等外界因素的影响，其输出功率是变化的，光强发出的电就多，带MPPT最大功率跟踪的逆变器就是为了充分的利用太阳能电池，使之运行在最大功率点。也就是说在太阳辐射不变的情况下，有MPPT后的输出功率会比有MPPT前的要高，这就是MPPT的作用所在。4.5光伏并网逆变器除了基本逆变并网功能外还需要什么其他功能？答：(1)将光伏组串的1,000或1,500伏电压调整为（交流）电网电压：中国、欧洲低压电网以标准220伏（单相电网）或400伏（三相电网）运行，美国、日本和其他一些国家是110伏。(2)根据太阳能发电系统的大小，逆变器可以中压（从1到40kV）直接并网。电网电压越高，调节逆变器交流电压的变压器就要越大。一些大型光伏地面电站使用大型逆变器和变电站以高压（超过110千伏）供电。(3)将交流电频率调整为电网频率（同步）：中国、欧洲标准为50赫兹，美国和日本为60赫兹。(4)通过最大功率点跟踪(MPPT)优化光伏组件串的发产量。这涉及始终将太阳能电压的IV曲线和太阳能电池板中的电流保持在最大功率，从而保持发电量最大化。每一个组串可对应逆变器单独的MPP跟踪器。(5)在电网不稳定的情况下控制光伏发电阵列：光伏发电可以帮助稳定不稳定的电网。如果电网中的电力过多（会提高电压和频率），则光伏装置将被从电网脱开。如果电压或频率太弱，光伏发电设施将满负荷供电。如果与大型蓄电池结合使用，就可以更大程度地利用这种效果让电网稳定。(6)如果电网遭受短期或长期故障，逆变器还承担切换任务。结合储能设施，光伏发电可用作不间断电源，这对于工商业应用以及经常受到风暴、洪水或其他自然灾害影响的地区非常重要。(7)与储能一起，逆变器可以优化太阳能的自耗，从而仅将多余的电力反馈到电网中，或者控制一个完全独立于公共电网、自给自足微型电网。(8)此外，智能逆变器允许直接使用来自太阳能发电的直流电，为储能或电动汽车充电。4.6有一通信用离网光伏发电系统，负载功率为150W,每天工作8h,蓄电池组放电深度DOD设计为60%，安全系数取1.2,为保证连续5个阴雨天负载仍能正常工作，需配备多大容批的蓄电池组？答：50004.7某太阳能路灯，灯泡负载功率为50W，工作电压为12V,每晚开灯8h,蓄电池放电深度为50%，输出回路效率为n2=0.9，该地区最长阴雨天为3天，假定阴雨天前蓄电池处于充满状态，为保证阴雨天负载正常工作，蓄电池组容量至少应该为多少A·h?答：15004.8有一用户购入150W光伏组件20块和一台3kW的并网逆变器，建造光伏用户系统。组件最佳工作电压为19.2V，开路电压为23V，逆变器耐压400V,MPPT工作范围为170~300V。试问组件应如何串、并联才能达到安全、高效的设计目标？答：串联后并联。4.9客户要求光伏系统的输出功率为180W,给12V的蓄电池充电。用125mmx125mm协电池片封装成组件，每片电池的最佳工作电压为0.48V,最佳工作电流为5.45A,封装和连接线路的损耗为10%。试问：(1) 需要几块组件？如何连接？每块组件由多少电池片组成？(2) 画出简易电气连接图，并标出正、负极。答：（1）24块；串联（2）略4.10广州地区的纬度为23.10°，方阵前有颗高度为10m的大树，应考虑其阴影的长度是多少？答：5m。4.11兰州地区的纬度是北纬36.03°，方阵高度为1.6m,面积为3mx3m,朝向正南以倾角25°安装，试求两方阵之间的最小距离是多少？答：2m。第5章5.1相比于其他类型的清洁能源，氢能有何优势？答：氢能属于不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源，相比于其他类型的清洁能源具有燃烧性能好、发热值高、耗损少、无污染、利用率高的优势。5.2常见的氢能燃料电池种类有哪些？答：燃料电池的种类很多，分类方式也不同，常用的分类方式是按电解质性质不同来区分，有碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池5种不同电解质的燃料电池。5.3氢燃料电池发电系统结构由哪些元素构成？具有什么样的特点？答：氢燃料电池发电系统主要由燃料供给及循环系统、空气供给及循环系统、水/热管理系统、控制系统组成。燃料及其循环系统和氧化剂及其循环系统主要是向燃料电池提供燃料和氧化剂；水/热管理系统主要用来保证电池内部的水平衡和热平衡；控制系统则根据负载对电池功率的要求或随电池工作条件(压力、温度、电压等)的变化对反应气体的流量、压力、水/热循环系统的水流速等进行控制保证电池正常有效地运行。5.4如果你生活的地区所有电力或者单独从风能或太阳能获取，试计算所需存储的氢能容量。答：本题以江苏无锡为例。无锡年用电量约为750亿度，需要937.5万吨煤。氢气的热值为1.43×10^5kJ/kg，煤的热值为20908kJ/kg。若全用氢能提供，需要137.1万吨氢气。第6章6.1其他形式的新能源发电主要有哪些？答：就本教材而言，所述的其他形式新能源发电有以下方式：生物质能发电、水力发电、海洋能发电、地热能发电、核能发电等。6.2生物质能的形式有哪些，如何有效利用？答：生物质能是可再生能源，其原料通常包括6个方面：①木材及森林工业废弃物；②农作物及其废弃物；③水生植物；④油料植物；⑤城市和工业有机废弃物；⑥动物粪便。生物质能的形式主要有：1.森林能源及其废弃物；2.农作物及其副产物；3.禽畜粪便；4.生活垃圾。有效利用生物质能，即生物质能的转化技术，可采用直接燃烧方式、物化转换方式、生化转化方式和植物油利用方式等4大类。6.3生物质能发电的形式有哪些？答：生物质发电的形式主要有：直接燃烧发电技术、生物质气化发电技术。6.4核能有哪几种类型？答：核能主要有两种，即核裂变能和核聚变能。6.5简述水能与水力发电的原理。答：自然界中的水体在流动过程中产生的能量称为水能，包括位能、压能和动能三种形式。水力发电机发出的电能计算公式为式中P——发电机的输出功率（kW）；Q——流量（m³/s），单位时间内流过水轮机水的体积；H——水头（m），水轮机做功用的有效水头，为水轮机进出口断面的总水位差；η——电厂的效率（包括水轮机和发电机的总效率）；9.81——流速和水头转换为kW•h的一个常数。6.6海洋能发电有哪几种形式？答：海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生自然能源，主要为潮汐能、海流能、波浪能、海洋温差能和海洋盐差能等。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。6.7.地热能发电的方式有哪几种？答：地热能是来自地球深处的可再生热能。地热能发电有蒸汽型地热发电、热水型地热发电两种类型。第7章7.1请根据分布式能源相关的知识回答以下问题：（1）什么是分布式能源以及为什么要发展分布式能源技术？（2）分布式能源具有哪些特征？（3）例举出分布式能源的一个应用方向，并做出简要分析。答：（1）分布式能源也叫分布式资源，是一种能源的分布式应用系统，实现用户端的能源综合利用，相对于传统的集中供电方式而言，它将冷-热-电系统以小规模、小容量（数kW至数十MW）、模块化、分散式的方式布置在用户附近，可独立地输出冷、热、电能的系统。分布式能源无疑是解决我国资源有限问题的关键技术之一，是缓解我国严重缺电局面、保证可持续发展战略实施的有效途径之一，符合能源战略安全、电力安全以及我国天然气发展战略的需要，可缓解环境、电网调峰的压力，能够提高能源利用效率。（2）分布式能源的特征：分布式能源分布安置于需求侧的能源梯级利用，是一种以可再生能源为主体的资源综合利用系统；分布式能源是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，根据终端能源利用效率最优化确定规模；分布式能源是一种采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，将用户多种能源需求以及资源配置状况进行系统整合优化等。（3）分布式能源的其中一个应用方向为分布式能源转换设备及装置，其中以太阳能发电系统为代表，它是用太阳能光伏发电技术，并与其他能源利用方式和载体进行整合，将太阳热发电与沼气利用整合，将光伏电池与建筑材料整合，利用光导纤维与照明技术整合等。7.2电能的存储方式有哪些？飞轮储能技术属于哪种存储方式？请画出飞轮储能的原理图并做简要分析。答：电力储能技术可从能量存储方式角度可分为机械储能方式、电磁储能方式、电化学储能方式，飞轮储能技术是一种机械储能方式，飞轮储能的原理图如下所示，外部输入的电能通过电力电子装置驱动电动机旋转从而带动飞轮旋转将电能储存为机械能；当需要释放能量时，飞轮带动发电机旋转，将动能变换为电能，电力电子装置将对输出电能的频率和电压进行变换以满足负载的要求。7.3请从技术成熟度、能量密度以及储能持续时间角度比较抽水蓄能、超级电容储能以及锂电池蓄能三者的优缺点。答：从技术成熟度上看，抽水蓄能技术已经能在小时级实现几百MW的储能，而超级电容储能和锂电池蓄能则停留在示范工程阶段，且功率等级远远低于抽水蓄能。从能量密度来看，抽水蓄能和超级电容储能比较接近，而锂电池蓄能远大于前两者，因此锂电池蓄能可以节省大量土地空间。从储能持续时间来看，超级电容储能持续时间较短，锂电池蓄能持续时间一般，而抽水蓄能最长可以达到几个月，储能持续时间优势最明显。7.4什么是微电网？微电网与传统电网相比有哪些优势？答：微网是一种由负荷和微源组成的系统，可以同时向负荷提供电能和热量，微网内的微源主要由电力电子装置负责能量转换，并提供必要的控制，微网相对于上层的大电网表现为单一的可控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等方面的要求。微电网与传统电网相比具有的优势：微网内微源形式和储能装置的多样化；微网作为一个整体的系统，通过PCC与大电网单点连接，相对于大电网是单一的可控单元，从而有效解决了分布式发电系统中大量能源形式单独并网对配电网带来的负面影响；微网中的微源配置有先进的电力电子接口，使得微网可以有多种运行状态，并可以在各状态之间灵活切换。7.5请根据微网相关的知识回答以下问题：（1）直流微网与交流微网相比具有哪些优点？（2）直流微网为什么会产生环流问题？请简要分析解决环流问题的方法。（3）电压闪变或电压跌落可能会使整个直流微网系统的崩溃，请问采取什么措施可以防止电压闪变或电压跌落？答：（1）和交流微网相比，直流微网不需要对电压的相位和频率进行跟踪，可控性和可靠性大大提高，因而更加适合DER与负载的接入。理论上，直流微网仅需一级变流器便能方便地实现与DER和负载的连接，具有更高转化效率；同时，直流电在传输过程中不需要考虑配电线路的涡流损耗和线路吸收的无功能量，线路损耗得到降低。（2）根据变流器的并联特性可知，各并联模块对外表现为电压源特性时，由于配电线缆上存在阻抗压降，各节点电压存在差异，很有可能导致各并联电压源之间产生环流。为了控制母线电压的稳定和避免环流的产生，需要对并联在直流母线上的等效电压源变换电路进行均流控制。微网中常用的均流法有主从并联方法和外特性下垂并联方法。（3）为了防止电压闪变或电压跌落，常用超级电容、飞轮储能或超导储能等快速充、放电的装置对系统的电能质量进行管理。7.6直流微网容易产生电弧、火灾隐患等安全问题，请根据直流微网保护相关的知识回答以下问题：（1）直流微网保护系统的设计应遵循哪些原则？（2）在直流微网中，熔断器、断路器以及多功能接线板与插头的应用场合分别是哪些？（3）直流微网的母线故障与支路故障两者的优先级谁高？两者分别需要采取什么保护措施？答：（1）微网保护系统的设计应遵循的准则：可靠性、灵敏度、性能要求、经济性、简洁性。（2）熔断器在直流系统中的应用包括机车、采矿、蓄电池的保护等。直流微网可利用熔断器作为后备式的保护设备；为了避免交流系统中出现过大的瞬时短路电流和减少断路器的误动作，需要采用快速的断路设备，如真空断路器、混合型断路器、缓冲型断路器和固态开关等进行灭弧；多功能接线板与插头适合于供电电压较高、带大功率负载的场合使用。7.7请根据功率因数的相关知识回答以下问题：（1）什么是功率因数？功率因数与哪些变量有关？（2）试推导功率因数与总谐波含量之间的关系。（3）请列举出功率因数校正的方法。答：（1）功率因数是指交流输入有功功率与输入视在功率的比值。功率因数PF由电流失真系数γ和基波电压、基波电流相移因数cosΦ决定。（2）略。（3）附加无源滤波器；采用PWM高频整流；附加有源功率因数校正器APFC。7.8PCS的数学模型分为哪几种？分别适用于什么场景？答：三相VSC的一般数学模型可采用以下两种形式：采用开关函数描述的一般数学模型；采用占空比描述的一般数学模型。采用开关函数描述的一般数学模型是对VSC开关过程的精确描述，较适用于VSC的波形仿真。采用占空比描述的VSC低频数学模型非常适合于控制系统分析，并可直接用于控制器设计。7.9微电网的运行模式有哪两种？如何实现两者之间的平滑切换？答：微电网具有离网运行和并网运行两种模式，对于以储能作为组网电源的微电网，储能系统需要根据实际情况在离网运行和并网运行两种模式之间切换，在控制方式上主要体现为PCS从并网运行时的PQ控制方式转至离网运行时的V/f控制方式，以及从离网运行时的V/f控制方式转至并网运行时的PQ控制方式，使微电网内其他分布式电源和负荷持续运行。7.10请从功率调度能力、容量、效率等技术参数以及空气污染排放量的角度分析各个分布式能源实用化发电技术的优缺点。答：从功率调度能力上看，光伏阵列发电是四者中唯一没有功率调度能力的，因此其能量利用效率最低，从容量上看，光伏阵列发电最低，内燃机发电和微型涡轮发电较高，可见现有的发电主要还是依靠内燃机发电和微型涡轮发电，从效率上看，燃料电池发电最高，光伏阵列发电最低，因此光伏发电技术的发电量很低，只能作为辅助发电技术，从空气污染排放量的角度来看，内燃机发电、微型涡轮发电、燃料电池发电都会消耗一定的不可再生资源，产生一定的空气污染，而光伏阵列发电产生的污染为零，因此光伏阵列发电将有助于减少碳排放，缓解夏季高峰时刻用电的紧张局面。第8章8.1纯电动汽车和混合动力汽车各有何优缺点？答：纯电动汽车的特点是无排放、不依赖汽油，但是由于蓄电池的能量密度和功率密度比汽油或柴油低很多，因此纯电池电动汽车的连续行驶里程有限。虽