光伏发电技术与应用设计

目录

前言

第1章光伏发电发展概述与基本技术简介1

1.1光伏发电发展概述1

1.1.1光伏发电的发展与优势1

1.1.2国外光伏发电的发展现状与趋势2

1.1.3国内光伏发电产业的发展现状4

1.2光伏发电基本概念与技术简介5

1.2.1光伏离网发电技术5

1.2.2光伏并网发电技术6

1.2.3光伏并网逆变器的结构与种类8

1.2.4最大功率点跟踪控制技术10

1.2.5光伏并网发电的孤岛现象与检测技术10

1.2.6光伏并网发电的同步控制技术11

参考文献11

第2章光伏发电最大功率点跟踪算法与功率优化13

2.1光伏电池的建模与特性仿真研究13

2.1.1光伏电池的等效模型和输出特性13

2.1.2光伏阵列的MATLAB建模与特性仿真14

2.2光伏电池最大功率点跟踪算法16

2.2.1最大功率点跟踪原理16

2.2.2DC/DC变换电路16

2.2.3典型MPPT控制方法简介18

2.2.4改进型变步长扰动观察MPPT算法22

2.2.5基于Boost电路改进型扰动观察的MPPT算法的MATLAB/Simulink建模与仿真23

2.3光伏充电控制器的设计24

2.3.1光伏充电控制器的主体设计方案24

2.3.2蓄电池的充电特性及充电方法25

2.3.3蓄电池充电控制程序设计及PWM控制信号测试26

2.3.4光伏充电控制器的MPPT效率测试及分析28

2.4本章小结29

参考文献30

第3章单相光伏离网逆变器的工作原理与控制方法32

3.1单相光伏离网逆变器的结构与工作状态分析32

3.1.1单相光伏离网逆变器的主回路拓扑结构32

3.1.2单相全桥光伏离网逆变器工作状态分析33

3.2单相光伏离网逆变器的控制策略分析35

3.2.1SPWM控制的基本原理35

3.2.2等面积中心算法38

3.2.3双闭环PI稳压控制方法39

3.2.4电压、电流双闭环PI稳压控制方法仿真40

3.3本章小结41

参考文献41

第4章光伏并网逆变器的同步控制方法42

4.1光伏并网逆变器同步控制方法研究进展简介42

4.2光伏并网逆变器的电流滞环同步控制方法及仿真结果44

4.2.1电流滞环同步控制方法44

4.2.2电流滞环同步控制仿真结果45

4.3基于PI控制器及改进方法的光伏并网逆变器的同步及仿真结果47

4.3.1基于PI控制器的电流同步控制方法及其改进48

4.3.2基于改进PI控制器的电流同步控制方法的控制结果51

4.4基于预测控制的光伏并网电流跟踪同步改进算法52

4.4.1单相光伏并网逆变器输出回路方程建立及其离散化52

4.4.2控制算法设计及其改进55

4.5基于滤波反步法的单相光伏并网逆变器控制系统59

4.5.1基于传统反步法的单相光伏并网逆变器控制系统59

4.5.2滤波反步法设计61

4.5.3滤波反步法稳定性分析62

4.5.4仿真实验结果与分析64

4.6自适应滤波器和PID控制器相结合的光伏并网发电系统的同步方法与装置70

4.6.1技术背景70

4.6.2自适应滤波器和PID控制器相结合的光伏并网发电系统同步装置70

4.6.3自适应滤波器和PID控制器相结合的光伏并网发电系统同步方法71

4.6.4仿真实验结果与分析75

参考文献80

第5章光伏并网逆变器的非线性动力学特性82

5.1概述82

5.2基于BuckDC/DC降压变换的两级式单相全桥光伏并网逆变器83

5.2.1逆变器的电路组成与结构83

5.2.2逆变器的工作原理分析84

5.2.3逆变器的分段光滑状态方程建立84

5.2.4逆变器的分段光滑状态方程的非线性动力学行为88

5.2.5结论与讨论90

5.3基于BoostDC/DC升压变换的两级式单相全桥光伏并网逆变器90

5.3.1逆变器电路与工作原理分析90

5.3.2逆变器的分段光滑状态方程的建立92

5.3.3逆变器分段光滑状态方程动力学行为98

5.3.4内参数对两级式光伏并网逆变器非线性动力学行为的影响102

5.3.5结论与讨论103

参考文献104

第6章光伏并网发电系统的孤岛现象与检测方法106

6.1孤岛效应的概念与研究意义106

6.2孤岛检测技术的研究现状与发展动态107

6.3孤岛效应的概念与检测原理109

6.3.1孤岛效应的基本概念109

6.3.2孤岛检测的基本原理110

6.4孤岛检测的标准与检测盲区112

6.4.1孤岛检测的标准112

6.4.2检测盲区113

6.5常用的孤岛检测方法简介117

6.5.1基于电网侧的远程孤岛检测方法117

6.5.2基于并网逆变器侧的本地孤岛检测方法118

6.6基于频率偏移的主动式孤岛检测方法及其改进123

6.6.1AFD孤岛检测法123

6.6.2AFDPF孤岛检测法127

6.7改进的AFDPF孤岛检测法129

6.7.1改进的AFDPF孤岛检测法的原理介绍129

6.7.2改进的AFDPF孤岛检测法的盲区分析130

6.8AFD、AFDPF以及改进的AFDPF孤岛检测方法的仿真模型建立及仿真结果130

6.8.1仿真模型建立及仿真参数设定130

6.8.2AFD孤岛检测法的仿真结果及分析131

6.8.3AFDPF孤岛检测法的仿真结果及分析137

6.8.4改进的AFDPF孤岛检测法的仿真结果及分析146

6.9基于模糊控制的APS孤岛检测新方法151

6.9.1APS孤岛检测方法151

6.9.2改进的APS孤岛检测方法152

6.9.3改进的APS孤岛检测方法NDZ分析155

6.9.4模糊控制系统的构建156

6.9.5基于改进的APS孤岛检测方法的建模与仿真分析161

6.9.6小结164

6.10基于Morlet复小波变换的孤岛检测方法165

6.10.1Morlet复小波变换165

6.10.2基于Morlet复小波变换的孤岛检测方法166

6.10.3基于Morlet复小波变换的孤岛检测方法的建模与仿真结果分析168

6.11复小波与实小波变换在孤岛检测中的对比研究173

6.11.1有关参数设置和Morlet复小波与db10实小波的小波函数173

6.11.2仿真结果与分析174

6.12电力系统故障影响下孤岛检测新方法的有效性研究178

6.12.1电力系统故障概述178

6.12.2电力系统故障影响下孤岛检测的有效性分析179

6.13基于一维离散非线性映射的李雅普诺夫指数变化的光伏发电孤岛检测方法及装置181

6.13.1基于一维离散非线性映射的李雅普诺夫指数变化的孤岛检测的系统组成及检测原理概述181

6.13.2有关参数的计算186

6.13.3孤岛检测流程与检测结果187

6.13.4孤岛检测特性分析188

参考文献189

第7章光伏微网发电技术194

7.1概述194

7.2微网及微网研究进展195

7.2.1微网定义195

7.2.2光伏微网技术研究进展196

7.3基于小世界网络模型的光伏微网系统非线性动力学行为及其同步方法研究202

7.3.1模型与方法203

7.3.2数值计算和分析206

7.3.3结论210

7.4面向对等结构孤岛光伏微网的相互耦合同步方法210

7.4.1相互耦合混沌系统同步方法211

7.4.2面向对等结构孤岛光伏微网的相互耦合同步模型与方法211

7.4.3相互耦合同步方法同步稳定性证明212

7.4.4相互耦合同步方法的仿真验证与评价214

参考文献215

第8章1kW单相并网光伏发电系统的软硬件设计220

8.1系统总体结构220

8.1.1硬件设计221

8.1.2DSP核心电路设计221

8.1.3驱动电路设计223

8.1.4信号采集电路设计224

8.1.5辅助电源电路设计225

8.2系统软件设计226

8.2.1系统软件总体结构226

8.2.2相位同步控制的软件设计228

8.2.3电流预测同步控制的软件设计229

8.3实验结果232

8.3.1驱动信号测试实验232

8.3.2电网同步信号测试实验233

8.3.3并网电流及电网电压测试实验234

8.4本章小结236

参考文献237

附录1符号对照表238

附录2缩略词表239

彩图 2100433B

光伏发电技术为太阳能发电的大规模应用提供了技术条件，随着太阳能应用技术的不断提高和各国政府的大力扶持，太阳能光伏发电技术将会得到更广泛的应用。本书是关于光伏发电技术及设计方法研究的一部专著，是作者及其课题组历时十年，在这一研究领域所做工作的总结和深化。书中系统地阐述了光伏发电系统的建模、非线性动力学行为分析与控制方法，全面深入地研究了光伏并网发电的同步、孤岛检测、最大功率点跟踪方法，给出了作者及其合作者一系列理论研究和实验研究成果，并介绍了当前国内外在该领域的研究动态与趋势。

出版说明

前言

项目1 某校园3.6kW离网光伏发电系统设计、施工与运维

任务1.1 3.6kW离网光伏发电系统设计

1.1.1 离网光伏发电系统简介

1.1.2 离网光伏发电系统的设计内容、原则及步骤

1.1.3 离网光伏发电系统的设计过程

1.1.4 3.6kW离网光伏发电系统设计

1.1.5 3.6kW离网光伏发电系统设计仿真

任务1.2 3.6kW离网光伏发电系统施工

1.2.1 光伏组件支架安装

1.2.2 光伏组件安装

1.2.3 光伏汇流箱安装

1.2.4 蓄电池安装

1.2.5 光伏控制器安装

1.2.6 光伏逆变器安装

任务1.3 3.6kW离网光伏发电系统运维

1.3.1 光伏发电系统运行前检查

1.3.2 光伏发电系统运行前测试

1.3.3 光伏发电系统运行操作

1.3.4 光伏发电系统停机操作

1.3.5 光伏发电系统运行性能测试

1.3.6 光伏发电系统维护

1.3.7 光伏发电系统常见故障及排除

习题

项目2 家用3kW分布式光伏发电系统设计、施工与运维

任务2.1 家用3kW分布式光伏发电系统设计

2.1.1 并网光伏发电系统简介

2.1.2 分布式光伏发电简介

2.1.3 家用屋顶分布式光伏发电系统设计

2.1.4 家用3kW分布式光伏发电系统设计

任务2.2 家用3kW分布式光伏发电系统施工

2.2.1 光伏组件安装

2.2.2 光伏逆变器安装

2.2.3 双向计量电能表连接

任务2.3 家用3kW分布式光伏发电系统运维

2.3.1 系统运行

2.3.2 系统停机

2.3.3 系统能效分析

2.3.4 系统维护

2.3.5 系统常见故障检修

习题

项目3 某校园1.5MW光伏发电系统设计、施工与运维

任务3.1 1.5MW光伏发电系统设计

3.1.1 项目设计依据

3.1.2 项目概况

3.1.3 光伏组件布置

3.1.4 建筑围栏结构体系

3.1.5 并网方案设计

3.1.6 并网系统其他方面设计

3.1.7 主要产品、部件及性能参数

任务3.2 1.5MW光伏发电系统施工

3.2.1 光伏组件安装

3.2.2 光伏逆变器安装

任务3.3 1.5MW光伏发电系统运维

3.3.1 系统运行调试

3.3.2 系统维护

3.3.3 系统能效分析

习题

项目4 1MW集中式光伏发电系统设计、施工与运维

任务4.1 1MW光伏发电系统设计

4.1.1 电站选址

4.1.2 光伏组件阵列排布设计

4.1.3 直流汇流设计

4.1.4 光伏逆变器选型

4.1.5 交流配电柜选型

4.1.6 光伏电站中变压器选型

4.1.7 计算机监控系统设计

4.1.8 接地及防雷系统设计

4.1.9 1MW光伏发电系统设计过程

任务4.2 1MW光伏发电系统施工

4.2.1 光伏阵列支架安装

4.2.2 光伏组件安装

4.2.3 直流汇流箱安装

4.2.4 光伏逆变器安装

任务4.3 1MW光伏发电系统运维

4.3.1 系统调试前检测

4.3.2 系统调试

4.3.3 系统运行

4.3.4 系统维护

习题

附录 PVsyst 6软件简介

参考文献 2100433B

《光伏发电系统设计、施工与运维》是“十三五”江苏省高等学校重点教材，由徐州工业职业技术学院、江苏艾德太阳能科技有限公司共同编写。《光伏发电系统设计、施工与运维》主要内容包括某校园3.6kW离网光伏发电系统设计、施工与运维，家用3kW分布式光伏发电系统设计、施工与运维，某校园1.5MW光伏发电系统设计、施工与运维，1MW集中式光伏发电系统设计、施工与运维4个项目。 《光伏发电系统设计、施工与运维》可作为高等职业院校光伏发电技术及相关专业的教材，还可供从事光伏发电技术的专业人员参考使用

项目1太阳能光伏系统认识1

11太阳能光伏发电的应用及特点2

111光伏发电应用2

112光伏发电特点5

12光伏发电系统认识7

121光伏发电系统工作方式7

122太阳能光伏发电系统的组成及分类10

项目2太阳能资源的获取16

21我国太阳能资源分布17

22太阳辐射资源获取19

221太阳能辐射量组成19

222太阳能辐射量的测量22

23太阳能辐射量的估算24

项目3光伏电池组件及方阵容量设计27

31光伏单体电池发电特性认识27

311单体电池参数认识27

312单体电池输出特性分析29

32光伏组件输出特性分析33

33光伏方阵结构设计36

34光伏方阵容量设计41

项目4光伏储能设备认识及设计46

41铅酸蓄电池的认识47

42蓄电池的选择及容量设计52

43蓄电池的选购、安装、维护55

44超级电容器的认识及使用58

项目5光伏控制器认识64

51太阳能控制器认识64

511光伏控制器功能64

512光伏控制器分类及控制原理67

52光伏电池最大功率点跟踪方法72

53典型光伏控制应用及选购75

54典型光伏控制电路制作79

541蓄电池电压检测器电路制作79

542铅酸蓄电池充放电电路80

543太阳能草坪灯控制电路制作83

55超级电容在LED灯具中的应用87

项目6光伏逆变器89

61逆变器认识及测试89

62光伏逆变器控制原理93

621光伏逆变器工作原理93

622独立型逆变器96

623并网型逆变器103

63小功率逆变器制作107

项目7光伏发电系统容量设计110

71光伏系统容量设计考虑因素110

72光伏发电系统容量的设计与计算116

721光伏发电系统组件容量设计116

722蓄电池和蓄电池组容量设计119

723以太阳辐射量为参数的其他设计方法122

73并网光伏发电系统容量的设计与计算128

项目8太阳能光伏发电系统的整体配置与相关设计132

81太阳能光伏发电系统的整体配置132

82光伏发电供配电系统设计140

83光伏发电系统配置设计实例149

项目9RETScreen软件应用155

91认识RETScreen155

92RETScreen光伏模型中的应用156

921能源模型初始化156

922能源模型分析158

923成本分析模型设计159

924减排量分析160

925财务分析161

参考文献163 2100433B