太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電及其逆變控制

本書是編者在長期從事太陽能光伏發(fā)電及并網(wǎng)逆變技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)上，通過學(xué)習(xí)和研究大量國內(nèi)外相關(guān)參考文獻(xiàn)編寫而成的，是對相關(guān)本科教材的深入與完善。本書以“太陽能光伏發(fā)電技術(shù)”以及“電力電子技術(shù)”理論為基礎(chǔ)，從光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)逆變控制角度出發(fā)，深入淺出地討論了太陽電池技術(shù)、光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、光伏并網(wǎng)逆變器的電路拓?fù)?、光伏并網(wǎng)逆變器控制策略、大功率點跟蹤技術(shù)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應(yīng)及反孤島策略、陽光跟蹤聚集技術(shù)、光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的低電壓穿越及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，為光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用與研究提供了理論基礎(chǔ)。

電力電子新技術(shù)系列圖書序言

前言

第1章緒論1

1.1太陽能及其光伏產(chǎn)業(yè)1

1.2光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展7

1.2.1國內(nèi)外光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展7

1.2.2國內(nèi)外光伏并網(wǎng)發(fā)電的激勵政策17

1.2.3我國光伏發(fā)電中長期發(fā)展規(guī)劃19

1.2.4光伏發(fā)電成本變化趨勢及預(yù)測20

1.3國內(nèi)外大型光伏發(fā)電系統(tǒng)簡介22

1.3.1Springerville Generating Station（SGS）大型荒漠光伏電站22

1.3.2APS Star Center 調(diào)峰電站25

1.3.3Prescott的荒漠電站26

1.3.4國內(nèi)外百兆瓦以上大型光伏電站27

1.3.5特色光伏電站29

1.3.6我國大型光伏電站（100MW及以上容量）30

第2章光伏電池與光伏陣列33

2.1光伏電池的物理基礎(chǔ)33

2.1.1光伏效應(yīng)的量子物理基礎(chǔ)33

2.1.2pn結(jié)的形成37

2.1.3光生伏特效應(yīng)39

2.2光伏電池的制作40

2.2.1單晶硅電池的制作流程40

2.2.2光伏電池組件及其封裝42

2.2.3光伏電池組件的出廠檢測44

2.3光伏陣列的建模與工程計算方法44

2.3.1光伏電池的數(shù)學(xué)模型44

2.3.2光伏電池輸出特性的工程計算方法48

2.4光伏電池的應(yīng)用設(shè)計50

2.4.1光伏陣列使用前的測試50

2.4.2光伏系統(tǒng)的一般設(shè)計方法51

2.5光伏電池新技術(shù)與新品種53

2.5.1新型pn結(jié)結(jié)構(gòu)53

2.5.2多晶硅電池和非晶硅電池55

2.5.3非硅材料光伏電池56

2.5.4有機(jī)光伏電池56

2.6第三代光伏電池技術(shù)58

2.7光伏電池研究的最新成果60

參考文獻(xiàn)63

第3章光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)65

3.1集中式結(jié)構(gòu)65

3.2交流模塊式結(jié)構(gòu)66

3.3串型結(jié)構(gòu)67

3.4多支路結(jié)構(gòu)68

3.5主從結(jié)構(gòu)69

3.6直流模塊式結(jié)構(gòu)70

3.7小結(jié)71

參考文獻(xiàn)71

第4章光伏并網(wǎng)逆變器的電路拓?fù)?2

4.1光伏并網(wǎng)逆變器的分類72

4.1.1隔離型光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)72

4.1.2非隔離型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)73

4.2隔離型光伏并網(wǎng)逆變器74

4.2.1工頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器74

4.2.2高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器77

4.3非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器84

4.3.1單級非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器84

4.3.2多級非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器88

4.3.3非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器問題研究94

4.4多支路光伏并網(wǎng)逆變器105

4.4.1隔離型多支路光伏并網(wǎng)逆變器105

4.4.2非隔離型多支路光伏并網(wǎng)逆變器107

4.4.3非隔離級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器108

4.5微型光伏并網(wǎng)逆變器112

4.5.1微型光伏并網(wǎng)逆變器概述112

4.5.2微型逆變器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)117

4.6NPC三電平光伏逆變器126

4.6.1NPC三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)126

4.6.2NPC三電平逆變器PWM調(diào)制策略128

參考文獻(xiàn)135

第5章光伏并網(wǎng)逆變器控制策略138

5.1光伏并網(wǎng)逆變器控制策略概述138

5.2基于電流閉環(huán)的矢量控制策略141

5.2.1同步坐標(biāo)系下并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型142

5.2.2基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制（VOC）143

5.2.3基于虛擬磁鏈定向的矢量控制(VFOC)146

5.3直接功率控制（DPC）151

5.3.1瞬時功率的計算152

5.3.2基于電壓定向的直接功率控制(VDPC)154

5.3.3基于虛擬磁鏈定向的直接功率控制(VFDPC)164

5.4基于LCL濾波的并網(wǎng)光伏逆變器控制170

5.4.1概述170

5.4.2無源阻尼法172

5.4.3有源阻尼法176

5.4.4基于LCL濾波的并網(wǎng)光伏逆變器濾波器設(shè)計186

5.5單相并網(wǎng)逆變器的控制195

5.5.1靜止坐標(biāo)系中單相并網(wǎng)逆變器的控制196

5.5.2同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中單相并網(wǎng)逆變器的控制199

參考文獻(xiàn)201

第6章光伏發(fā)電的最大功率點跟蹤（MPPT）技術(shù)204

6.1概述204

6.2基于輸出特性曲線的開環(huán)MPPT方法207

6.2.1定電壓跟蹤法207

6.2.2短路電流比例系數(shù)法208

6.2.3插值計算法208

6.3擾動觀測法210

6.3.1擾動觀測法的基本原理211

6.3.2擾動觀測法的振蕩與誤判問題213

6.3.3擾動觀測法的改進(jìn)215

6.4電導(dǎo)增量法（INC）222

6.4.1電導(dǎo)增量法的基本原理223

6.4.2電導(dǎo)增量法的振蕩與誤判問題225

6.4.3電導(dǎo)增量法的改進(jìn)232

6.5智能MPPT方法237

6.5.1基于模糊理論的MPPT控制237

6.5.2基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MPPT控制240

6.5.3基于智能方法的MPPT復(fù)合控制242

6.6兩類基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的MPPT控制245

6.6.1兩級式并網(wǎng)光伏逆變器的MPPT控制245

6.6.2單級式并網(wǎng)光伏逆變器的MPPT控制249

6.7MPPT的其他問題250

6.7.1局部最大功率點問題250

6.7.2MPPT的能量損耗264

6.7.3最大功率點跟蹤的效率與測試268

參考文獻(xiàn)278

第7章并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應(yīng)及反孤島策略281

7.1孤島效應(yīng)的基本問題281

7.1.1孤島效應(yīng)的發(fā)生與檢測282

7.1.2孤島效應(yīng)發(fā)生的可能性與危險性285

7.1.3并網(wǎng)逆變器發(fā)生孤島效應(yīng)時的理論分析288

7.1.4孤島效應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)與研究狀況293

7.1.5并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的反孤島測試296

7.2基于并網(wǎng)逆變器的被動式反孤島策略298

7.2.1過/欠電壓、過/欠頻率反孤島策略299

7.2.2基于相位跳變的反孤島策略301

7.2.3基于電壓諧波檢測的反孤島策略303

7.3基于并網(wǎng)逆變器的主動式反孤島策略304

7.3.1頻移法304

7.3.2基于功率擾動的反孤島策略308

7.3.3阻抗測量方案310

7.4不可檢測區(qū)域（NDZ）與反孤島策略的有效性評估311

7.4.1基于ΔP×ΔQ坐標(biāo)系孤島檢測的有效性評估312

7.4.2基于L×Cnorm坐標(biāo)系孤島檢測的有效性評估317

7.4.3基于負(fù)載特征參數(shù)Qf×f0坐標(biāo)系的有效性評估322

7.4.4基于負(fù)載特征參數(shù)Qf0×Cnorm坐標(biāo)系的有效性評估326

7.5多逆變器并聯(lián)運行時的孤島檢測分析332

7.5.1部分逆變器使用被動式反孤島方案333

7.5.2系統(tǒng)中同時使用主動頻移法和滑模頻移法334

7.5.3系統(tǒng)中同時使用主動頻移法和基于正反饋的主動頻移法335

7.5.4系統(tǒng)中兩臺并網(wǎng)逆變器均使用基于正反饋的主動頻移法336

7.5.5系統(tǒng)中兩臺并網(wǎng)逆變器均使用滑模頻移法337

參考文獻(xiàn)338

第8章陽光的跟蹤與聚集342

8.1陽光跟蹤與聚集的意義342

8.1.1陽光跟蹤的意義342

8.1.2陽光聚集的意義343

8.2陽光跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計344

8.2.1陽光跟蹤伺服機(jī)構(gòu)344

8.2.2陽光跟蹤控制系統(tǒng)346

8.3陽光聚集系統(tǒng)設(shè)計348

8.3.1聚光光伏電池及其應(yīng)用中的技術(shù)要求348

8.3.2陽光聚集裝置349

參考文獻(xiàn)353

第9章光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的低電壓穿越354

9.1電網(wǎng)故障的特征355

9.1.1對稱跌落故障356

9.1.2不對稱跌落故障356

9.2光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)導(dǎo)則361

9.2.1并網(wǎng)導(dǎo)則概述361

9.2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)導(dǎo)則363

9.3光伏并網(wǎng)系統(tǒng)LVRT控制策略366

9.3.1光伏并網(wǎng)系統(tǒng)電網(wǎng)故障時動態(tài)特性367

9.3.2光伏并網(wǎng)系統(tǒng)LVRT控制策略369

9.3.3光伏并網(wǎng)系統(tǒng)LVRT動態(tài)仿真372

9.4光伏并網(wǎng)系統(tǒng)LVRT測試規(guī)程374

9.4.1新能源并網(wǎng)系統(tǒng)測試規(guī)程374

9.4.2光伏并網(wǎng)系統(tǒng)LVRT測試規(guī)程376

9.4.3光伏并網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型的LVRT測試377

9.5小結(jié)379

參考文獻(xiàn)379

附錄光伏并網(wǎng)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)簡介381

A.1國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)簡介381

A.1.1GB/T 19964—2012光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定381

A.1.2GB/T 29319—2012 光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定382

A.1.3GB/T 30427—2013并網(wǎng)光伏發(fā)電逆變器技術(shù)要求和試驗方法382

A.1.4CNCA/CTS 0002—2014光伏并網(wǎng)逆變器中國效率技術(shù)條件382

A.2國外標(biāo)準(zhǔn)簡介383

A.2.1IEEE 1547系列標(biāo)準(zhǔn)383

A.2.2UL 1741：2010《Inverters,Converters,Controllers and Interconnection

System Equipment for Use With Distributed Energy Resources》用于

分布式發(fā)電系統(tǒng)的逆變器、變流器、控制器以及互聯(lián)裝置的

規(guī)定384

A.2.3IEC 621091：2010 （Final Draft）safety of power converters for use

in the photovoltaic power systems—Part1:General requirements

光伏發(fā)電系統(tǒng)中功率變流器的安全第一部分：通用要求385

A.2.4IEC 621092：2011（Committee Draft）Safety of power converters for

use in photovoltaic power systems—Part 2:Particular requirements for

inverters 光伏發(fā)電系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換裝置的安全第二部分：

逆變器的特殊要求3852100433B

第一章 概述

第二章 現(xiàn)代逆變技術(shù)中的開關(guān)器件及其應(yīng)用

第三章 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和主回路設(shè)計

第四章 逆變變壓器和鐵芯電抗器的設(shè)計

第五章 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)中的功率變換技術(shù)及其設(shè)計

第六章 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)中的控制技術(shù)

第七章 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)中的整流和濾波電路設(shè)計

第八章 現(xiàn)代逆變系統(tǒng)中的其他設(shè)計技術(shù)

第九章 典型的逆變系統(tǒng)設(shè)計實例

參考文獻(xiàn)2100433B