高等电力电子技术复习提纲docx.docx

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2016高等电力电子技术复习提纲

1、上课的PPT必须认真研读

好的

2、掌握光伏并网系统的基本结构，基本原理和优缺点

1、集中式结

iAoACBus

优点：

由于单位发电成本低，适合用于兆瓦级光伏电站

缺点：

1）集小式结构的系统功率失配现象严重；2）光伏阵列的特性曲线出现复杂多波峰，难以实现良好的最大功率点跟踪；3）这种结构需要高压直流总线连接并网逆变器与光伏阵列，增加了成本，降低了安全性。

2、交流模块结构

FVModules

Module

ACBus66

优点：

1）光伏组件损耗低

2）无热斑阴影问题

3）每个模块独立MPPT设计效率高。

4）模块独立运行，扩展与冗余性强/

5）没有直流母线的高压，整个系统安全性提高缺点：

小容量逆变器设计，逆变器效率相对较低；

3、串型结构

PVString

ACBus66

优点：

无阻塞二极管；抗热斑和抗阴影能力增加；多串MPP设计，运行效率高；系统扩展和

冗余能力强

缺点：

仍有热斑和阴影问题；

逆变器数量多，扩展成本增加；

逆变效率降低。

4、多串集中型结构■集散式结构

优点：

无阻塞二极管；抗热斑和抗阴影能力增加；多串MPP设计，运行效率高；系统扩展和冗余能力强；单一逆变器设计，扩展成本降低；逆变效率高，适合多个不同倾斜而阵列接入，即阵列1-n可以具有不同的MPPT电压，十分适合应用于光伏建筑。

缺点：

仍有热斑和阴影问题;逆变器无兀余

5、逐个并联集中型

工作方式：

•早晨弱光时由几台逆变器中随机…台开始工作。

•当第一台满功率时接入第二台逆变器，依次投入。

•傍晚弱光时逐台退出。

优点：

•低空载损耗，充分利用了太阳能。

•逆变器轮流工作，延长寿命。

缺点：

•光伏阵列全部并联，并联损耗较大，且只能用一

种型号。

3、掌握风电机组的基本系统结构，基本原

理和优缺点

风机的主要部件包括：

叶轮、传动装置、发电机、逆变器、控制系统、机舱、塔架与基础、入网设备。

基本能量转换的为动能绸L械能■电能。

风机：

能量转换装置动能一机械能一电能

怕速系编.

-空型异步风力发电机系统：

特点：

（1）发电机励磁消耗无功功率，皆取口电网。

应选用较高功率因数发电机，并在机端并联电容；

（2）'绝大部分时间处于轻载状态，要求在屮低负载区效率较高，希望发电机的效率曲线平坦；

（3）风速不稳，易受冲击机械应力，希望发电机有较软的机械特性曲线，Smax绝对值要大；

（4）并网瞬间与电动机起动相似，存在很大的冲击电流，应在接近同步转速时并网，并加装软起动限流装置；

转子电流受控的绕线型转子异步风力发电机系统（RotorCurrentControl,RCC）优点：

（1）风速变化引起风轮转矩脉动的低频分暈由变桨调速机构调节，其高频分暈由RCC调节，可明显减轻桨叶应力，平滑输出电功率；

（2）利用风轮作为惯性储能元件，吞吐伴随转子转速变化形成的动能，提高风能利用率；

（3）电力电子主回路结构简单，不需要大功率电源。

缺点：

旋转电力电子开关电路检修、更换困难。

半变速系统：

双馈异步风力发电机系统的特点：

（1）连续变速运行，风能转换率高；

（2）部分功率变换，变流器成本相对较低;

（3）电能质暈好（输出功率平滑，功率因数高）；（4）并网简单，无冲击电流；

（5）降低桨距控制的动态响应要求；（6）改善作用于风轮桨叶上机械应力状况;

（7）双向变流器结构和控制较复杂；（8）电刷与滑环间存在机械磨损。

转子电流混合控制的异步风力发电机系统：

•优点：

（1）"简化了主回路结构和控制策略，成本低；

（2）兼具双馈控制和RCC控制的优点。

•缺点：

（1）转速范围缩小；

（2）超同步速运行时，无功功率不可调，功率因数略低.

全变速系统:

变速茏型异步风力发电机系统

系统特点

笼型异步风力发电机运行于变速变频发电状态;运行于小转差率范围，发电机机械特性硬,运行效率髙；发电机机端电压可调，轻载运行效率髙：

发电机与电网被可控的变流器隔离，

系统对电网波动的适应性好；变流器与发电机功率容量相等，系统成本高。

电励磁直驱同步风力发电机系统结构

系统特点：

通过调节转子励磁电流，可保持发电机的端电压恒定；定子绕组输出电压的频率

随转速变化；可采用不控整流和PWM逆变，成本较低；转子可采用无刷旋转励磁；转子结构

复杂，励磁消耗电功率；体积大、重量重，效率稍低°

永磁驱动同步发电机系统

系统特点：

永磁发电机具有最高的运行效率；永磁发电机的励磁不对调，导致其感应电动势

随转速和负载变化c采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC变换，可维持直流母线电压慕

本恒泄，同时可控制发电机电磁转矩以调节风轮转速；在电网侧采用PWM逆变器输出恒泄频率和电压的二相交流电，对电网波动的适应性好；永磁发电机和全容量全控变流器成本高;

永磁发电机存在定位转矩，给机组起动造成困难。

混合励磁直驱同步风力发电机系统

系统特点：

利用转了的凸极磁阻效应，增强永磁发电机的调磁能力；釆用部分功率容量的SVG逆变器向发电机机端注入无功电流，以调节发电机的端电压；无需全功率容量的脉冲整流或DC-DC变换器，可明显节省变流器的容量；SVG逆变器可兼有有源滤波的功能，能够

改善发电机中的电流波形，降低发电机的谐波损耗和温升。

各种类型发电机的对比

（1）笼型界步发电机成本低、可靠性高，在定速和变速全功率变换风力发电系统中将继续扮演重要角色;

（2）双馈异步发电机系统具有最高的性价比，特别适合于变速恒频风力发电。

将在未来数年内继续成为风电市场上的主流产品；

（3）直驱型同步风力发电机及其变流技术发展迅速，利用新技术有望人幅度减小低速发电机的体积和重量。

目前风电机组类型及特点：

1•低速型：

全功率（发电机体积最大!

）2•高速型：

双馈、全功率（发电机体积最小!

）3•中速型：

全功率（发电机体积中等!

）4.永磁发电机与齿轮箱的集成——紧凑、高效

全功率电流型风机变流器拓扑：

优点：

1）适合于高压大容量系统（功率器件串联相对容易）;

2）由于阀侧电压近似正弦，无需du/dt滤波器；3）良好的短路保护能力和LVRT特性缺点：

1）功率器件及供货问题；3）储能电感体积大、增加了损耗；2）系统的动态响应和振荡问题

电流型+电压型的风机变流器：

优点：

1）主变流器采用电流型拓扑月•以方波调制以减低损耗2）次变流器采用电压型拓扑且以低容暈实现有源滤波3）较快的动态影响和稳定性缺点：

1）变流器结构复杂；2）控制复杂

矩阵型风机变流器：

优点：

无中间储能环节，效率高；功率管的热应力相对较低（与电网频率相关）

开关损耗减少（半数的功率器件处于自然换流）；du/du低

缺点：

采用双向功率器件，且数暈较多；输入输出耦合，FRT性能差

4、非隔离型光伏并网逆变器的共模抑制问

题，以及典型非隔离型单相并网逆变器拓扑

及其原理（参考《太阳能光伏并网发电及其逆变控制》4・3・3・2相关内容）、

1：

共模电流问题：

并网逆变器功率开关动作时会产生寄生电容电压变化激励谐振电路产生共模电流O

抑制:

全桥结构：

维持交流侧输出对直流负母线的电压恒定,即共模电压恒定。

全桥双极性调制可有效的抑制共模电流，但是输出电流谐波增大、开关损耗增加。

半桥结构：

共模电压与开关频率无关均为电容电压,基本不会产生共模电流，但是电压利用率低，效率低。

改进拓扑结构来抑制共模电流:

1）:

H5拓扑

原理：

该拓扑中，SixS3在电网电流的正负半周各自导通,

S4、S5在电网正半周期以开关频率调制，而S2、S5在电网

负半周期以开关频率调制。

2）：

HERIC:

带交流旁路的全桥结构

原理：

正半周期，S5始终关断而S6始终导通，S1和S4以开关频率调制。

S1和S4关断时，电流经S6和续流二极管

D2续流。

负半周期，S6始终关断而S5始终导通，S2和S3

以开关频率调制。

S2和S3关断时，电流经S5和续流二极管

D1续流。

这种拓扑利用独有的续流路径来减小开关和导通损耗，能够

更加有效地处理无功功率，使效率提升到98%以上。

3）：

HB-ZVR

原理：

正半周期，SI、S4和S5交替导通。

SI、S4导通时,

S5关断；S5导通时，电流经S5和整流桥续流。

同样原理,

负半周期，S2、S3和S5交替导通。

该拓扑在整个工频周期内共模电压保持恒定，因此共模电流可以得到有效抑制

2.非隔离型光伏并网逆变器:

1）直接耦合系统

该系统的优点：

由于省去了笨重的工频变压器，所以可以带来以下优点：

高效率（96%左右,H5Bridge技术效率可达98%）、重量轻、结构简单、可靠性较高。

缺点

（1）太阳电池板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电网电压，对人身安全不利。

即人触摸单极时，会触电。

这在许多国家的电气安全标准中不允许。

（2）直流侧电压需要达到能够直接逆变的电压等级，即一般直流侧MPPT电压大于350V,即一般太阳电池阵列的开路电压为440V。

这对于太阳电池组件乃至整个系统的绝缘有较高要求，容易出现漏电现象。

2）单串双级不隔离系统

该系统的优点:

和第一种拓朴类似，由于省去了笨重的工频变压器，所以可以带来以下优点：

高效率（94%左右）、重量轻。

同时加入了BOOST电路用于DC/DC直流输入电压的提升，所以太阳电池阵

列的直流输入电压范围可以很宽。

（典型输入电压范围为125V-700V）缺点

（1）同样，太阳电池板少电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电网电压。

（2）使用了高频DC/DC,EMC难度加大。

（3）可靠性低。

3）多串双级不隔离系统（Mult-String

该系统的优点：

侮串PV阵列具有独立的MPPT,逆变器损耗、成本下降

因而系统效率明显提高，较适用于光伏屋顶。

缺点：

逆变器冗余能力差

4）高压三电平直接耦合模块系统

5）两相三线直接耦合模块系统

5、掌握光伏并网微型逆变器典型结构及其

基本原理

单级式微逆

按功率变换级数

微型逆变器

■■两级式微逆

按直流母线结构・伪直流母线结构

无直流母线结构

直流母线结构

伪直流母线结构

三类结构基本特点

直流母线

伪直流母线

无直流母线

功率解耦电容位置及大小

位于直流母线，电容容量中等

位于太阳能电池端，电容容量大

方案1:

位于太阳能电池端电容容量夫

方案2：

位于交流侧，电容容量小

无功补偿能力

有

需要有双向能量流动

需要双向功率开关器件

控制复杂度

简单（前后端控制独立）

中等（MPPT,电流波形控制在单极完成）

中等（MPPT,电流波形控制在单极完成）

复杂（需要功率解觸制）

成本

中

低

rsi（需要双向开关器件及驱动）

高（需要額外一组双向开关实现功率解耦）

效率

中

高

低

低

■单级式微型逆变器

以Enphase以及英伟力公司产品为代表的单级式微逆结构如图1所示,系采用反激变换器输出两倍输出电压频率脉动直流电再经晶闸管工频反转桥换向并网。

为实现功率解耦，其在输入端采用多颗电解电容并联，存在失效隐患。

单级式准谐振反激变换器

两级式微型逆变器

0前级采用推挽升压电路，适用于低压大电流的场合，正好满足微型光伏发电系统的要求；

Q后级采用单相全桥逆变电路，采用SPWM控制，再通过滤波电感得到220V、50Hz交流输出接电网；

團b推挽结构比较适合独立光伏组件并网的要求，就目前为止是比较常用也是比较有效的拓扑。

他b此电路的最大缺点是变压器绕组利用率低，工频桥臂要增加阻断二极管（阻断与直流侧交换无功），另外，功率开关管耐压应力为输入电压的两倍，会出现偏磁现象，且推挽变换器的效率

6、掌握三相电压源逆变器及其双环控制策略，以及电流内环反馈变量选取对控制性能的影响（参考《高等电力电子技术》4.2相关内容）

双闭环.ppt

7、掌握微网逆变器并联时的下垂特性及其

控制

下垂控制・ppt

2016年9月1日星期四_FS-CC