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样章(1.2.2 分布式发电系统中光伏发电的关键技术)

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书号：978-7-111-31013-6

作者： 王立乔 孙孝峰 编著

出版日期：2010-9-25

定价： ￥36.00

内容简介

由于可再生能源的分散性、多样性和随机性，分布式发电的网络结构的研究与应用越来越引起人们的重视，尤其是对于单机容量较低的光伏发电系统。独立型的光伏发电系统已经成熟应用，但光伏发电技术在分布式发电系统这一新型电网结构中的应用研究还刚刚起步。本书从系统的角度对分布式发电系统中的光伏发电技术进行了全面综合性的介绍，总体上分为以下几个部分。第一部分是基础原理部分，包含光伏发电技术的基本原理及其中的电力电子技术。第二部分是含光伏分布式发电系统的网络结构及并网控制规律，包含直流母线式分布发电系统的母线结构及控制策略、交流母线式分布发电系统的母线结构及并网逆变器的并网、并联及波形控制策略等。第三部分是分布式光伏发电系统的能量优化及综合管理，包括光伏系统的最大功率点跟踪、储能和后备单元及综合管理策略等。第四部分是光伏产业及分布式发电系统新出现的一些关键问题，比如分布式光伏发电系统的稳定性分析、直接并网光伏发电系统的直流分量及漏电流问题和孤岛现象及其检测技术等。最后，介绍了含光伏分布式发电系统的实例。

本书可以作为电气工程、能源工程等相关专业科研及从业人员的参考书目，也可以作为相关专业领域研究生的教材。

目录

前言

第1章 绪论

1.1 分布式发电系统的研究概况

1.1.1 分布式发电系统的基本概念

1.1.2 分布式发电系统的发展现状

1.2 分布式发电系统中的光伏发电技术

1.2.1 我国太阳能资源及光伏发展潜力

1.2.2 分布式发电系统中光伏发电的关键技术

1.3 本书的主要内容

第2章 光伏发电基础

2.1 光伏电池的基本原理和等效电路

2.1.1 光伏效应

2.1.2 单体光伏电池的等效电路和电量方程

2.1.3 光伏电池阵列

2.2 光伏电池的数学物理模型和伏安特性曲线

2.2.1 光伏电池的数学物理模型

2.2.2 光伏电池的伏安特性曲线和填充因数

2.3 光伏电池的转换效率及其影响因素

2.3.1 光伏电池的转换效率

2.3.2 光谱响应

.2.3.3 光照特性

2.3.4 温度特性

2.3.5 环境因素对光伏电池数学物理模型的修正

2.4 光伏电池的分类

2.4.1 按结构分类

2.4.2 按材料分类

2.5 光伏系统的组成

2.5.1 独立光伏系统

2.5.2 并网光伏系统

2.5.3 光伏系统与分布式发电系统

第3章 光伏发电技术中的电力电子技术

3.1 dc-dc变换电路的拓扑结构及控制策略

3.1.1 单象限直接dc-dc变换电路

3.1.2 多象限直接dc-dc变换电路

3.1.3 隔离型dc-dc变换电路

3.1.4 dc-dc变换电路的控制技术

3.2 dc-ac变换电路的拓扑结构

3.2.1 逆变电路基本结构

3.2.2 高频链逆变器

3.2.3 多电平逆变器

3.2.4 逆变器的串联与并联

3.3 逆变器的调制技术

3.3.1 spwm技术

3.3.2 空间矢量调制(svm)技术

3.3.3 谐波注入pwm技术

3.3.4 优化pwm技术

3.3.5 多电平变流器和多重化变流器的pwm技术

3.4 并网光伏逆变器拓扑结构的新进展

3.4.1 并网光伏逆变器拓扑结构的发展现状

3.4.2 输出串联型逆变器

3.4.3 输出并联型逆变器

第4章 直流母线分布式光伏发电技术

4.1 直流母线分布式光伏发电系统的网络结构

4.1.1 微型直流光伏系统

4.1.2 独立直流光伏母线供电系统

4.1.3 并网混合系统

4.2 直流母线分布式光伏发电系统与交流电网的接口

4.3 直流母线分布式光伏发电系统的控制方法

4.3.1 下垂特性控制

4.3.2 电压水平信号法

4.3.3 直流母线信号法

第5章 交流母线分布式光伏发电技术

5.1 交流母线分布式光伏发电系统的网络结构

5.1.1 交流母线分布式光伏发电系统的基本网络结构

5.1.2 并网逆变器接人电网的方式

5.2 逆变器并网技术

5.2.1 光伏逆变器并网相关的国际标准

5.2.2 光伏并网逆变器的交流侧滤波器结构

5.2.3 光伏并网逆变器的控制模式

5.2.4 分布式光伏并网逆变器的功率调节技术

5.3 逆变器并联技术

5.3.1 逆变器并联的控制方法

5.3.2 逆变器并联的环流及其抑制

5.3.3 功率计算方法

5.4 逆变器控制策略

5.4.1 控制策略概述

5.4.2 坐标变换法线性控制

5.4.3 非坐标变换法线性控制

5.4.4 非线性控制

5.4.5 并网逆变器直流侧控制

第6章 光伏发电系统的最大功率点跟踪

6.1 光伏发电系统最大功率点跟踪技术的基本原理

6.2 恒定电压控制

6.3 最大功率点跟踪算法

6.3.1 扰动观察法

6.3.2 三点比较法

6.3.3 电导增量法

6.3.4 二次插值法

6.3.5 自适应模糊控制法

6.4 其他最大功率点跟踪方法

6.4.1 光伏阵列组合法

6.4.2 开路电压比例系数法

6.4，3 短路电流比例系数法

6.4.4 电流扫描法

第7章 分布式光伏发电系统的储能与后备系统

7.1 蓄电池储能系统

7.1.1 铅酸蓄电池特性分析

7.1.2 蓄电池充放电控制方法

7.1.3 光伏系统中的充放电技术

7.2 超级电容储能系统

7.3 燃料电池后备系统

7.3.1 燃料电池的基本原理

7.3.2 燃料电池的输出特性

7.3.3 燃料电池的数学模型

7.3.4 燃料电池的控制实现

第8章 分布式发电系统的综合管理

8.1 直流母线分布式发电系统的能量优化管理

8.1.1 dbs能量优化管理

8.1.2 变换器控制结构

8.1.3 控制实现

8.2 含光伏直流微电网系统综合管理

8.2.1 系统控制

8.2.2 独立运行模式与模式切换

8.2.3 变流器单元控制

8.3 直流混合网络能量的优化管理

8.3.1 数据中心电力系统能量优化管理

8.3.2 中心直流微电网的操作方式

8.3.3 自适应控制系统的设计

第9章 分布式光伏发电系统的其他关键技术

9.1 光伏并网发电装置的直流分量注入和对地漏电流问题

9.1.1 直流分量注入的危害及成因

9.1.2 对地漏电流的危害及成因

9.1.3 直流分量注入和对地漏电流问题的对策

9.2 孤岛效应及其检测技术

9.2.1 并网逆变系统孤岛检测分析

9.2.2 无源检测方法

9.2.3 有源检测方法

9.2.4 混合孤岛检测方法

9.3 分布式发电系统的稳定性分析

9.3.1 阻抗分析研究

9.3.2 影响阻抗的因素

9.3.3 系统稳定性测量

第10章 含光伏发电的分布式发电系统举例

10.1 5mwp光伏发电系统

10.2 光水互补发电系统

参考文献

样章

1.2.2 分布式发电系统中光伏发电的关键技术

对于以上各种光伏发电结构，不论是需要与主干电网并联运行的荒漠电站和光伏一体建筑，还是与储能设备和其他能源联合发电的独立光伏电网，都具有分布式发电的特点。

在分布式发电系统中，光伏发电相关的关键技术和研究热点有：

1． 适应光伏发电的电力电子变换器

目前常用的并网光伏逆变器大多采用DC-DC-AC的双级结构。这是因为光伏阵列提供的直流电压普遍低于要求的交流输出电压，而DC-AC变换电路中，应用最广泛的全桥逆变器和半桥逆变器均属于Buck型，瞬时输出电压总低于输入电压，只能实现降压变换。为此，一般在桥式逆变电路前增加一级可升压变换的DC-DC变换器，将输入直流电压升高。并且，由于光伏阵列的直流电压典型值比交流电压峰值低很多，DC-DC变换器应当具有高的电压增益。可以用有高频隔离的间接DC-DC变换器达到上述要求，这也同时可以满足电气隔离要求。当然，可以在桥式逆变电路后增加工频升压变压器，在提供电气隔离的同时提高电压等级。双级结构的光伏并网逆变器虽然能够灵活适应各种输入输出电压指标，还具有更高的自由度等级(即更多的可控变量)，可同时实现多种功能(例如，电气隔离，MPPT，无功补偿，有源滤波，等)，但功率级的数量增多，将降低整体的效率，可靠性和简洁程度，增加系统开销。为此，目前逆变器研究的一大发展趋势，就是直接将多功率级的系统架构整合为单级系统，即所谓单级逆变器。

储能元件是光伏系统重要的组成部分。针对各种储能元件的特点，找到合适的电力电子变换器结构，也是光伏发电中重要的研究热点。

研究适应光伏发电的电力电子变换器的重点是使光伏系统在整个工作范围内均能实现高效率、高功率密度和高可靠性的运行。

2． 网络拓扑结构及其优化配置

包括太阳能在内的可再生能源的能量密度低，随机性强，由其构成的分布式发电系统的网络拓扑结构与传统的集中式发电系统的网络结构有显著的区别。在此方面，应根据对当地可再生能源的分布预测、随机性与可用性评估、负荷水平评估，提出基于可再生能源的分布式发电系统的网络拓扑；研究分布式发电系统中母线电压的形式(交流或直流)、大小、频率(对于交流形式)等物理量的选择方法；提出该分布式发电系统中对太阳能光伏发电单元、风力发电单元、多元复合储能单元(含飞轮、超级电容和蓄电池)的容量配置方法，以降低系统成本；研究分布式发电系统中各种电力电子变换器的配置及其输入输出电压、功率等级的选择。

3． 分布式发电系统并网控制

由于分布式发电系统具有多能量来源、多变流器(主要是逆变器)并网的特点，因此必须对其并网控制进行研究。在此方面，包括：针对具有多能源多并网逆变器的分布式发电系统，研究其并网运行时相互耦合影响的机理和并网协调控制问题；研究独立运行时多个逆变器的电压和频率的协调控制，以实现动态和稳态负荷的合理分配；针对具有多能源多并网逆变器的分布式发电系统，研究合适的并网、独立控制模式和协调一致的切换控制策略；研究柔性并网、暂态过程以及分布式发电系统对电网或本地负荷的冲击影响等问题；针对具有多能源多并网逆变器的分布式发电系统的特点，开展适合并网逆变器的无盲区孤岛检测方法和防伪孤岛技术研究。

4． 分布式发电系统的能量管理

针对分布式源(DR)的随机性、分布式发电单元的投切、负荷变化、敏感负荷对供电可靠性和电能质量高要求、分布式发电系统附近配电线路拥塞、分布式发电系统与电网之间的供购电计划等问题，研究分布式发电系统各种运行方式下分布式发电单元、储能单元与负荷之间的能量优化，满足经济运行的要求；针对分布式发电系统并网和故障解列时的能量变化，研究分布式发电系统运行方式变化时的能量调度策略，满足分布式发电系统运行方式切换的要求。

5．光伏系统的安全性和可靠性问题

在分布式系统的相关并网规范中，对各发电单元的端口特性提出了具体的要求，为此，需要分析分布式发电系统的稳态及动态特性，包括不同分布式发电单元以及分布式发电系统并网端口特性。稳态情况下主要包括：有功、无功、电压、频率和谐波等特性，考虑到分布式发电高度随机性，还要研究这些特性随时间变化规律。具体到光伏系统，目前遇到的最大安全性和可靠性问题包含以下几个方面：并网逆变器的直流分量注入问题；光伏并网单元的对地漏电流问题；孤岛及其检测技术问题。