太阳能光伏并网发电及其逆变控制

本书是编者在长期从事太阳能光伏发电及并网逆变技术研究与产业化基础上，通过学习和研究大量国内外相关参考文献编写而成的，是对相关本科教材的深入与完善。本书以“太阳能光伏发电技术”以及“电力电子技术”理论为基础，从光伏并网发电系统与并网逆变控制角度出发，深入浅出地讨论了太阳电池技术、光伏并网系统的体系结构、光伏并网逆变器的电路拓扑、光伏并网逆变器控制策略、大功率点跟踪技术、并网光伏发电系统的孤岛效应及反孤岛策略、阳光跟踪聚集技术、光伏并网系统的低电压穿越及相关标准等内容，为光伏并网发电技术的应用与研究提供了理论基础。

电力电子新技术系列图书序言

前言

第1章绪论1

1.1太阳能及其光伏产业1

1.2光伏并网发电技术的发展7

1.2.1国内外光伏并网发电技术的发展7

1.2.2国内外光伏并网发电的激励政策17

1.2.3我国光伏发电中长期发展规划19

1.2.4光伏发电成本变化趋势及预测20

1.3国内外大型光伏发电系统简介22

1.3.1Springerville Generating Station（SGS）大型荒漠光伏电站22

1.3.2APS Star Center 调峰电站25

1.3.3Prescott的荒漠电站26

1.3.4国内外百兆瓦以上大型光伏电站27

1.3.5特色光伏电站29

1.3.6我国大型光伏电站（100MW及以上容量）30

第2章光伏电池与光伏阵列33

2.1光伏电池的物理基础33

2.1.1光伏效应的量子物理基础33

2.1.2pn结的形成37

2.1.3光生伏特效应39

2.2光伏电池的制作40

2.2.1单晶硅电池的制作流程40

2.2.2光伏电池组件及其封装42

2.2.3光伏电池组件的出厂检测44

2.3光伏阵列的建模与工程计算方法44

2.3.1光伏电池的数学模型44

2.3.2光伏电池输出特性的工程计算方法48

2.4光伏电池的应用设计50

2.4.1光伏阵列使用前的测试50

2.4.2光伏系统的一般设计方法51

2.5光伏电池新技术与新品种53

2.5.1新型pn结结构53

2.5.2多晶硅电池和非晶硅电池55

2.5.3非硅材料光伏电池56

2.5.4有机光伏电池56

2.6第三代光伏电池技术58

2.7光伏电池研究的最新成果60

参考文献63

第3章光伏并网系统的体系结构65

3.1集中式结构65

3.2交流模块式结构66

3.3串型结构67

3.4多支路结构68

3.5主从结构69

3.6直流模块式结构70

3.7小结71

参考文献71

第4章光伏并网逆变器的电路拓扑72

4.1光伏并网逆变器的分类72

4.1.1隔离型光伏并网逆变器结构72

4.1.2非隔离型并网逆变器结构73

4.2隔离型光伏并网逆变器74

4.2.1工频隔离型光伏并网逆变器74

4.2.2高频隔离型光伏并网逆变器77

4.3非隔离型光伏并网逆变器84

4.3.1单级非隔离型光伏并网逆变器84

4.3.2多级非隔离型光伏并网逆变器88

4.3.3非隔离型光伏并网逆变器问题研究94

4.4多支路光伏并网逆变器105

4.4.1隔离型多支路光伏并网逆变器105

4.4.2非隔离型多支路光伏并网逆变器107

4.4.3非隔离级联型光伏并网逆变器108

4.5微型光伏并网逆变器112

4.5.1微型光伏并网逆变器概述112

4.5.2微型逆变器的基本拓扑结构117

4.6NPC三电平光伏逆变器126

4.6.1NPC三电平逆变器拓扑结构126

4.6.2NPC三电平逆变器PWM调制策略128

参考文献135

第5章光伏并网逆变器控制策略138

5.1光伏并网逆变器控制策略概述138

5.2基于电流闭环的矢量控制策略141

5.2.1同步坐标系下并网逆变器的数学模型142

5.2.2基于电网电压定向的矢量控制（VOC）143

5.2.3基于虚拟磁链定向的矢量控制(VFOC)146

5.3直接功率控制（DPC）151

5.3.1瞬时功率的计算152

5.3.2基于电压定向的直接功率控制(VDPC)154

5.3.3基于虚拟磁链定向的直接功率控制(VFDPC)164

5.4基于LCL滤波的并网光伏逆变器控制170

5.4.1概述170

5.4.2无源阻尼法172

5.4.3有源阻尼法176

5.4.4基于LCL滤波的并网光伏逆变器滤波器设计186

5.5单相并网逆变器的控制195

5.5.1静止坐标系中单相并网逆变器的控制196

5.5.2同步旋转坐标系中单相并网逆变器的控制199

参考文献201

第6章光伏发电的最大功率点跟踪（MPPT）技术204

6.1概述204

6.2基于输出特性曲线的开环MPPT方法207

6.2.1定电压跟踪法207

6.2.2短路电流比例系数法208

6.2.3插值计算法208

6.3扰动观测法210

6.3.1扰动观测法的基本原理211

6.3.2扰动观测法的振荡与误判问题213

6.3.3扰动观测法的改进215

6.4电导增量法（INC）222

6.4.1电导增量法的基本原理223

6.4.2电导增量法的振荡与误判问题225

6.4.3电导增量法的改进232

6.5智能MPPT方法237

6.5.1基于模糊理论的MPPT控制237

6.5.2基于人工神经网络的MPPT控制240

6.5.3基于智能方法的MPPT复合控制242

6.6两类基本拓扑结构的MPPT控制245

6.6.1两级式并网光伏逆变器的MPPT控制245

6.6.2单级式并网光伏逆变器的MPPT控制249

6.7MPPT的其他问题250

6.7.1局部最大功率点问题250

6.7.2MPPT的能量损耗264

6.7.3最大功率点跟踪的效率与测试268

参考文献278

第7章并网光伏发电系统的孤岛效应及反孤岛策略281

7.1孤岛效应的基本问题281

7.1.1孤岛效应的发生与检测282

7.1.2孤岛效应发生的可能性与危险性285

7.1.3并网逆变器发生孤岛效应时的理论分析288

7.1.4孤岛效应的检测标准与研究状况293

7.1.5并网光伏系统的反孤岛测试296

7.2基于并网逆变器的被动式反孤岛策略298

7.2.1过/欠电压、过/欠频率反孤岛策略299

7.2.2基于相位跳变的反孤岛策略301

7.2.3基于电压谐波检测的反孤岛策略303

7.3基于并网逆变器的主动式反孤岛策略304

7.3.1频移法304

7.3.2基于功率扰动的反孤岛策略308

7.3.3阻抗测量方案310

7.4不可检测区域（NDZ）与反孤岛策略的有效性评估311

7.4.1基于ΔP×ΔQ坐标系孤岛检测的有效性评估312

7.4.2基于L×Cnorm坐标系孤岛检测的有效性评估317

7.4.3基于负载特征参数Qf×f0坐标系的有效性评估322

7.4.4基于负载特征参数Qf0×Cnorm坐标系的有效性评估326

7.5多逆变器并联运行时的孤岛检测分析332

7.5.1部分逆变器使用被动式反孤岛方案333

7.5.2系统中同时使用主动频移法和滑模频移法334

7.5.3系统中同时使用主动频移法和基于正反馈的主动频移法335

7.5.4系统中两台并网逆变器均使用基于正反馈的主动频移法336

7.5.5系统中两台并网逆变器均使用滑模频移法337

参考文献338

第8章阳光的跟踪与聚集342

8.1阳光跟踪与聚集的意义342

8.1.1阳光跟踪的意义342

8.1.2阳光聚集的意义343

8.2阳光跟踪系统的设计344

8.2.1阳光跟踪伺服机构344

8.2.2阳光跟踪控制系统346

8.3阳光聚集系统设计348

8.3.1聚光光伏电池及其应用中的技术要求348

8.3.2阳光聚集装置349

参考文献353

第9章光伏并网系统的低电压穿越354

9.1电网故障的特征355

9.1.1对称跌落故障356

9.1.2不对称跌落故障356

9.2光伏发电系统并网导则361

9.2.1并网导则概述361

9.2.2光伏发电系统并网导则363

9.3光伏并网系统LVRT控制策略366

9.3.1光伏并网系统电网故障时动态特性367

9.3.2光伏并网系统LVRT控制策略369

9.3.3光伏并网系统LVRT动态仿真372

9.4光伏并网系统LVRT测试规程374

9.4.1新能源并网系统测试规程374

9.4.2光伏并网系统LVRT测试规程376

9.4.3光伏并网系统仿真模型的LVRT测试377

9.5小结379

参考文献379

附录光伏并网发电标准简介381

A.1国内标准简介381

A.1.1GB/T 19964—2012光伏发电站接入电力系统技术规定381

A.1.2GB/T 29319—2012 光伏发电系统接入配电网技术规定382

A.1.3GB/T 30427—2013并网光伏发电逆变器技术要求和试验方法382

A.1.4CNCA/CTS 0002—2014光伏并网逆变器中国效率技术条件382

A.2国外标准简介383

A.2.1IEEE 1547系列标准383

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

System Equipment for Use With Distributed Energy Resources》用于

分布式发电系统的逆变器、变流器、控制器以及互联装置的

规定384

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

in the photovoltaic power systems—Part1:General requirements

光伏发电系统中功率变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 光伏发电系统中能量转换装置的安全第二部分：

逆变器的特殊要求3852100433B

第一章 概述

第二章 现代逆变技术中的开关器件及其应用

第三章 现代逆变系统结构和主回路设计

第四章 逆变变压器和铁芯电抗器的设计

第五章 现代逆变系统中的功率变换技术及其设计

第六章 现代逆变系统中的控制技术

第七章 现代逆变系统中的整流和滤波电路设计

第八章 现代逆变系统中的其他设计技术

第九章 典型的逆变系统设计实例

参考文献2100433B