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商品簡介
作者簡介
名人/編輯推薦
序
目次
書摘/試閱
商品簡介
新能源的開發與應用已經成為國內外的研究熱點，而電力電子技術也已廣泛應用到生產和生活的各個領域，本書以電力電子技術在新能源開發與應用為切入點，較為深入地解釋了風力發電、光伏發電及太陽能熱應用的相關理論基礎，以及最大功率跟蹤、并網、低電壓穿越和孤島檢測等關鍵技術；進一步介紹了電動汽車常用的拓撲電路和工作原理，以及與蓄電池儲能相關的技術和控制策略，并深入介紹了微電網的電能質量管理、能量管理、體系結構等相關內容，最后簡要介紹了其他新能源的開發與應用。
作者簡介
劉立群,男，1976年10月生，副教授，碩導，畢業于上海交通大學電子信息與電氣工程學院電氣工程系，獲工學博士學位。已發表學術論文40余篇，其中SCI已檢索4篇（均為I區，影響因子：4.842，被他引32次），已錄用待SCI檢索3篇，EI檢索20余篇，參編教材和國外專著2部，已授權國家發明專利2項，已公開和已受理國家發明專利3項
名人/編輯推薦
《新能源開發與應用》適合從事電氣工程、能源生產、能源管理和環境保護等領域的工程技術人員和研究人員參考，也可作為高等院校熱能與動力工程、電氣工程及其自動化、電力工程及相近專業本科生和研究生的教材，同時還可作為能源相關從業人員的自學和培訓教材。
序
前 言
隨著環境問題在世界范圍內的日益嚴重，新能源的開發和利用日益得到了世界各國的重視。針對我國能源消耗總量大、單位能耗高、污染嚴重的現狀，我國政府非常重視新能源和可再生能源的開發和應用，特別是光伏發電和風力發電系統已經進入了快速發展階段。然而目前國內培養的與新能源開發技術相關的技術人員的數量遠遠不能滿足經濟社會發展的需要，所以新能源的開發與應用是高等院校各相關專業高年級學生應該初步了解和學習的內容。
本書分為7章。第1章對新能源的概念、種類、利用現狀和發展趨勢進行了介紹，第2章對太陽能的資源狀況、太陽能熱應用、光伏發電等進行了介紹，第3章對風能的資源狀況、風能發電技術和發展趨勢進行了介紹和討論，第4章對電動汽車功率變換技術進行了介紹，第5章對儲能技術進行了介紹，第6章對微電網進行了較為全面的描述，第7章對其他可再生能源進行了相關介紹。本書較為全面地介紹了新能源的資源狀況、利用原理與控制技術，以及部分原理的MATLAB仿真過程。適合從事電氣工程、能源生產、能源管理和環境保護等領域的工程技術人員、研究人員參考和使用，也可作為高等院校熱能與動力工程、電氣工程及其自動化、電力工程及相近專業的教材，也可作為研究生的教學參考書，同時也可作為自學、培訓教材。
本書由太原科技大學和太原理工大學聯合編寫，其中第1、6、7章由賈燕冰副教授編寫，第2、3章由劉立群教授編寫，第4、5章由于少娟教授編寫。本書在編寫過程中得到了國家國際科技合作項目（編號：2010DFB63200）、山西省高等學校教學改革項目（編號：J2013064、2011130）和2012年山西省特色專業建設項目（編號：201201）的大力支持，韓肖清教授、韓如成教授、王鵬教授、田建艷教授、曹銳教授和王康寧高工等提出了許多寶貴意見，兗文宇和趙飛等研究生提供了協助，在此表示感謝。
由于編者水平和經驗有限，書中難免存在不足和疏漏之處，敬請讀者批評指正。
編者
2013年10月
隨著環境問題在世界范圍內的日益嚴重，新能源的開發和利用日益得到了世界各國的重視。針對我國能源消耗總量大、單位能耗高、污染嚴重的現狀，我國政府非常重視新能源和可再生能源的開發和應用，特別是光伏發電和風力發電系統已經進入了快速發展階段。然而目前國內培養的與新能源開發技術相關的技術人員的數量遠遠不能滿足經濟社會發展的需要，所以新能源的開發與應用是高等院校各相關專業高年級學生應該初步了解和學習的內容。
本書分為7章。第1章對新能源的概念、種類、利用現狀和發展趨勢進行了介紹，第2章對太陽能的資源狀況、太陽能熱應用、光伏發電等進行了介紹，第3章對風能的資源狀況、風能發電技術和發展趨勢進行了介紹和討論，第4章對電動汽車功率變換技術進行了介紹，第5章對儲能技術進行了介紹，第6章對微電網進行了較為全面的描述，第7章對其他可再生能源進行了相關介紹。本書較為全面地介紹了新能源的資源狀況、利用原理與控制技術，以及部分原理的MATLAB仿真過程。適合從事電氣工程、能源生產、能源管理和環境保護等領域的工程技術人員、研究人員參考和使用，也可作為高等院校熱能與動力工程、電氣工程及其自動化、電力工程及相近專業的教材，也可作為研究生的教學參考書，同時也可作為自學、培訓教材。
本書由太原科技大學和太原理工大學聯合編寫，其中第1、6、7章由賈燕冰副教授編寫，第2、3章由劉立群教授編寫，第4、5章由于少娟教授編寫。本書在編寫過程中得到了國家國際科技合作項目（編號：2010DFB63200）、山西省高等學校教學改革項目（編號：J2013064、2011130）和2012年山西省特色專業建設項目（編號：201201）的大力支持，韓肖清教授、韓如成教授、王鵬教授、田建艷教授、曹銳教授和王康寧高工等提出了許多寶貴意見，兗文宇和趙飛等研究生提供了協助，在此表示感謝。
由于編者水平和經驗有限，書中難免存在不足和疏漏之處，敬請讀者批評指正。
編者
2013年10月
目次
目 錄
第1章 概述 1
1.1 能源的含義及其分類 1
1.1.1 能源的含義和分類 1
1.1.2 能源的重要性 2
1.2 中國能源現狀問題及對策 3
1.2.1 中國能源現狀 3
1.2.2 中國能源存在的問題及發展對策 3
1.3 新能源與可再生能源 5
1.3.1 新能源與可再生能源的含義及分類 5
1.3.2 新能源與可再生能源的發展前景 6
1.3.3 發展新能源與可再生能源的重大意義 7
第2章 太陽能 9
2.1 太陽能利用基礎知識 9
2.1.1 太陽 9
2.1.2 日地天文關系 10
2.1.3 太陽輻射能計算 13
2.2 太陽能利用技術 15
2.2.1 光熱轉換技術 15
2.2.2 光伏轉換技術 20
2.2.3 太陽能儲存 29
2.3 太陽能熱動力發電 32
2.3.1 塔式太陽能熱動力發電 32
2.3.2 槽式太陽能熱動力發電 33
2.3.3 碟式太陽能熱動力發電 34
2.3.4 太陽池發電 35
2.3.5 太陽能煙囪熱風發電 36
2.4 光伏電池建模及輸出特性 37
2.5 光伏發電關鍵技術 43
2.5.1 最大功率點跟蹤 43
2.5.2 并網技術 48
2.5.3 孤島檢測 51
2.5.4 低電壓穿越 53
2.6 MATLAB實例 54
2.6.1 光伏輸出特性（m文件） 55
2.6.2 最大功率跟蹤控制策略（Simulink格式） 57
2.7 太陽能應用未來發展前景 59
第3章 風能 63
3.1 風能利用基礎知識 63
3.1.1 風 63
3.1.2 風力機的發展歷史和分類 65
3.1.3 風力機基礎知識 70
3.2 風力發電系統 79
3.2.1 風力發電系統構成及分類 79
3.2.2 發電機類型發展 82
3.3 混合光伏/風力發電系統 85
3.3.1 混合光伏/風力發電系統構成 85
3.3.2 混合光伏/風力發電系統優化 85
3.4 風力發電關鍵技術 94
3.4.1 最大功率跟蹤 94
3.4.2 偏航控制 97
3.4.3 變槳距 97
3.4.4 低電壓穿越 98
3.5 MATLAB實例 101
3.5.1 風力機特性 101
3.5.2 風力發電系統仿真 104
3.6 風能利用未來發展前景 106
第4章 電動汽車功率變換技術 109
4.1 電動汽車概述 109
4.1.1 電動汽車及其分類 109
4.1.2 電動汽車的發展現狀 110
4.1.3 電力電子技術在電動汽車中的應用 112
4.2 電動汽車功率變換器概述 117
4.2.1 一般功率交換器技術 118
4.2.2 一般功率變換器分類 118
4.2.3 一般功率變換器的主要拓撲結構 119
4.3 電動車用功率變換器 131
4.3.1 高功率密度變換器 131
4.3.2 DSPM功率變換器 132
4.3.3 大功率移相調寬功率變換器 133
4.4 電動汽車功率變換器的抗干擾（電磁兼容）設計 134
4.4.1 電動車用功率變換器抗干擾問題的提出 134
4.4.2 功率變換器電磁干擾產生的原因 135
4.4.3 功率變換器電磁干擾的輻射與傳導 137
4.4.4 功率變換器的抗干擾設計 138
4.5 具有制動能量回饋能力的功率變換器技術 141
4.5.1 制動能量回收的技術要求 141
4.5.2 超級電容技術在電動汽車能量回收系統中的應用 143
4.6 電動汽車用雙向DC/DC變換器 145
4.6.1 電動汽車發展面臨的問題 145
4.6.2 雙向DC/DC變換器在電動汽車中的研究現狀 146
4.6.3 雙向DC/DC變換器的概念 148
4.6.4 雙向DC/DC變換器的拓撲構成 148
4.6.5 軟開關控制技術 150
4.6.6 雙向DC/DC變換器的控制方式 150
4.6.7 電動汽車雙向DC/DC變換器 151
4.6.8 雙半橋雙向DC/DC變換器拓撲結構的選擇與分析 153
4.7 DC/DC變換器的MATLAB仿真 160
4.7.1 計算機仿真技術簡介 160
4.7.2 DC/DC變換器MATLAB仿真實例 161
4.8 電動汽車未來發展前景 165
第5章 儲能 166
5.1 概述 166
5.1.1 儲能技術概況 166
5.1.2 新能源發電和儲能技術的展望 168
5.1.3 中國的新能源儲能技術 169
5.1.4 國際新能源儲能市場與技術 169
5.2 飛輪儲能技術 171
5.2.1 飛輪電池的組成與工作原理 171
5.2.2 飛輪電池的應用領域 173
5.2.3 國內外飛輪儲能技術的發展概況 174
5.2.4 飛輪電池能量轉換原理與矢量控制 175
5.3 飛輪電池在分布式發電系統中的應用 195
5.3.1 引言 195
5.3.2 含有飛輪電池的太陽能發電站的系統控制結構 196
5.3.3 太陽能電池的工作原理、種類及選用 197
5.3.4 飛輪儲能單元 199
5.3.5 動力系統的調節與控制 200
5.3.6 系統仿真 204
5.4 其他儲能技術 207
5.4.1 超導儲能 207
5.4.2 蓄電池儲能 208
5.4.3 超級電容儲能 210
5.4.4 電容充放電過程仿真 212
5.5 儲能技術的展望 215
第6章 微電網 217
6.1 微電網概述 217
6.1.1 微電網的定義 217
6.1.2 微電網的重要意義 218
6.1.3 微電網國內外發展狀況 219
6.2 微電網結構 222
6.2.1 微電網總體結構 222
6.2.2 微電網組成部分 224
6.2.3 微型電源及其特性 225
6.2.4 微電網接線形式及微電網負荷 227
6.3 微電網運行和控制方式 227
6.3.1 微電網運行方式 227
6.3.2 微電網逆變器控制方法 229
6.3.3 微電網儲能 233
6.4 微電網電能質量分析 234
6.4.1 諧波 235
6.4.2 電壓波動 235
6.4.3 電壓暫降 237
6.5 微電網能量管理系統 238
6.5.1 微電網能量管理基本概念 238
6.5.2 微電網能量管理體系結構 240
6.5.3 能量管理系統通信與控制功能 242
6.6 微電網控制MATLAB仿真 243
6.6.1 微電網控制仿真 243
6.6.2 微電網運行仿真 251
6.6.3 負荷擾動試驗 251
6.7 微電網的未來發展方向 253
6.7.1 高頻交流微電網和直流微電網 253
6.7.2 微電網智能化 254
第7章 其他新能源簡介 255
7.1 生物質能發電 255
7.1.1 生物質能概述 255
7.1.2 生物質能轉換技術 256
7.1.3 生物質能發電技術 260
7.1.4 生物質能發電前景 262
7.2 地熱能發電 263
7.2.1 地熱資源 263
7.2.2 地熱發電原理和發電技術 266
7.2.3 地熱能發電現狀 268
7.3 潮汐能發電 269
7.3.1 潮汐和潮汐能 269
7.3.2 潮汐能發電原理及技術 269
7.3.3 潮汐能發電前景 272
7.4 燃料電池發電 273
7.4.1 燃料電池發電簡介 273
7.4.2 幾種典型的燃料電池 275
參考文獻 280
書摘/試閱
2.1 太陽能利用基礎知識
眾所周知，太陽能是一種可再生的、清潔的、分布廣泛的、免費的能源。數千年前，人類的祖先就已經在生活中廣泛地使用太陽能，如晾曬衣物、曬谷物、曬鹽等，并初步了解了一年當中太陽東升西落的規律。本節將介紹太陽、日地天文關系和太陽輻射能計算等豹基本知識。
2.1.1太陽
在茫茫宇宙中，太陽只是一顆非常普通的恒星，然而從地球望向太空，太陽是距離地球最近的恒星，它是太陽系的中心天體。太陽的質量占到了太陽系的99.87％。太陽系中的八大行星、小行星、流星、彗星、海王星天體及星際塵埃等，都圍繞著太陽運行（公轉）。太陽的直徑大約是1 392 000km，相當于地球直徑的109倍；質量大約是2×1030 kg，相當予地球的330 000倍。太陽的形狀接近理想的球體，估計扁率大約為900萬分之一，其兩極直徑和赤道直徑的差別不到10km。
太陽的組成物質大多是普通的氣體，其中氫約占71％，氦約占27％，其他元素占2％。太陽從中心向外分為核反應區、輻射區、對流區和太陽大氣。
太陽的大氣層，像地球的大氣層一樣，可按不同的高度和不同的性質分成各個層次，即從內向外分為光球、色球和日冕三層。我們平常看到的太陽表面，是太陽大氣的最底層，溫度約為6000K。這是熱力學溫度，舊稱絕對溫度（Absolute Temperature），單位是“開爾文”，英文是Kelvin，簡稱“開”，國際代號為K（6000K=5726.85℃）。太陽的大氣層是不透明的，因此我們不能直接看見太陽內部的結構。但是，天文學家根據物理理論和對太陽表面各種現象的研究，建立了太陽內部結構和物理狀態的模型，如圖2—1所示。
太陽的內部主要可以分為三層：核心區、輻射層和對流層。
太陽的核心區半徑是太陽半徑的1／4，約占整個太陽質量的一半以上。太陽核心區的溫度極高，達到1.5×107℃，壓力也極大，使得由氫聚變為氦的熱核反應得以發生，從而釋放出極大的能量。這些能量再通過輻射層和對流層中物質的傳遞，到達太陽光球的底部，并通過光球向外輻射出去。太陽光球就是我們平常所看到的太陽圓面，通常所說的太陽半徑也是指光球的半徑。光球層位于對流層之外，是太陽大氣的最底層或最里層。
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