《新能源发电与控制技术》复习题 电气112-陈晓
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 电能 ，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 自动准同期并网 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 晶闸管软并网 。
11. 风力发电的经济型指标主要 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 投资利润率 。
12. 太阳的主要组成气体为 氢 和 氦 。
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 、运输 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 太阳电池组件 ，中央控制器、充放电控制器、逆变器 和 蓄电池、 蓄能元件及辅助发电设备 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 燃烧室 、 压气机 和 轮机装置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 水从多高的地方流下来 。
二、简答题
1. 简述能源的分类？
答：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水力、核能、电能、太阳能、生物质能、风能、海洋能、地热能、核聚变能。还可以分为：一次能源、二次能源、终端能源，可再生能源、非可再生能源，新能源、常规能源，商品能源、非商品能源。
2. 什么是一次能源？
答：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？
答：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。
答：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。新能源的关键是准对传统能源利用方式的先进性和替代性。广义化的新能源体系主要包涵两个方面: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。
5. 简述分布式能源及主要特征。
答：分布式能源定义为：发电系统能够在消费地点或很近的地方发电，并具有：①高效的利用发电产生的废能生产热和电；②现场端的可再生能源系统；③包括利用现场废气、废热以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。
答：风是地球上的一种自然现象，是太阳能的一种转换形式，它由太阳辐射热和地球自转、公转和地表差异等原因引起的，大气是这种能源转换的媒介。地球表面被大气层所包围，当太阳辐射能穿越地球大气层照射到地球表面时，太阳将地表的空气加温，空气受热膨胀后变轻上升，热空气上升冷空气横向切入，由于地球表面各处受热不同，使大气产生温差形成气压梯度，从而引起大气的对流运动，风是大气对流运动的表现形式。
7. 简述风力发电机组的分类。
答：从风轮轴的安装形式上：水平轴发电机组、垂直轴发电机组；按风力发电机的功率：微型、小型、中性、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。
答：变速恒频风力发电系统的基本控制策略一般确定为：①低于额定风速时，跟踪最大风能利用系数，以获得最大能量；②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？
答：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？
答：影响发电量的因素主要有：①风电场的风能资源；②风电场风力发电机的排列应合理；③发电机的选型；④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。
答：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。
答：最大功率点跟踪控制（MPPT）是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工作状态。
13. 生物质能通常包括哪六个方面？
答：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？
答：1、直接燃烧方式；2、物化转换方式；3、生化转换方式；4、植物油利用方式。
15. 简述我国发展和利用生物质能源的意义。
答：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？
答：1、高校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。
答：压气机将空气压缩后送入燃烧室，再跟燃料混合后燃烧，产生大量的高温高压气体，高温高压燃气被送入封闭的轮机装置内，并膨胀，推动叶片使机轴转动。
18. 小型燃气轮机发电的主要形式有哪几种？
答：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；9、燃料电池——燃气轮机联合循环。
19. 我国水力资源有哪些特点？
答：1、水力资源总量较多，但开发利用率低；2、水力资源地区分布不均，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？
答：水工建筑物；水轮发电机组；厂房；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
答：工作原理可概括：发电机的定子直接连接在电网上，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。为了实现变速，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，由变频器控制转子电流的频率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；当电机运行在同步状态，f2=0，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？
答：①综合利用能源。以提高能源利用效率和技能为目标，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利用体系，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。
交-直-交
变频器增速器
笼型异步发电机电网
图2 笼型异步发电机变速恒频风力发电系统
答：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着风速的变化而变化，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）
电网PW
Pa同步发电机
交-直-交变频器
风轮If
图3 同步发电机变速恒频风力发电系统
答：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。
《新能源发电与控制技术》复习题 电气112-陈晓
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 电能 ，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 自动准同期并网 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 晶闸管软并网 。
11. 风力发电的经济型指标主要 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 投资利润率 。
12. 太阳的主要组成气体为 氢 和 氦 。
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 、运输 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 太阳电池组件 ，中央控制器、充放电控制器、逆变器 和 蓄电池、 蓄能元件及辅助发电设备 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 燃烧室 、 压气机 和 轮机装置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 水从多高的地方流下来 。
二、简答题
1. 简述能源的分类？
答：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水力、核能、电能、太阳能、生物质能、风能、海洋能、地热能、核聚变能。还可以分为：一次能源、二次能源、终端能源，可再生能源、非可再生能源，新能源、常规能源，商品能源、非商品能源。
2. 什么是一次能源？
答：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？
答：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。
答：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。新能源的关键是准对传统能源利用方式的先进性和替代性。广义化的新能源体系主要包涵两个方面: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。
5. 简述分布式能源及主要特征。
答：分布式能源定义为：发电系统能够在消费地点或很近的地方发电，并具有：①高效的利用发电产生的废能生产热和电；②现场端的可再生能源系统；③包括利用现场废气、废热以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。
答：风是地球上的一种自然现象，是太阳能的一种转换形式，它由太阳辐射热和地球自转、公转和地表差异等原因引起的，大气是这种能源转换的媒介。地球表面被大气层所包围，当太阳辐射能穿越地球大气层照射到地球表面时，太阳将地表的空气加温，空气受热膨胀后变轻上升，热空气上升冷空气横向切入，由于地球表面各处受热不同，使大气产生温差形成气压梯度，从而引起大气的对流运动，风是大气对流运动的表现形式。
7. 简述风力发电机组的分类。
答：从风轮轴的安装形式上：水平轴发电机组、垂直轴发电机组；按风力发电机的功率：微型、小型、中性、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。
答：变速恒频风力发电系统的基本控制策略一般确定为：①低于额定风速时，跟踪最大风能利用系数，以获得最大能量；②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？
答：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？
答：影响发电量的因素主要有：①风电场的风能资源；②风电场风力发电机的排列应合理；③发电机的选型；④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。
答：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。
答：最大功率点跟踪控制（MPPT）是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工作状态。
13. 生物质能通常包括哪六个方面？
答：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？
答：1、直接燃烧方式；2、物化转换方式；3、生化转换方式；4、植物油利用方式。
15. 简述我国发展和利用生物质能源的意义。
答：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？
答：1、高校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。
答：压气机将空气压缩后送入燃烧室，再跟燃料混合后燃烧，产生大量的高温高压气体，高温高压燃气被送入封闭的轮机装置内，并膨胀，推动叶片使机轴转动。
18. 小型燃气轮机发电的主要形式有哪几种？
答：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；9、燃料电池——燃气轮机联合循环。
19. 我国水力资源有哪些特点？
答：1、水力资源总量较多，但开发利用率低；2、水力资源地区分布不均，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？
答：水工建筑物；水轮发电机组；厂房；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
答：工作原理可概括：发电机的定子直接连接在电网上，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。为了实现变速，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，由变频器控制转子电流的频率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；当电机运行在同步状态，f2=0，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？
答：①综合利用能源。以提高能源利用效率和技能为目标，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利用体系，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。
交-直-交
变频器增速器
笼型异步发电机电网
图2 笼型异步发电机变速恒频风力发电系统
答：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着风速的变化而变化，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）
电网PW
Pa同步发电机
交-直-交变频器
风轮If
图3 同步发电机变速恒频风力发电系统
答：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。