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目次
商品簡介
《新能源發電並網控制技術及應用》以新能源發電並網控制技術為核心，面向工程應用實踐，圍繞光伏發電系統、儲能系統及並網系統等方面，探討發電並網原理、混合儲能系統功率分配、並網運行控制等諸多理論和技術問題；圍繞風力發電並網控制方面，探討風力發電系統組成及數學模型、新型低電壓穿越控制技術、級聯STATCOM控制方法等理論和技術問題。《新能源發電並網控制技術及應用》有一定的理論深度，也有許多工程實踐應用，強調理論與實際相結合，其中許多內容是研究團隊多年科研工作的成果與結晶。
目次
目錄
第1章 緒論 1
1.1 新能源發電的背景 1
1.1.1 光伏發電的背景 1
1.1.2 風力發電的背景 2
1.2 新能源發電國內外研究歷程 3
1.2.1 光伏發電國內外研究歷程 3
1.2.2 風力發電國內外研究歷程 5
1.3 新能源發電並網控制技術國內外研究歷程 7
1.3.1 光伏發電並網控制技術國內外研究歷程 7
1.3.2 風力發電並網控制技術國內外研究歷程 8
1.3.3 風電場STATCOM的應用 10
1.4 小結 11
第2章 光伏發電系統組成和基本原理 12
2.1 光伏發電系統的組成 12
2.1.1 光伏發電系統的簡介 12
2.1.2 多功能一體化光伏發電裝置 13
2.1.3 防逆流控制方法和裝置 14
2.2 光伏電池的原理及特性 15
2.2.1 光伏電池工作原理 15
2.2.2 光伏電池數學模型 16
2.2.3 光伏電池輸出特性 18
2.3 光伏並網發電系統原理 20
2.3.1 單級式並網發電系統 20
2.3.2 兩級式並網發電系統 21
2.4 儲能系統原理及數學模型 22
2.4.1 蓄電池的數學模型 22
2.4.2 超級電容器的數學模型 24
2.4.3 混合儲能系統的數學模型 25
2.5 小結 26
第3章 光伏並網逆變器組成和基本原理 27
3.1 光伏逆變器拓撲結構及工作原理 27
3.1.1 升壓部分拓撲結構及工作原理 27
3.1.2 逆變部分拓撲結構及工作原理 28
3.1.3 濾波部分拓撲結構及工作原理 30
3.2 級聯型光伏並網逆變器拓撲及工作原理 32
3.2.1 級聯型逆變器拓撲 32
3.2.2 級聯型逆變器工作模式 34
3.3 級聯型光伏並網逆變器工作原理 36
3.3.1 逆變器的選擇 36
3.3.2 級聯型兩級式並網逆變器工作原理 38
3.4 小結 40
第4章 基於BP神經網絡的HESS系統荷電狀態估計 41
4.1 人工神經網絡的基本原理 41
4.1.1 神經元模型 41
4.1.2 神經元連接方式 42
4.2 神經網絡的學習算法理論 42
4.2.1 梯度最速下降算法 43
4.2.2 學習率可調整的BP 算法 44
4.2.3 增強型學習率自適應算法 44
4.3 BP神經網絡的荷電狀態估計效果分析 45
4.4 小結 48
第5章 微電網HESS系統功率分配協調控制 49
5.1 基於功率頻率的HESS系統功率指令初級分配方法 49
5.1.1 一階低通濾波方法 49
5.1.2 小波包分解方法 50
5.1.3 滑動平均濾波方法 51
5.2 基於儲能元件荷電狀態的HESS系統功率協調控制方法 52
5.3 仿真驗證 53
5.4 小結 58
第6章 光伏逆變器並網運行控制方法 59
6.1 基於准PR調節器的並網電流控制 59
6.1.1 電壓電流雙環控制 60
6.1.2 電壓外環的實現 61
6.1.3 電流內環的實現 62
6.2 最大功率點跟蹤控制 65
6.2.1 光伏電池等效電路和數學模型 66
6.2.2 常用MPPT控制方法及其局限性 68
6.2.3 最大功率點跟蹤優化控制方法 69
6.3 仿真驗證 72
6.4 小結 76
第7章 光伏逆變器防孤島運行控制方法 77
7.1 逆變器防孤島運行檢測方法 77
7.2 主被動式相結合防孤島運行控制方法 80
7.2.1 防孤島運行控制工作原理 80
7.2.2 基於Qf0×Cnorm坐標系模型參數優化 81
7.3 仿真驗證 84
7.4 小結 86
第8章 級聯型兩級式光伏並網逆變器控制方法 87
8.1 級聯型兩級式並網逆變器MPPT控制方法 87
8.1.1 光伏陣列的輸出特性 87
8.1.2 傳統MPPT控制方法 90
8.1.3 基於GA的光伏MPPT變加速擾動法 93
8.1.4 仿真驗證 97
8.2 級聯型兩級式並網逆變器直流母線均壓控制 99
8.2.1 級聯型逆變器調製技術 99
8.2.2 傳統控制算法 101
8.2.3 基於誤差標么化的占空比微調均壓控制方法 103
8.2.4 仿真驗證 105
8.3 小結 108
第9章 下垂係數動態調節的微電網逆變器控制策略 109
9.1 微電網逆變器數學模型 109
9.2 下垂控制的基本原理 111
9.2.1 基本原理分析 111
9.2.2 控制模塊分析 113
9.3 傳統固定下垂係數的控制策略 116
9.4 下垂係數動態調節的控制策略 117
9.4.1 動態下垂控制方法分析 117
9.4.2 動態下垂控制器參數設計 118
9.5 電壓電流雙閉環控制器參數設計 119
9.5.1 電壓環控制器設計 119
9.5.2 電流環控制器設計 120
9.6 仿真驗證 122
9.6.1 離網運行仿真 122
9.6.2 並網運行仿真 125
9.7 小結 127
第10章 光伏逆變器運行模式切換控制方法 128
10.1 孤島檢測原理 128
10.1.1 頻率擾動法原理分析 129
10.1.2 帶正反饋的頻率擾動法原理分析 130
10.2 微電網逆變器並\\離網模式切換分析 131
10.2.1 並網切換至離網分析 132
10.2.2 離網切換至並網分析 132
10.3 並網至離網平滑切換控制策略 133
10.3.1 基於增強型頻率正反饋的孤島檢測方法 134
10.3.2 孤島檢測仿真 136
10.4 並網至離網切換過程仿真 138
10.5 離網至並網平滑切換控制策略 140
10.5.1 基於動態下垂係數的預同步策略 140
10.5.2 離網至並網切換過程仿真 142
10.6 仿真驗證 143
10.6.1 硬件平臺設計 143
10.6.2 輸出濾波器設計 145
10.6.3 控制系統程序設計 146
10.6.4 實驗結果分析 147
10.7 小結 148
第11章 風力發電系統組成及數學模型 149
11.1 風力機的數學模型 149
11.2 雙饋電機的數學模型 150
11.2.1 靜止坐標系下的數學模型 152
11.2.2 同步旋轉坐標系下的數學模型 154
11.3 網側變換器的數學模型 156
11.4 雙饋電機及網側變換器的MATLAB 建模 158
11.5 STATCOM拓撲結構與工作原理 159
11.5.1 STATCOM電路基本結構 159
11.5.2 STATCOM的工作原理 160
11.6 小結 162
第12章 風力發電系統低電壓穿越技術研究 164
12.1 基於Crowbar電路的低電壓穿越技術 164
12.1.1 電壓跌落的基本概念 164
12.1.2 低電壓穿越的硬件保護方法 166
12.1.3 基於Crowbar硬件保護電路的低電壓穿越技術 167
12.1.4 仿真驗證 173
12.2 基於狀態反饋線性化的網側變換器低電壓穿越技術 175
12.2.1 狀態反饋線性化理論 176
12.2.2 網側變換器的狀態反饋線性化控制 180
12.2.3 仿真驗證 183
12.3 小結 186
第13章 STATCOM補償指令電流檢測方法研究 187
13.1 STATCOM補償指令電流定義 187
13.2 傳統STATCOM補償指令電流檢測方法及局限性 188
13.2.1 矢量坐標變換原理 188
13.2.2 傳統p-q檢測方法 189
13.2.3 傳統ip-iq檢測方法 190
13.2.4 傳統檢測方法的局限性 194
13.3 跨端口STATCOM補償指令電流檢測方法 195
13.3.1 STATCOM跨端口工況下的局限性 195
13.3.2 跨端口STATCOM補償指令電流檢測方法 195
13.3.3 仿真驗證 198
13.4 改進型STATCOM補償指令電流檢測方法 202
13.4.1 傳統鎖相環的工作局限性 202
13.4.2 改進的軟件鎖相環算法 202
13.4.3 相位調節模塊 206
13.4.4 改進型STATCOM補償指令電流檢測方法 207
13.4.5 仿真與實驗分析 208
13.5 小結 212
第14章 風電並網中級聯STATCOM的正負序解耦控制方法 213
14.1 級聯STATCOM結構原理與調製策略 213
14.1.1 拓撲結構與工作原理 213
14.1.2 單極倍頻SPWM調製策略 222
14.2 級聯STATCOM直流側電容電壓平衡控制方法 224
14.2.1 直流側電容電壓不平衡的原因 224
14.2.2 傳統電容電壓平衡控制方法 225
14.2.3 有功功率均等分配的直流側電容電壓平衡控制方法 227
14.2.4 仿真與實驗分析 229
14.3 不平衡工況下級聯STATCOM控制方法 233
14.3.1 系統不平衡產生原因及危害 233
14.3.2 不平衡工況下級聯STATCOM工作特性分析 234
14.3.3 基於正序-負序解耦PWM 的級聯STATCOM控制方法 236
14.3.4 仿真與實驗分析 239
14.4 級聯STATCOM控制系統設計 242
14.4.1 控制硬件設計 242
14.4.2 控制軟件設計 245
14.5 小結 254
第15章 不平衡條件下級聯STATCOM的複合控制方法 255
15.1 級聯STATCOM數學建模 255
15.1.1 級聯STATCOM建模方法分析 255
15.1.2 級聯STATCOM建模假設 256
15.1.3 級聯STATCOM數學模型 256
15.2 級聯STATCOM直流側電容電壓分層控制方法 259
15.2.1 級聯STATCOM直流側電容電壓不平衡機理 259
15.2.2 級聯STATCOM直流電容電壓分層控制方法 260
15.2.3 仿真與實驗分析 266
15.3 系統不平衡條件下級聯STATCOM控制方法 274
15.3.1 系統不平衡條件下級聯STATCOM運行分析 274
15.3.2 系統不平衡條件下級聯STATCOM負序分量的數學模型 277
15.3.3 系統不平衡條件下級聯STATCOM 控制方法 278
15.3.4 仿真與實驗分析 282
15.4 小結 289
參考文獻 290
第1章 緒論 1
1.1 新能源發電的背景 1
1.1.1 光伏發電的背景 1
1.1.2 風力發電的背景 2
1.2 新能源發電國內外研究歷程 3
1.2.1 光伏發電國內外研究歷程 3
1.2.2 風力發電國內外研究歷程 5
1.3 新能源發電並網控制技術國內外研究歷程 7
1.3.1 光伏發電並網控制技術國內外研究歷程 7
1.3.2 風力發電並網控制技術國內外研究歷程 8
1.3.3 風電場STATCOM的應用 10
1.4 小結 11
第2章 光伏發電系統組成和基本原理 12
2.1 光伏發電系統的組成 12
2.1.1 光伏發電系統的簡介 12
2.1.2 多功能一體化光伏發電裝置 13
2.1.3 防逆流控制方法和裝置 14
2.2 光伏電池的原理及特性 15
2.2.1 光伏電池工作原理 15
2.2.2 光伏電池數學模型 16
2.2.3 光伏電池輸出特性 18
2.3 光伏並網發電系統原理 20
2.3.1 單級式並網發電系統 20
2.3.2 兩級式並網發電系統 21
2.4 儲能系統原理及數學模型 22
2.4.1 蓄電池的數學模型 22
2.4.2 超級電容器的數學模型 24
2.4.3 混合儲能系統的數學模型 25
2.5 小結 26
第3章 光伏並網逆變器組成和基本原理 27
3.1 光伏逆變器拓撲結構及工作原理 27
3.1.1 升壓部分拓撲結構及工作原理 27
3.1.2 逆變部分拓撲結構及工作原理 28
3.1.3 濾波部分拓撲結構及工作原理 30
3.2 級聯型光伏並網逆變器拓撲及工作原理 32
3.2.1 級聯型逆變器拓撲 32
3.2.2 級聯型逆變器工作模式 34
3.3 級聯型光伏並網逆變器工作原理 36
3.3.1 逆變器的選擇 36
3.3.2 級聯型兩級式並網逆變器工作原理 38
3.4 小結 40
第4章 基於BP神經網絡的HESS系統荷電狀態估計 41
4.1 人工神經網絡的基本原理 41
4.1.1 神經元模型 41
4.1.2 神經元連接方式 42
4.2 神經網絡的學習算法理論 42
4.2.1 梯度最速下降算法 43
4.2.2 學習率可調整的BP 算法 44
4.2.3 增強型學習率自適應算法 44
4.3 BP神經網絡的荷電狀態估計效果分析 45
4.4 小結 48
第5章 微電網HESS系統功率分配協調控制 49
5.1 基於功率頻率的HESS系統功率指令初級分配方法 49
5.1.1 一階低通濾波方法 49
5.1.2 小波包分解方法 50
5.1.3 滑動平均濾波方法 51
5.2 基於儲能元件荷電狀態的HESS系統功率協調控制方法 52
5.3 仿真驗證 53
5.4 小結 58
第6章 光伏逆變器並網運行控制方法 59
6.1 基於准PR調節器的並網電流控制 59
6.1.1 電壓電流雙環控制 60
6.1.2 電壓外環的實現 61
6.1.3 電流內環的實現 62
6.2 最大功率點跟蹤控制 65
6.2.1 光伏電池等效電路和數學模型 66
6.2.2 常用MPPT控制方法及其局限性 68
6.2.3 最大功率點跟蹤優化控制方法 69
6.3 仿真驗證 72
6.4 小結 76
第7章 光伏逆變器防孤島運行控制方法 77
7.1 逆變器防孤島運行檢測方法 77
7.2 主被動式相結合防孤島運行控制方法 80
7.2.1 防孤島運行控制工作原理 80
7.2.2 基於Qf0×Cnorm坐標系模型參數優化 81
7.3 仿真驗證 84
7.4 小結 86
第8章 級聯型兩級式光伏並網逆變器控制方法 87
8.1 級聯型兩級式並網逆變器MPPT控制方法 87
8.1.1 光伏陣列的輸出特性 87
8.1.2 傳統MPPT控制方法 90
8.1.3 基於GA的光伏MPPT變加速擾動法 93
8.1.4 仿真驗證 97
8.2 級聯型兩級式並網逆變器直流母線均壓控制 99
8.2.1 級聯型逆變器調製技術 99
8.2.2 傳統控制算法 101
8.2.3 基於誤差標么化的占空比微調均壓控制方法 103
8.2.4 仿真驗證 105
8.3 小結 108
第9章 下垂係數動態調節的微電網逆變器控制策略 109
9.1 微電網逆變器數學模型 109
9.2 下垂控制的基本原理 111
9.2.1 基本原理分析 111
9.2.2 控制模塊分析 113
9.3 傳統固定下垂係數的控制策略 116
9.4 下垂係數動態調節的控制策略 117
9.4.1 動態下垂控制方法分析 117
9.4.2 動態下垂控制器參數設計 118
9.5 電壓電流雙閉環控制器參數設計 119
9.5.1 電壓環控制器設計 119
9.5.2 電流環控制器設計 120
9.6 仿真驗證 122
9.6.1 離網運行仿真 122
9.6.2 並網運行仿真 125
9.7 小結 127
第10章 光伏逆變器運行模式切換控制方法 128
10.1 孤島檢測原理 128
10.1.1 頻率擾動法原理分析 129
10.1.2 帶正反饋的頻率擾動法原理分析 130
10.2 微電網逆變器並\\離網模式切換分析 131
10.2.1 並網切換至離網分析 132
10.2.2 離網切換至並網分析 132
10.3 並網至離網平滑切換控制策略 133
10.3.1 基於增強型頻率正反饋的孤島檢測方法 134
10.3.2 孤島檢測仿真 136
10.4 並網至離網切換過程仿真 138
10.5 離網至並網平滑切換控制策略 140
10.5.1 基於動態下垂係數的預同步策略 140
10.5.2 離網至並網切換過程仿真 142
10.6 仿真驗證 143
10.6.1 硬件平臺設計 143
10.6.2 輸出濾波器設計 145
10.6.3 控制系統程序設計 146
10.6.4 實驗結果分析 147
10.7 小結 148
第11章 風力發電系統組成及數學模型 149
11.1 風力機的數學模型 149
11.2 雙饋電機的數學模型 150
11.2.1 靜止坐標系下的數學模型 152
11.2.2 同步旋轉坐標系下的數學模型 154
11.3 網側變換器的數學模型 156
11.4 雙饋電機及網側變換器的MATLAB 建模 158
11.5 STATCOM拓撲結構與工作原理 159
11.5.1 STATCOM電路基本結構 159
11.5.2 STATCOM的工作原理 160
11.6 小結 162
第12章 風力發電系統低電壓穿越技術研究 164
12.1 基於Crowbar電路的低電壓穿越技術 164
12.1.1 電壓跌落的基本概念 164
12.1.2 低電壓穿越的硬件保護方法 166
12.1.3 基於Crowbar硬件保護電路的低電壓穿越技術 167
12.1.4 仿真驗證 173
12.2 基於狀態反饋線性化的網側變換器低電壓穿越技術 175
12.2.1 狀態反饋線性化理論 176
12.2.2 網側變換器的狀態反饋線性化控制 180
12.2.3 仿真驗證 183
12.3 小結 186
第13章 STATCOM補償指令電流檢測方法研究 187
13.1 STATCOM補償指令電流定義 187
13.2 傳統STATCOM補償指令電流檢測方法及局限性 188
13.2.1 矢量坐標變換原理 188
13.2.2 傳統p-q檢測方法 189
13.2.3 傳統ip-iq檢測方法 190
13.2.4 傳統檢測方法的局限性 194
13.3 跨端口STATCOM補償指令電流檢測方法 195
13.3.1 STATCOM跨端口工況下的局限性 195
13.3.2 跨端口STATCOM補償指令電流檢測方法 195
13.3.3 仿真驗證 198
13.4 改進型STATCOM補償指令電流檢測方法 202
13.4.1 傳統鎖相環的工作局限性 202
13.4.2 改進的軟件鎖相環算法 202
13.4.3 相位調節模塊 206
13.4.4 改進型STATCOM補償指令電流檢測方法 207
13.4.5 仿真與實驗分析 208
13.5 小結 212
第14章 風電並網中級聯STATCOM的正負序解耦控制方法 213
14.1 級聯STATCOM結構原理與調製策略 213
14.1.1 拓撲結構與工作原理 213
14.1.2 單極倍頻SPWM調製策略 222
14.2 級聯STATCOM直流側電容電壓平衡控制方法 224
14.2.1 直流側電容電壓不平衡的原因 224
14.2.2 傳統電容電壓平衡控制方法 225
14.2.3 有功功率均等分配的直流側電容電壓平衡控制方法 227
14.2.4 仿真與實驗分析 229
14.3 不平衡工況下級聯STATCOM控制方法 233
14.3.1 系統不平衡產生原因及危害 233
14.3.2 不平衡工況下級聯STATCOM工作特性分析 234
14.3.3 基於正序-負序解耦PWM 的級聯STATCOM控制方法 236
14.3.4 仿真與實驗分析 239
14.4 級聯STATCOM控制系統設計 242
14.4.1 控制硬件設計 242
14.4.2 控制軟件設計 245
14.5 小結 254
第15章 不平衡條件下級聯STATCOM的複合控制方法 255
15.1 級聯STATCOM數學建模 255
15.1.1 級聯STATCOM建模方法分析 255
15.1.2 級聯STATCOM建模假設 256
15.1.3 級聯STATCOM數學模型 256
15.2 級聯STATCOM直流側電容電壓分層控制方法 259
15.2.1 級聯STATCOM直流側電容電壓不平衡機理 259
15.2.2 級聯STATCOM直流電容電壓分層控制方法 260
15.2.3 仿真與實驗分析 266
15.3 系統不平衡條件下級聯STATCOM控制方法 274
15.3.1 系統不平衡條件下級聯STATCOM運行分析 274
15.3.2 系統不平衡條件下級聯STATCOM負序分量的數學模型 277
15.3.3 系統不平衡條件下級聯STATCOM 控制方法 278
15.3.4 仿真與實驗分析 282
15.4 小結 289
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