新能源发电变流技术

由于当今经济社会可持续发展的需要，人们迫切呼吁建立以清洁、可再生能源为主的新能源结构逐渐取代以污染严重、资源有限的化石能源为主的传统能源结构。大规模开发和利用以太阳能、风能为代表的新能源对于我国能源结构调整和绿色可持续发展具有重要意义，而新能源发电变流技术则是新能源发电系统不可或缺的核心关键技术。本书面向具有一定电力电子技术基础的高年级本科生或研究生，以典型新能源发电技术为切入点，深入浅出地阐述和讨论新能源发电概述、并网逆变器及其控制、并网光伏发电及逆变器技术、风电变流器及其控制、微网逆变器及其控制、储能功率变换系统及其控制、新能源发电中的孤岛效应、新能源发电并网导则及故障穿越等内容。

张兴，男，教授、博导、安徽省政协委员。1984年毕业于合肥工业大学工业自动化专业。2008.1—2016.1年任合肥工业大学电气与自动化工程学院副院长，现任电气与自动化工程学院学术委员会副主任。依托合肥工业大学“电力电子与电力传动”重点学科和教育部光伏工程研究中心，长期开展新能源发电中的电力电子技术研究，主持国家重点研发计划、支撑计划、自然科学基金等科研项目多项，发表学术论文100余篇，出版学术专著4部（国家十二五重点图书）、教材2部（国家规划教材1部），获授权发明专利40余项，并领导团队与阳光电源股份有限公司开展了近20年长期而富有成效的产学研合作，使多项成果实现了产业化。

前言
第1章新能源发电概述1
1.1光伏发电3
1.1.1光伏发电概述3
1.1.2光伏发电的原理及分类4
1.2风力发电10
1.2.1风力发电概述10
1.2.2风力发电的原理及分类12
1.3小水力发电18
1.3.1小水力发电概述18
1.3.2小水力发电的原理及分类18
1.4海洋能发电22
1.4.1海洋能发电概述22
1.4.2海洋能发电的原理及分类22
1.5燃料电池发电29
1.5.1燃料电池发电概述29
1.5.2燃料电池发电的原理及分类30
思考题32
参考文献33
第2章并网逆变器及其控制34
2.1并网逆变器概述34
2.2同步坐标系下并网逆变器的数学模型37
2.3基于电网电压定向的直接电流控制策略39
2.4基于LCL滤波的并网逆变器控制41
2.4.1概述41
2.4.2无源阻尼法43
2.4.3有源阻尼法47
2.4.4LCL滤波器参数设计56
2.5并网逆变器控制中的锁相环技术60
2.5.1锁相环概述60
2.5.2锁相环的基本实现方法60
2.5.3三相软件锁相环技术67
2.5.4单相软件锁相环技术71
2.5.5锁相环控制参数整定74
思考题77
参考文献77
新能源发电变流技术目录第3章并网光伏发电及逆变器技术79
3.1并网光伏发电系统的体系结构79
3.1.1集中式结构80
3.1.2组串式结构81
3.1.3集散式结构82
3.1.4交流组件式结构83
3.1.5直流组件式结构83
3.1.6协同式结构84
3.2并网光伏逆变器84
3.2.1隔离型并网光伏逆变器结构85
3.2.2非隔离型并网光伏逆变器101
3.2.3微型逆变器113
3.3光伏系统的MPPT技术124
3.3.1概述124
3.3.2基于输出特性曲线的开环MPPT方法126
3.3.3扰动观测法127
3.3.4电导增量法135
3.4光伏系统PID效应及防护措施139
3.4.1PID效应概述139
3.4.2PID效应的防护141
思考题144
参考文献144
第4章风电变流器及其控制146
4.1风力发电系统概述146
4.1.1风力发电机的基本构成146
4.1.2风电机组的基本类型147
4.2双馈型风力发电机及其变流器控制151
4.2.1双馈型风力发电机及其变流系统151
4.2.2双馈电机数学模型154
4.2.3双馈电机的工作原理及工作状态162
4.2.4双馈型风电变流器的控制策略166
4.3全功率型风电变流器及其控制175
4.3.1永磁同步全功率型风力发电机及其变流器控制175
4.3.2异步全功率型风力发电机及其变流器控制185
思考题195
参考文献195
第5章微网逆变器及其控制197
5.1微网系统概述197
5.1.1微网的构成与定义197
5.1.2微网的分类与控制204
5.2微网逆变器及其控制208
5.2.1下垂控制209
5.2.2电压频率给定控制216
5.2.3有功、无功给定控制217
5.2.4微网逆变器的双模式控制及无缝切换218
5.3虚拟同步发电机控制224
5.3.1虚拟同步发电机思想的提出224
5.3.2同步发电机基本原理225
5.3.3虚拟同步发电机控制实现229
5.3.4虚拟同步发电机与同步发电机的区别231
5.3.5虚拟同步发电机的应用232
本章小结234
思考题234
参考文献235
第6章储能功率变换系统及其控制238
6.1储能系统的概述238
6.1.1储能系统的基本类型238
6.1.2典型储能系统中的变流技术245
6.2储能功率变换系统控制策略256
6.2.1功率变换系统的控制要求256
6.2.2储能系统功率变换系统控制策略257
思考题262
参考文献262
第7章新能源并网发电中的孤岛效应266
7.1孤岛效应的基本问题266
7.1.1孤岛效应发生的机理266
7.1.2孤岛效应的检测268
7.1.3并网逆变器发生孤岛时的理论分析269
7.2基于并网逆变器的被动式反孤岛策略273
7.2.1过/欠电压、过/欠频率反孤岛策略273
7.2.2基于相位跳变的反孤岛策略275
7.2.3基于电压谐波检测的反孤岛策略277
7.3基于并网逆变器的主动式反孤岛策略278
7.3.1频移法278
7.3.2基于功率扰动的反孤岛策略282
7.3.3阻抗测量方案284
7.4不可检测区域与反孤岛策略的有效性评估285
7.4.1基于ΔP×ΔQ坐标系孤岛检测的有效性评估285
7.4.2基于L×Cnorm坐标系孤岛检测的有效性评估290
思考题295
参考文献295
第8章新能源发电并网导则及故障穿越297
8.1新能源发电并网导则297
8.2电网电压跌落故障的分类303
8.3风力发电机的低电压穿越及控制307
8.3.1双馈型风力发电机的低电压穿越及控制307
8.3.2全功率型风力发电机的低电压穿越及控制316
8.4光伏发电系统的低电压穿越及控制320
8.5并网系统的低电压穿越测试324
8.5.1电网模拟器325
8.5.2新能源发电系统的低电压穿越测试325
思考题329
参考文献330