太阳能光伏并网发电技术

目 录

第1章 绪论1

1.1 全球能源形势1

1.2 国内外光伏发电现状3

1.2.1 国外光伏发电现状3

1.2.2 国内光伏发电现状5

第2章 光伏电池基础7

2.1 光伏电池原理7

2.2 光伏电池分类8

2.2.1 硅系光伏电池8

2.2.2 多元化合物系光伏电池10

2.2.3 有机半导体系光伏电池10

2.3 光伏电池电气特性分析11

2.3.1 光伏电池等效数学模型11

2.3.2 光伏电池经典电气特性12

2.4 光伏电池阵列的电气特性分析14

2.4.1 光伏电池阵列等效数学模型14

2.4.2 光伏电池组件串联特性分析15

2.4.3 光伏电池组件并联特性分析19

第3章 最大功率点跟踪技术24

3.1 最大功率点跟踪的实质24

3.2 最大功率点跟踪方法24

3.2.1 准最大功率点跟踪法25

3.2.2 真最大功率点跟踪法31

3.3 MPPT方法比较43

第4章 孤岛保护技术45

4.1 孤岛现象及保护标准45

4.2 孤岛检测方法46

4.2.1 远程技术47

4.2.2 本地技术47

第5章 数字锁相环技术67

5.1 锁相环原理67

5.2 数字锁相环设计69

5.2.1 基于过零点检测的PLL算法69

5.2.2 基于坐标变换的PLL算法70

5.2.3 基于瞬时功率理论的PLL算法81

第6章 光伏发电系统电路拓扑89

6.1 不可调度式光伏并网发电电路拓扑结构分类及特点90

6.1.1 按光伏电池组件与电力电子变换电路的连接方式分类90

6.1.2 按电力电子变换电路自身特点分类92

6.1.3 按电路隔离性质分类93

6.2 光伏并网发电电路拓扑的设计原则95

6.3 共模电流抑制电路及分析97

6.3.1 共模电流原理97

6.3.2 共模电流抑制电路99

6.4 直流电流分量抑制技术113

6.4.1 被动抑制方法113

6.4.2 主动抑制方法115

第7章 阴影问题及抑制技术120

7.1 部分阴影问题分析120

7.1.1 部分阴影的影响120

7.1.2 部分阴影问题的研究现状121

7.2 基于单端反激变换器的串联型DC组件电路127

7.3 单相光伏微型逆变器129

7.3.1 单级式光伏微型逆变器130

7.3.2 多级式光伏微型逆变器132

7.3.3 主动式功率解耦的光伏微型逆变器132

7.4 基于双向反激变换器的阴影抑制技术134

7.4.1 光伏组件集成双向反激变换器134

7.4.2 具有部分阴影抑制能力的新型光伏发电系统135

7.4.3 新型光伏支路工作模式135

7.4.4 仿真与实验分析136

7.5 阴影抑制电路性能对比143

第8章 光伏并网逆变器控制策略144

8.1 多级式光伏并网逆变器控制策略144

8.1.1 前级MPPT控制策略144

8.1.2 后级MPPT控制策略146

8.2 单级式光伏并网逆变器控制策略148

8.2.1 电流控制的电压源型逆变器控制策略148

8.2.2 电流控制的电流源型逆变器控制策略149

8.3 电流控制技术149

8.3.1 基于静止坐标系的交流电流控制技术149

8.3.2 基于同步旋转坐标系的直流电流控制技术159

第9章 用于三相光伏并网逆变器的不连续DSVPWM方法162

9.1 基于空间电压矢量的GDPWM不连续调制策略162

9.1.1 三相并网逆变器模型分析162

9.1.2 并网逆变器输出侧功率因数角分析164

9.1.3 基于空间电压矢量的GDPWM策略165

9.1.4 DSVPWMx性能分析171

9.1.5 GDPWM策略仿真与实验分析174

9.2 NPC三电平光伏并网逆变器的GDPWM不连续调制策略177

9.2.1 GDPWM不连续调制策略实现方法177

9.2.2 基于不连续调制的中点电压平衡控制方法179

9.2.3 基于GDPWM调制的NPC三电平逆变器的仿真与实验分析183

第10章 低电压穿越控制技术186

10.1 电网故障类型186

10.2 电网低电压检测原理188

10.2.1 光伏发电系统低电压穿越要求188

10.2.2 低电压检测方法191

10.3 低电压穿越控制策略193

10.3.1 基于储能设备的LVRT技术193

10.3.2 基于动态无功补偿设备的LVRT技术194

10.3.3 基于并网电流控制的LVRT技术194

参考文献202

作者长期从事电力电子专业的教学和研究，科研成果积累丰富。本书是“十二五”国家重点图书出版规划项目，与电源学会专家合作共同出版的“新能源电能变化与控制技术丛书”中的一本。本书将光伏发电系统进行了详细分析，各种关键控制技术进行了比对，作者的科研成果也贯穿其中，是一本非常值得学生和行业科技人员参考的技术资料。由于太阳能光伏发电产业飞速发展，国内对光伏并网逆变器投入了大量人力、财力进行研究和开发，积累了丰富的资料和经验。在此背景下，本书试图从企业对光伏发电方面的人才需求及一些高等院校研究生培养的角度出发，编写一本较为全面、系统的光伏并网发电技术方面的专著。本书首先概述了全球能源形势及国内外光伏发电现状，其次深入讨论了光伏电池的基本原理及基本电气特性，评价了各种主要的MPPT跟踪算法和孤岛保护技术，分析了数字锁相环实现的各种方法，探讨了非隔离型单相光伏并网逆变器的各种电路拓扑及其共模电流抑制原理和直流电流分量抑制技术，部分阴影问题及其抑制方法，单相和三相光伏并网逆变器的控制策略，以及提高逆变器效率的DPWM技术，最后评价了各种低电压穿越控制方法。【作者简介】孙向东， IEEE会员，中国电源学会照明电源专业委员会委员，西安理工大学教授。从教二十多年，长期从事电力电子专业的一线教学工作，具有多年教学体会和经验，科研成果丰富，主持国家自然基金、陕西省自然科学基金等多个项目。