哈工大继续教育电气工程专业课作业题答案[2011年]

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1、继续教育电气工程专业课作业题2011年[哈尔滨工业大学]11独立供电系统与并网发电系统在结构和控制上有哪些不同？答：单级逆变系统直接将直流转化为交流，它的主要缺点是：需要较高的直流输入，使得成本提高，可靠性降低；对于最大功率点的跟踪没有独立的控制操作，使得系统整体输出功率降低；结构不够灵活，无法扩展，不能满足光伏阵列模块直流输入的多变性。因此在直流输入较低时，考虑采用交流变压器升压，以得到标准交流电压与频率，同时可使得输入输出间电气隔离。并网光伏发电系统一般由光伏阵列模块、逆变器和控制器三部分组成。逆变器将光伏电池所产

2、生的电能逆变成正弦电流并入电网中；控制器控制光伏电池最大功率点跟踪、控制逆变器并网的功率和电流的波形，从而使向电网转送的功率与光伏阵列模块所发的最大电能功率相平衡。控制器一般基于单片机或数字信号处理芯片。首先，不必考虑负载供电的稳定性和供电质量问题；其次，光伏电池可以始终运行在最大功率点处，由于大电网来接纳太阳能所发的全部电能，提高了太阳能发电的效率；再次，省略了蓄电池作为储能环节，降低了蓄电池充放电过程中的能量损失，免除了由于存在蓄电池而带来的运行与维护费用，同时也消除了处理废旧蓄电池带来的间接污染。光伏并网发电系统

3、的控制一般分为两个环节：第一个环节得到系统功率点，既光伏阵列模块工作点；第二个环节完成光伏逆变系统对电网的跟踪。同时，为保证光伏逆变器安全有效地直接工作于并网状态，系统必须具备一定的保护功能和防孤岛效应的检测与控制功能。12给出常用的并网逆变器的结构，并说明其开关控制策略。答：共有三种有源逆变模式，即：相位控制模式、相移控制模式和PWM模式实现有源逆变的原理。1）相位控制下器件开关频率低，损耗低，但输出电流相位受最小逆变角限制而不能随意调节；2）电流型相移控制下器件开关频率低，损耗低，输出电流的相位可方便地控制，但输出

4、电流谐波很大；电压型相移控制下器件开关频率低，损耗低，输出电流与负载有关，不易控制；3）电流型PWM控制下器件开关频率高，损耗高，输出电流相位虽然可控，但谐波非常大；电压型PWM控制下器件开关频率高，损耗高，但输出电流相位可控，谐波含量少，应该是最有使用价值的并网逆变器。关于相位控制逆变器，相移控制逆变器以及PWM逆变器控制汇总为以下表格内容。控制方式相位控制相移控制PWM控制电流型电压型电压型电流型换流方式电网换流强迫换流强迫换流强迫换流强迫换流电流畸变THD29.57%30.66%9.2%5%以下71.16%电流相

5、位可控（受最小逆变角限制）可控（易）可控（难）可控（易）可控（易）器件开关频率50Hz50Hz50Hz数KHz数KHz器件开关损耗低低低高高控制复杂程度简单简单简单相对复杂相对复杂三种情况下并网逆变器适用的控制策略：1）对于采用L型滤波器的并网逆变器，采用电流单环控制即可，但这种结构易受外部干扰影响，如电网电压畸变，因此常将电压前馈控制方式引入其中。另外，在滤波作用相同的情况下，滤波器所选电感值大于其他滤波器方式；2）采用LC型滤波器的并网逆变器适合采用电流双环的控制方式，系统比较稳定，适用于独立/并网双模式运行；3）

6、采用LCL型滤波器的并网逆变器系统适合采用电容电流内环的双环控制结构以得到更好的性能。另外，LCL滤波器可以更好的滤除高次谐波，适用于大功率场合。13简述并网发电系统包含的控制问题及其解决方案。并网逆变器的控制方式分为电压控制和电流控制两种。电压控制相当于将逆变器等效为一个电压源，通过控制使其输出电压相位、频率完全等同于电网电压，幅值跟踪电网电压的幅值，本质相当于将两个电压源并联。光伏发电系统实现并网运行必须满足：输出电压与电网电压同频同相同幅值，输出电流与电网电压同频同相(功率因数为1)，而且其输出还应满足电网的电能

7、质量要求。这些都依赖于逆变器的有效控制策略。光伏并网发电系统的控制一般分为两个环节：第一个环节得到系统功率点，既光伏阵列模块工作点；第二个环节完成光伏逆变系统对电网的跟踪。同时，为保证光伏逆变器安全有效地直接工作于并网状态，系统必须具备一定的保护功能和防孤岛效应的检测与控制功能。伏阵列模块工作点的控制主要有恒电压控制CVT(ConstantvoltageTracking)和最大功率点跟踪MPPT(MaximumpowerpointTracking)两种方式。CVT控制是通过将光伏阵列模块端电压稳定于某个值的方法，确定系

8、统功率点。其优点是控制简单，系统稳定性好。但当温度变化较大时，CVT控制方式下的光伏阵列模块工作点将偏离最大功率点。MPPT是当前较广泛采用的光伏阵列模块功率点控制策略。它通过实时改变系统的工作状态，跟踪阵列的最大工作点，从而实现系统的最大功率输出。它是一种自主寻优方式，动态性能较好，但稳定性不如CVT。其常用方法有”上山”法、干