光伏发电并网逆变技术.pdf

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书籍描述

内容简介
研究光伏发电技术,推动光伏发电产业的发展,对于缓解常规能源的短缺和减少环境污染具有重要作用。并网逆变技术是光伏发电系统的核心技术。本书围绕光伏发电并网逆变技术,系统地介绍了单相和三相并网逆变器设计方法、光伏电池最大功率跟踪控制技术、并网逆变系统孤岛检测与低电压穿越方法的分析、光伏并网发电监控系统、光伏发电系统的优化设计、光伏发电系统功率预测与能量管理分布式发电与微电网技术等内容。
本书理论与实践紧密结合,涵盖了光伏并网逆变系统设计方面的诸多先进技术,可供光伏发电并网技术领域的工程技术人员、研发人员、管理等相关人员阅读,也可作为高等院校相关专业师生的参考书。

编辑推荐
《光伏发电并网逆变技术》理论与实践紧密结合,涵盖了光伏并网逆变系统设计方面的诸多先进技术,可供光伏发电并网技术领域的工程技术人员、研发人员、管理等相关人员阅读,也可作为高等院校相关专业师生的参考书。

作者简介

目录
第1章绪论/1
1.1光伏发电技术研究的意义1
1.1.1光伏发电的发展前景1
1.1.2国外光伏发电的研究现状及发展2
1.1.3我国光伏发电的现状及发展3
1.1.4光伏并网逆变技术的发展6
1.1.5分布式发电6
1.2光伏并网逆变技术的研究热点8
1.2.1新型逆变器拓扑结构8
1.2.2逆变器开关器件的驱动方式8
1.2.3电能质量控制方法9
1.2.4MPPT9
1.2.5孤岛效应9
第2章光伏并网逆变技术/10
2.1光伏并网逆变器概述10
2.1.1光伏发电系统构成10
2.1.2光伏并网逆变器分类11
2.2并网逆变器的拓扑结构13
2.2.1组串式逆变器的拓扑13
2.2.2集中式逆变器的拓扑14
2.2.3微型逆变器的拓扑14
2.3组串式单相逆变器的设计16
2.3.1组串式单相逆变器软件设计16
2.3.2单相逆变器的硬件设计20
2.4组串式三相逆变器的设计26
2.4.1组串式三相逆变器软件设计26
2.4.2三相光伏并网逆变控制系统28
2.4.3三电平电路的调制方法32
2.4.4三相逆变器的硬件设计42
2.5集中式三相逆变器的硬件设计44
2.5.1直流和交流侧EMC滤波器参数的选取45
2.5.2直流支撑电容的设计46
2.5.3IGBT电路的设计46
2.5.4吸收电容的选择47
2.5.5网侧滤波器的设计47
2.5.6参数设计总结48
2.6微型并网逆变器49
2.6.1微型并网逆变器设计49
2.6.2微型并离网逆变器设计52
第3章光伏电池最大功率跟踪控制技术/54
3.1光伏电池与光伏阵列的原理与特性54
3.1.1太阳能电池单体的数学模型54
3.1.2光伏组件与阵列模型56
3.1.3太阳能电池结温和日照强度对太阳能电池输出特性的影响57
3.1.4太阳能光伏阵列输出功率最大点58
3.1.5光伏电池升压控制60
3.1.6光伏电池仿真60
3.2光伏电池MPPT装置的设计62
3.2.1光伏电池MPPT装置结构62
3.2.2MPPT装置63
3.3光伏电池MPPT算法65
3.3.1最大功率跟踪常用方法65
3.3.2其他非线性控制策略的MPPT控制方法68
3.3.3具有稳定性和快速性的MPPT算法研究70
第4章并网逆变系统孤岛检测、绝缘检测与低电压穿越/75
4.1孤岛效应的概念和国际标准75
4.2孤岛检测原理77
4.3孤岛检测方法78
4.3.1逆变器外部孤岛检测方法79
4.3.2逆变器内部孤岛检测方法80
4.3.3孤岛检测实验84
4.4漏电和绝缘保护85
4.4.1光伏阵列绝缘检测85
4.4.2光伏阵列残余电流检测85
4.5低电压穿越87
第5章光伏并网发电监控系统/90
5.1光伏并网发电监控系统90
5.1.1光伏并网监控系统的背景和意义90
5.1.2光伏网络监控系统的发展90
5.1.3光伏发电监控系统的相关标准91
5.2光伏并网发电系统的组成92
5.2.1太阳能电池组件92
5.2.2汇流箱92
5.2.3自动发电控制94
5.2.4自动电压控制95
5.3光伏并网监控系统的原理与设计95
5.3.1光伏并网监控系统的结构设计95
5.3.2光伏并网监控系统的功能设计97
5.4现场监控设计99
5.4.1现场监控的设计99
5.4.2MCGS组态软件99
5.5本地和远程监控方案设计100
5.5.1监控解决方案100
5.5.2本地和远程监控软件结构设计101
5.5.3多线程的应用103
5.5.4NET及相关技术104
5.5.5数据库技术107
5.5.6本地监控界面显示108
5.6基于Web服务器的远程调度110
5.6.1远程监控110
5.6.2104规约简介111
5.6.3数据通信的实现111
5.6.4调度中心界面显示119
第6章光伏发电系统的优化设计/123
6.1光伏发电系统优化设计的概述123
6.2分布式光伏发电系统效率优化设计124
6.2.1光伏组件安装倾角优化124
6.2.2太阳能电池组件的串并联设计126
6.2.3太阳能电池组件的排列方式127
6.2.4自动跟踪系统的研究127
6.2.5逆变器优化129
6.3系统成本优化130
6.3.1分布式光伏发电成本计算模型130
6.3.2光伏发电成本及其影响因素分析131
6.3.3成本计算软件133
6.4系统的可靠性分析135
6.4.1系统的可靠性模型及指标体系135
6.4.2供电可靠性方面135
6.4.3电能质量要求136
6.4.4孤岛引起的安全问题136
6.4.5站址选择136
6.4.6系统防雷装置设计136
第7章光伏发电系统功率预测与能量管理/138
7.1储能蓄电池的系统特性138
7.1.1蓄电池的种类138
7.1.2铅酸蓄电池的特性138
7.1.3蓄电池的容量匹配139
7.1.4PVBESS系统的能流模型140
7.2光伏发电功率短期预测140
7.2.1样本数据预处理141
7.2.2光伏发电的功率特性分析研究143
7.2.3Elman神经网络145
7.2.4Elman神经网络短期预测模型147
7.2.5Elman神经网络与NSET建模对比分析研究152
7.2.6Elman神经网络与BP神经网络建模对比分析研究153
7.2.7预测模型结果评估154
7.3并网光伏电站的能量管理研究154
7.3.1电站实时能量管理策略研究155
7.3.2系统能量调度模型的建立156
7.3.3系统运行的目标函数与约束条件分析研究161
7.3.4算例分析162
第8章分布式发电与微电网/167
8.1分布式发电系统167
8.1.1分布式发电概述167
8.1.2分布式光伏发电系统概述168
8.2微电网基本概述169
8.2.1微电网的定义与应用169
8.2.2微电网的拓扑结构169
8.2.3微电网的分布式电源171
8.3蓄电池储能系统控制172
8.3.1蓄电池原理172
8.3.2蓄电池数学模型173
8.3.3蓄电池充放电控制173
8.3.4蓄电池仿真模型174
8.4逆变器的控制方法175
8.4.1恒功率控制175
8.4.2恒压/恒频控制176
8.4.3下垂控制177
8.4.4内环控制器178
8.5微电网工作模式与模式间切换179
8.5.1微电网运行模式179
8.5.2微电网控制模式179
8.5.3平滑切换的研究182
8.6微电网设计仿真187
8.6.1仿真结构模型188
8.6.2微电网控制系统仿真模块189
8.6.3光伏并网/孤岛仿真192
8.6.4微电网系统仿真结果和分析192
8.7微电网平台搭建实例200
8.7.1微电网系统设计方案200
8.7.2微电网逆变实验202
8.7.3微电网实验203
结束语/205
参考文献/206

序言
2005年开始,随着中国光伏产业的迅猛发展,光伏发电并网逆变技术的研究得到了巨大推动,正是在这种背景下笔者开始了这一技术领域的科研工作。光伏逆变技术以电力电子技术为基础,融合了电力系统、光伏电池、微控制器、储能电池等相关技术,并网逆变装置的研发需要深厚的经典控制理论和电力电子技术基础,更需要熟练的DSP、FPGA软硬件驾驭能力。其控制管理策略涉及线性控制理论和智能控制理论、数值天气预报、电网调度等各个领域,并需要大量经验的积累和较长时间的成熟过程。
我国的光伏并网逆变技术发展经历了一个从简单到复杂,从故障频出到成熟稳定,从入门者要求到领跑者标准的一个进步过程。在这期间涌现出大量优秀的技术型专业公司,他们推动了我国光伏并网逆变技术的进步。笔者的技术研究历程也正是伴随着这样一个逐渐发展的过程,经历了从单相到三相,从两电平到三电平,从组串式到集中式再到微逆,从独立显示到系统监控,从随发随用到功率预测和储能管理,从单机运行到多机联携的发展过程。同时也见证了从光伏并网逆变技术研发到科林电气光伏逆变产品量产化的过程,并协助科林电气建立了河北省分布式光伏发电监控系统工程实验室,形成了坚实的光伏发电技术研发平台。
在这个过程中,笔者带领一批有才华的年轻研究者共同开展了一系列研究工作。本书按照上述发展路线进行了系统整理,吸收了大量共同进行的研究工作成果,这些研究者包括赵治国、马强、张立强、孙立宁、崔志强、刘炳山、赵国伟、刘哲、王同广、莫红影、张雷、张航、张秀云、张鹏、张晓娜、王增喜、郭向尚。参与本书编辑整理工作的有马欲晓、李漫、王泽伟、孙鲁滨、郄丽忠、侯荣立、安子腾、田永嘉等同学。屈国旺、张虎祥、陈洪雨、陈贺、张文宝、王浩军参与了本书的编写工作。
本书由天津市科学技术协会资助出版。
由于笔者理论水平和技术能力有限,本书难免有一些不足和疏漏之处,敬请广大读者和专家批评指正。

编者
2015年12月

文摘
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我们规定当达到最大功率点Pm时,不再继续扰动,在允许误差范围内算法还设置了一个阈值ε,当最大功率在阈值ε内变化时认为Pm不变,阈值ε对应于电池温度T也有一个允许误差范围△T,在这个范围变化我们认为最大功率点Pm不变。
阈值ε的计算:当我们求得最大功率点Pm时,此时的电池结温是T,允许误差范围△T为2℃,可以通过式(3—46)和式(3—47)计算出电池温度T和日照强度S变化后的新的I'sc和U'oc,进而代入式(3—41)和式(3—42)计算可得Um和Im,从而可以近似求得当前电池温度和光照下的最大功率点Pm允许的一个误差范围,也即阈值ε,在这个范围变化我们认为最大功率点Pm不变。
如此不断地计算Pm和修正λ1和λ2就可以使不同电池温度和光照下的最大功率点Pm更加准确。
最大功率点稳定性和快速性的分析如下。
与扰动观察法的比较分析:扰动观察法就是在光伏阵列正常工作时,不断地对它的工作电压进行很小的扰动,在电压变化的同时,检测功率也发生变化,根据功率的变化方向,决定下一步电压改变的方向。
扰动观察法的优点是比较简单可靠,容易实现。它的一个缺点在于,系统必须引入扰动,寻优的最后结果是系统在最大功率点附近的很小范围内来回振荡,这会造成能量损失。

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