复习题-新能源发电与控制技术

一、填空题

1. 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。 2. 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。

3. 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。 4. 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。

5. 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。

6. 风力发电系统是将风能转换为，由机械、电气和控制3大系统组合构成。 7. 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。 8. 风力机又称为风轮，主要有水平轴风力机和垂直轴风力机。 9. 风力同步发电机组并网方法有自动准同步并网和自同步并网。

10. 风力异步发电机组并网方法有直接并网、降压并网和通过晶闸管软并网。 11. 风力发电的经济型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、投资回收期和投资源利润率。 12. 太阳的主要组成气体为氢80%和氦19%。

13. 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。 14. 太阳能的转换与应用包括了太能能的采集、转换、储存、传输、与应用。 15. 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。 16. 光伏发电系统主要由太阳电池板、控制器、和逆变器3大部分组成。

17. 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。

18. 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。

19. 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。 20. 燃气轮机装置主要由燃气轮机、压气机和燃烧室 3部分组成。

21. 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。

22. 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留下来 。 二、简答题

1. 简述能源的分类？

固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、核能、电能、太阳能、生物质能、风能、海洋能、地热能。一次能源、二次能源，终端能源，可再生能源和非可再生能源，新能源与常规能源，商品能源与非商品能源。 2. 什么是一次能源？

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。 3. 什么是二次能源？

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。 4. 简述新能源及主要特征。

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。 5. 简述分布式能源及主要特征。

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：高效地利用发电产生的废能生产热和电；现场端德可再生能源系统；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。 6. 简述风产生的原理。

7. 简述风力发电机组的分类。

从风轮轴的安装形式上：水平轴、垂直轴；按功率：微型、小型、中型、大型；按运行方式：独立运行、并网运行。

8. 简述变速恒频风力发电系统的控制策略。

低于额定风速时，跟踪最大风能利用系数，以获得最大能量；高于额定风速时，跟踪最大功率，并保持输出功率稳定。 9. 风力同步发电机组的并网条件有哪些？

波形相同、幅值相同、频率相同、相序相同、相位相同。

10. 影响风力发电场发电量的因素主要有哪些？

风能资源；风力发电机的排列 ；发电机的选择；风力发电场的运行管理水平。 11. 简述光伏发电系统的孤岛效应。

当分散的电源如光伏发电系统从原有的电网中断开后，虽然输电线路已经断开，但逆变器仍在运行，逆变器失去了并网赖以参考的公共电网电压，这种情况称之为孤岛效应

12. 简述光伏发电系统的最大功率点跟踪控制。

实时检测光伏阵列的输出功率，采用一定的控制算法预测当前工作状态下光伏阵列可能的最大功率输出，通过改变当前的阻抗来满足最大功率输出的要求，使光伏系统可以运行于最佳状态

13. 生物质能通常包括哪六个方面？

1）木材及森林废弃物；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。 14. 利用生物质能主要有哪几种方法？

1）直接燃烧；物化转换；生化转换；植物油利用等方式。 15. 简述我国发展和利用生物质能源的意义。

1）拓宽农业服务领域、增加农民收入；2）缓解我国能源短缺、保证能源安全；3）治理有机废弃物污染、保护生态环境；4）广泛应用生物技术、发展基因工程。 16. 简述我国生物质能应用技术主要哪几个方面发展？

1）高效直接燃烧技术和设备；2）薪材集约化综合开发利用；3）生物质能的液化、气化等新技术开发利用；4）城市生活垃圾的开发利用；5）能源植物的开发。 17. 简述燃气轮机的工作原理。

叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在高压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工，推动动力叶片高速旋转，废气排入大气中或再加利用。 18. 小型燃气轮机发电的主要形式有哪几种？

1）简单循环发电；2）前置循环热电联产或发电；3）联合循环发电或热电联产；4）整体化循环；5）核燃联合循环；6）燃机辅助循环；7）燃气烟气联合循环；8）燃气热泵联合循环；燃料电池——燃气轮联合循环 19. 我国水力资源有哪些特点？

1）水力资源总量较多，但开发利用率低；2）水力资源分布不均，与经济发展不匹配；3）大多数河流年内、年际径流分布不均；4)水力资源主要集中于大江大河，有

利于集中开发和规模外送。

20. 典型的水电站主要由哪几部分组成？

1）水工建筑物：包括大坝，引水建筑物和泄水建筑物；2）水轮发电机组：水轮机，发电机，主轴及控制系统等；3）厂房；4）变电所；输电线。

三、分析问答题

1. 分析双馈异步发电机变速恒频风力发电系统的工作原理。

图1 双馈异步发电机变速恒频风力发电系统

发电机的定子直接接在电网上，转子绕组通过集电环经AC—AC或AC—DC—AC变频器与电网相连，通过控制转子电流的频率、幅值、相位和相序实现变速恒频控制。为实现变速，当风速变化时，通过转速反馈系统控制发电机的电磁转矩，使发电机转子转速跟踪风速的变化，以获得最大风能。为实现恒频输出，当转子的转速为n时，因定子电流的频率f1=pn/60+-f2，由变频器控制f2，以维持f1恒定。当发电机转子转速低于同步速时，发电机运行在亚同步状态，此时定子向电网供电，同时电网通过变频器向转子供电，提供交流励磁电流；当发电机转子转速高于同步速时，发电机运行在超同步状态，定、转子同时向电网供电；当转子转速等于同步转速时，发电机运行在同步状态，f2=0，变频器向转子提供直流励磁，定子向电网供电，相当于一台同步发电机

2. 从广义化概念讲，新能源利用主要包括哪3个方面的内容？

综合利用能源。以提高能源利用效率和技术为目标，加快转变经济增长方式。 2）替代能源。以发展煤炭洁净燃烧技术和煤制油产业为目标，降低对石油进口的依赖。 3）新能源转换。大力发展以可再生能源为主的新能源体系，调整、优化能源结构。

3. 分析笼型异步发电机变速恒频风力发电系统的工作原理。

图2 笼型异步发电机变速恒频风力发电系统

其定子绕组通过AC—DC—AC变频器与电网相连，变速恒频策略在定子电路中实现。当风速变化时，发电机的转子转速和发电机发出的电能的频率随风速的变化而变化，通过定子绕组和电网之间的变频器将频率变化的电能转换为与电网频率相同的电能

4. 分析同步发电机的变速恒频风力发电系统的工作原理。（图3-44）

图3 同步发电机变速恒频风力发电系统

为了解决风力发电机中的转子转速和电网频率之间的刚性耦合问题，在同步发电机和电网之间加入 AC—DC—AC变频器，可以使风力发电机工作在不同的转速下，省去调速装置。而且可通过控制变频器中的电流或转子中的励磁电流来控制电磁转矩，以实现对风力机转速的控制，减小传动系统的应力，使之达到最佳运行状态。其中Pw为风力机的输入功率；Pa为发电机的输入功率；If为励磁电流。 5. 分析无刷双馈异步发电机的变速恒频风力发电系统的工作原理。

图4 无刷双馈异步变速恒频风力发电系统

磁场调制型无刷双馈异步发电机的定子中的功率绕组直接与电网相连，控制绕组通过变频器与电网相连。P*和Q*分别为有功功率和无功功率的给定值，功率控制器根据功率给定与反馈值及频率检测信号按一定的控制规律输出频率和电流的控制信号。其转子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。

6. 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。

图5 扰动观察法实现MPPT的过程

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

7. 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。

图 6 增量电导法的MPPT控制算法流程

8. 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。

图 典型的沼气内燃机发电系统的工艺流程

9. 画出垃圾焚烧发电控制的系统框图，并分析其工作原理。

10. 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。

图 微型燃气发电机组控制与电源变换系统的总体结构

11.

12. 阐述电力系统中无功补偿的作用及常用方法。

A、作用：1）减少电力损失，2）改善供电品质、提高功率因数；3）延长设备寿命。B、方法：1）低压个别补偿。根据个别需要将单台或多台低压无功补偿设备分散地与用电设备并接；2）低压集中补偿。将低压无功补偿设备通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，根据低压母线上的无功负载直接控制无功补偿设备的投切；3）高压集中补偿。指无功补偿设备直接装在变电所6~10KV高压母线上的补偿方式。

图 潮汐过程线