华中科技大学新能源考试题全解.docx
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华中科技大学新能源考试题全解
华中科技大学新能源技术复习题库
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.风力发电的经济性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、存储、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
23.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。
24.什么是一次能源？
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。
25.什么是二次能源？
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。
26.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。
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。
27.简述分布式能源及主要特征。
答：
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：
高效的利用发电产生的废能生产热和电；现场端的可再生能源系统；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。
28.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。
29.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、垂直轴；按功率：
微型、小型、中性、大型；按运行方式：
独立运行、并网运行。
30.简述变速恒频风力发电系统的控制策略。
答：
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。
31.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。
32.影响风力发电场发电量的因素主要有哪些？
答：
风电场的风能资源；风电场风力发电机的排列应合理；发电机的选型；风力发电场的运行管理水平。
33.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。
34.简述光伏发电系统的最大功率点跟踪控制。
答：
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。
35.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。
36.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。
37.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。
38.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。
39.简述燃气轮机的工作原理。
答：
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。
40.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、燃起烟气联合循环；8、燃气热泵联合循环；9、燃料电池——燃气轮机联合循环。
41.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。
42.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：
生产发电，输电和生活的建筑4、变电所：
包括变压器和各种开关控制设备等5、输电线
43.分析双馈异步发电机变速恒频风力发电系统的工作原理。
控制台
增速箱
风力机
双馈式变速恒
频风力发电机
转子侧
变流器
电网侧
变流器
定子电压
定子电流
转子电压
转子电流
电机转速
电力系统
变压器
驱动电路
驱动电路
基于微处理器的
变速恒频调速系统
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。
44.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。
45.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
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。
46.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
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。
47.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。
答：
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。
图中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则输出频率和电流的控制信号。
无刷双馈发电机的转子的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。
图4无刷双馈异步变速恒频风力发电系统
48.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。
O
△U
Pj
Pd
Pmax
Pd
Pj
P
U
△U
图5扰动观察法实现MPPT的过程
答：
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Pd49.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。
N
N
Y
Y
N
N
N
Y
Y
Y
开始
检测光伏阵列输出电压Un、电流In
dU=0？
dI/dU=-I/U?
dI/dU>-I/U?
Ur-△UUr
Ur+△UUr
dI=0?
dI>0?
Ur-△UUr
Ur+△UUr
Ub=Un
Ib=In
结束
图6增量电导法的MPPT控制算法流程
答：
由光伏阵列的P-U曲线可知，当输出功率P为最大时，即Pmax处的斜率为零，可得，整理可得，即为光伏阵列达到最大功率点的条件，即当输出电压的变化率等于输出瞬态电导的负值时，光伏阵列即工作于最大功率点。
增量电导法就是通过比较光伏阵列的电导增量和瞬间电导来改变控制信号，需要对光伏阵列的电压和电流进行采样。
Un,In为检测到光伏阵列当前电压、电流值，Ub,Ib为上一控制周期的采样值。
程序读进新值后先计算其与旧值之差，在判断电压差是否为零；若不为零，在判断式是否成立，若成立则表示功率曲线率为零，达到最大功率点；若电导变化量大于负电导值，则表示功率曲线斜率为正，Ur值将增加；反之Ur将减少。
再来讨论电压差值为零的情况，这时可以暂不处理Ur，进行下一个周期的检测，直到检测到电压差值不为零。
50.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
答：
构成沼气发电系统的主要设备有沼气发电机组、消化池粗气罐、供气泵、沼气锅炉、发电机和热回收装置。
沼气经脱硫器由贮气罐供给燃气发电机组，从而驱动与沼气内燃机相连接的发电机而产生电力。
沼气发电机组排出的冷却水和废气中的热量通过热回收装置进行回收后，作为沼气发生器的加温热源。
从废水处理厂出来的污泥进入一次消化槽和二次消化槽，在消化槽中产生的沼气首先经脱硫器进入球形贮气罐，然后由此输送入沼气发电装置中。
作为发电机组燃料的沼气中甲烷的含量必须高于50%，不必要进行二氧化碳的脱除，因为少量二氧化碳对发电机组有利，使其工作平稳，减少废气中有毒物的含量。
从发电装置出来的废沼气进入热交换器中，将热量释放出来，用来加热进行厌氧发酵的污泥，从而提高沼气的发生率。
51.画出垃圾焚烧发电控制的系统框图，并分析其工作原理。
答：
控制系统中的总协调控制器需要对垃圾焚烧全过程进行控制，包括控制方式的确定，并将逆变器控制的方式下达逆变控制器，将燃烧状态和要求下达燃烧控制器，起到整体的协调作用。
逆变控制器采集公司电网的电压和相位等信号，并控制三相SPWM逆变器，实现同步并网，将发动机所发出的交变电能换成与电网同频率、同相位的交流电后，通过逆变匹配变压器输送到公共供电网络。
而燃烧控制器采集相关的垃圾焚烧炉的温度、锅炉温度与压力、蒸汽轮机的转速及工作状态，并控制焚烧炉排的进给速度，保持焚烧系统的稳定。
52.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
答：
系统主要由微型燃机、燃料增压泵、中频发电机、大功率变频电源、蓄电池、双向DC--AC变换器、三相输出隔离变压器、自动控制系统和人机监控操作界面等环节构成。
原理：
在开机启动阶段，先断开断路器K2、使用户负载与逆变电源变压器一次侧隔离，闭合断路器K1，将100kw三相DC--AC变换器的输出和发动机相连，利用DC--AC变换器将蓄电池的直流电逆变成三相中频交流电启动中频发电机，此时发动机工作在电动状态，驱动微型燃机涡轮起动；100kw的三相主AC--DC变换器采用晶闸管可控整流模式，起动时控制系统将晶闸管触发延迟角a推到1800，使晶闸管处于截止状态，100kw三相AC--DC变换器停止变换，蓄电池通过双向DC--AC变换器向100kw三相DC--AC变换器提供直流电源，由变换器把直流电逆变为0~500Hz、400V的交流电，驱动发动机工作于电动运行模式，带动微型燃机软起动。
起动结束后K1断开，发动机从电动状态变为发电状态，输出500~1200Hz、400~900V的三相中频交流电至100kw三相DC--AC变换器；经AC--DC变换器可控整流为幅值恒定的直流电源，再经电容滤波后，由100kw三相主DC--AC变换器将直流电压逆变换为50Hz、400V的工频电源；待完成起动系统稳定工作后，K2闭合，主DC--AC逆变器通过三相隔离变压器将50Hz、400V的工频电能提供给用户负载或并入公共电网；此后，双向DC--AC变换器从直流母线获取电能向蓄电池充电，蓄电池由放电转为充电蓄能状态，为下次起动储备能量。
53.试分析潮汐能发电原理。
答：
潮汐发电是利用潮差来推动水轮机转动，再由水轮机带动发动机发电。
潮汐发电必须选择有利的海岸地形，修建潮汐水库，涨潮时蓄水，落潮时利用其势能发电。
基
准
面
高度
落潮时
低潮高
时间
潮
涨
潮差
潮
落
高潮高
涨潮时
图潮汐过程线
54.阐述电力系统中无功补偿的作用及常用方法。
答：
作用：
1）减少电力损失 一般工厂动力配线依据不同的线路及负载情况，其电力损耗约2%～3%左右，使用无功功率补偿后提高了功率因数，总电流降低，可降低供电端与用电端的电力损失。
（2）改善供电品质 提高功率因数，减少负载总电流及电压降，提高供电设备容量的利用率。
（3）延长设备寿命 改善功率因数后线路总电流减少，使接近或已经饱和的变压器、开关等机器设备和线路容量负荷降低，因此可以降低温升增加寿命。
方法：
低压个别补偿：
根据个别用电设备对无功功率的需要量将单台或多台低压无功补偿设备分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器；低压集中补偿：
是指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，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负载而直接控制无功补偿设备的投切；高压集中补偿:
是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
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