2014电气工程继续教育专业课作业

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2014年专业课作业

1、不控整流与可控整流的主要区别是什么？

答：整流电路把交流电能转换为直流电能的电路。

整流电路按器件组成分为不可控整流电路、半可控整流电路、全控电路三种，其中后两种又称为可控整流电路。

1）不可控整流电路完全由不可控二极管组成，电路结构一定之后其直流整流电压和交流电源电压值的比是固定不变的。

2）半控整流电路由可控元件和二极管混合组成，在这种电路中，负载电源极性不能改变，但平均值可以调节。

3）在全控整流电路中，所有的整流元件都是可控的（SCR、GTR、GTO等），其输出直流电压的平均值及极性可以通过控制元件的导通状况而得到调节，在这种电路中，功率既可以由电源向负载传送，也可以由负载反馈给电源，即所谓的有源逆变。

一、 不可控整流方案

在直接驱动型风力发电系统中，由于发电机出口电压的幅值和频率总在变化， 需要先通过整流电路将该交流信号变换成直流电，然后再经过逆变器变换为恒频恒 压的交流电连接到电网。但是在整流过程中，由于电力电子器件的作用使得发电机 侧功率因数变低并且电流谐波增大，给发电机正常运行带来了不利影响。然而，由于该种方案结构简单，可靠性高，成本低廉；同时，不可控整流模块的功率等级可以做到很大，技术瓶颈较小，因此在实际中仍得到了较为广泛的应用。 该系统前端采用不可控整流桥整流为直流，将风力发电机发出的变压变频的交流电转化为直流电，最后经过变流器环节将电流送人电网。该系统具有工作稳定，控制简单，成本低廉等优点，适合于中小功率场合。 二、PWM整流方案

采用PWM整流方案可以实现稳定的直流电压输出，且输人側的电流波形良 好，功率因数可调，具备宝贵的四象限运行能力。然而其结构和控制方法较为复杂，成本较髙。但是随着电力电子技术特别是开关器件制造技术的发展，PWM 整流器的成本问题已经有所缓和，应用场合越来越广泛，已经成为了未来变流技术的一种趋势。

2、降压斩波电路与升压斩波电路有何不同？降压斩波电路可以用于可再生能源系统中吗？说明其原因。

答：降压斩波电路与升压斩波电路差别在于DC/DC输出的电压是降低还是升高。 Boost斩波器是常用的DC/DC升压斩波器，其拓扑如图3-1所示。

图3-1中，

Uin?t?表示输入电压，Uo表示输出电压，Ro为负载。采用不同

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

斩波技术实现的是直流到直流的变换，直接驱动型风力发电系统中，采用不可控整流方案的场合很多，此时发电机（通常采用永磁发电机）发出的三相电通过三相不可控整流桥整流后，再进行逆变然后并网发电。但由于同步发电机在低风速时输出电压较低，无法将能量回馈至电网，因此实用的电路往往在直流侧加人一个Boost升压电路，在低速时，由升压电路先将整流器输出的直流电压提升。采用此电路可使风力发电机组运行在非常宽的调速范围。Boost电路是风力发电系统中主要用到的斩波技术，其具有输人电流连续、拓扑结构简单、效率高等特点。因此，降压斩波电路可以用于可再生能源系统中。 3、分析多脉波整流电路抑制谐波的原理。 答：多脉波不可控整流方案

图2-1不可控整流器与逆变器的直驱型系统结构

不可控整流方案的缺点在于交流側谐波含量大，降低了系统的效率，给系统带来了不良影响。多脉波不可控整流技术可以显著降低交流侧的电流谐波，降低直流側的电压脉动，已经在电源、变频器等多种场合得到了广泛应用。

多脉波整流的输人为多组三相电，以12脉波整流器为例，需要两组三相电，两组三相电的相位之间错开30。实际应用中，风力发电机常采用多相发电机。 采用Matlab搭建如图2-2所示的仿真模型中，6相发电机采用两组三相电压源串联

阻感支路来模拟，且两组电压源的同相之间相差30；12脉波整流中，两组三相不可控整流桥的输入分别为6相发电机的两组三相电压，最终的整流输出再由两

组三相不可控整流桥的输出叠加而成，如图2-3所示。

图2-1不可控整流器与逆变器的直驱型系统结构

多脉波整流的输人为多组三相电，以12脉波整流器为例，需要两组三相电，两组三相电的相位之间错开30。实际应用中，风力发电机常采用多相发电机。 采用Matlab搭建如图2-2所示的仿真模型中，6相发电机采用两组三相电压源串联阻感支路来模拟，且两组电压源的同相之间相差30；12脉波整流中，两组三相不可控整流桥的输入分别为6相发电机的两组三相电压，最终的整流输出再由两组三相不可控整流桥的输出叠加而成，如图2-3所示。

图2-2 6相发电机内部等效框图 图2-3发电机侧整流及Boost

仿真框图

图2-2中，各电压源的幅值设为250V，频率设置为10Hz，串联的各电阻为

15mΩ，仿真结果如图2-4和图2-5所示。

图2-4为模拟的6相发电机的输出的相电压波形，其中Ua1、Ub1、Uc1分别

Ua2、Ub2、Uc2亦分别互差120，互差120，为图2-2中第一组三相电的三个输出；为图2-2中第二组三相电的三个输出，且两组三相电相差30%。图2-5为整流仿真结果，不可控整流桥1的输出和不可控整流桥2的输出均为6脉波，且由于两

者互差30，因此波峰、波谷互相抵消，合成后的电压变为12脉波，且波动幅值大大降低。由仿真结果可以看出，整流模块工作正常良好。

图2-4 6相发电机的相电压

图2-5 不可控整流及12脉波整流器输出波形

4、为什么对并网逆变器采用电流控制？

答：直接电流控制配合电网电压前馈的并网逆变器电流控制 方法，电流控制框图如图4-8所示。

图4-8电流控制框图