光伏與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)變換器

內(nèi)容概要

　　并網(wǎng)變換器對于可再生能源接入電網(wǎng)十分重要。隨著可再生能源接入電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，并網(wǎng)所提出的要求也越來越嚴(yán)格。當(dāng)前并網(wǎng)變換器要求能夠具有一些高級功能，如有功功率和無功功率的動(dòng)態(tài)控制、系統(tǒng)能夠在較大電壓和頻率范圍內(nèi)運(yùn)行、低電壓故障穿越、電網(wǎng)故障下無功電流注入、支撐電網(wǎng)電壓等。
　　本書介紹了目前光伏和風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變換器常用的結(jié)構(gòu)、調(diào)制策略和控制方法。除了電力電子方面的知識(shí)，本書還涉及了光伏和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)相關(guān)的一些其他技術(shù)。根據(jù)當(dāng)前光伏和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)要求，本書主要討論了以下內(nèi)容：用于光伏和風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；光伏系統(tǒng)的孤島檢測方法；基于廣義2階積分器的電網(wǎng)同步技術(shù)；變換器在電網(wǎng)不對稱故障下高性能同步技術(shù)；用于電流控制和諧波補(bǔ)償?shù)谋壤C振控制器技術(shù)；并網(wǎng)濾波器設(shè)計(jì)及有源阻尼技術(shù)；電網(wǎng)故障下包含正、負(fù)序分量的功率控制方法。
　　本書適合電氣工程背景的研究生和可再生能源相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員閱讀。同時(shí)本書也可作為高校相關(guān)課程教材，如果高校老師有興趣采用本書進(jìn)行授課，可從以下網(wǎng)站上下載相關(guān)講義：www．wiley．com/go/grid_converters。

作者簡介

　　Remus Teodorescu，1989年獲布達(dá)佩斯理工大學(xué)碩士學(xué)位，1994年獲加拉茨大學(xué)（University of Galati）電力電子博士學(xué)位。1998年加入奧爾堡大學(xué)能源系電力電子研究組，現(xiàn)擔(dān)任教授職務(wù)?！　emus Teodorescu已發(fā)表150多篇IEEE會(huì)議及期刊論文、1本著作和4項(xiàng)專利（待授權(quán)）。1998年IEEE工業(yè)應(yīng)用年會(huì)（IAS）的技術(shù)委員會(huì)論文獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)咧弧，F(xiàn)為IEEE高級會(huì)員、《IEEE Power Electronics Letters》期刊的前副主編和丹麥IEEE IES/PELS/IAS聯(lián)合分會(huì)的主席。其研究興趣包括：主要用于風(fēng)電、光伏系統(tǒng)以及FACTS/HVDC等電力設(shè)備的并網(wǎng)變換器的設(shè)計(jì)和控制。Remus Teodorescu現(xiàn)為Vestas一項(xiàng)為期5年電力計(jì)劃項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人（co-ordinator），有10名電力電子、電力系統(tǒng)與儲(chǔ)能領(lǐng)域的博士生從事該項(xiàng)目的研究工作。

書籍目錄

譯者序
原書序
原書作者簡介
第1章緒論
1．1風(fēng)力發(fā)電的進(jìn)展
1．2光伏發(fā)電的進(jìn)展
1．3并網(wǎng)變換器——風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的關(guān)鍵要素
參考文獻(xiàn)
第2章光伏逆變器結(jié)構(gòu)
2．1簡介
2．2由H橋拓?fù)渑缮龅哪孀兤鹘Y(jié)構(gòu)
2．2．1基本全橋逆變器
2．2．2H5逆變器（SMA）
2．2．3HERIC逆變器（Sunways）
2．2．4REFU逆變器
2．2．5帶有直流旁路的全橋逆變器——FB-DCBP(Ingeteam）
2．2．6全橋零電壓整流器——FB-ZVR
2．2．7派生自H橋的拓?fù)湫〗Y(jié)
2．3由NPC拓?fù)渑缮龅哪孀兤鹘Y(jié)構(gòu)
2．3．1中點(diǎn)鉗位型（NPC）半橋逆變器
2．3．2Conergy NPC逆變器
2．3．3派生自NPC的逆變器拓?fù)湫〗Y(jié)
2．4典型光伏逆變器結(jié)構(gòu)
2．4．1帶有高頻變壓器的H橋升壓型光伏逆變器
2．4．2帶有低頻變壓器的升壓型逆變器
2．5三相光伏逆變器
2．6控制結(jié)構(gòu)
2．7結(jié)論及未來趨勢展望
參考文獻(xiàn)
第3章光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)
3．1簡介
3．2國際標(biāo)準(zhǔn)
3．2．1IEEE 1547分布式發(fā)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)
3．2．2IEC 61727電力設(shè)備接口特性
3．2．3VDE 0126-1-1安全
3．2．4IEC 61000電磁兼容性（EMC-低頻）
3．2．5EN 50160公共配電系統(tǒng)電壓質(zhì)量
3．3電網(wǎng)異常狀態(tài)時(shí)的響應(yīng)特性
3．3．1電壓偏差
3．3．2頻率偏差
3．3．3恢復(fù)并網(wǎng)
3．4電能質(zhì)量
3．4．1直流電流注入
3．4．2電流諧波
3．4．3平均功率因數(shù)
3．5反孤島的要求
3．5．1IEEE 1547/UL 1741對反孤島的定義
3．5．2IEC 62116對反孤島的定義
3．5．3VDE 0126-1-1對反孤島的定義
3．6小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章單相功率變換器的電網(wǎng)同步
4．1簡介
4．2單相系統(tǒng)的電網(wǎng)同步技術(shù)
4．2．1采用傅里葉分析的電網(wǎng)同步
4．2．2采用鎖相環(huán)的電網(wǎng)同步
4．3基于正交信號的相角檢測方法
4．4一些基于正交信號發(fā)生器的PLL
4．4．1基于T/4傳輸延時(shí)的PLL
4．4．2基于Hilbert變換的PLL
4．4．3基于反Park變換的PLL
4．5一些基于自適應(yīng)濾波器的PLL
4．5．1改進(jìn)型PLL
4．5．22階自適應(yīng)濾波器
4．5．32階廣義積分器
4．5．4基于2階廣義積分器的PLL
4．62階廣義積分器鎖頻環(huán)
4．6．12階廣義積分器鎖頻環(huán)的分析
4．7小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第5章孤島檢測
5．1簡介
5．2檢測盲區(qū)
5．3孤島檢測方法概述
5．4被動(dòng)式孤島檢測方法
5．4．1過/欠頻率和過/欠電壓檢測法
5．4．2相角跳變檢測法（PJD）
5．4．3諧波檢測法（HD）
5．4．4被動(dòng)式檢測法比較
5．5主動(dòng)式孤島檢測方法
5．5．1頻率漂移法
5．5．2電壓漂移法
5．5．3電網(wǎng)阻抗估算法
5．5．4基于鎖相環(huán)的孤島檢測法
5．5．5主動(dòng)式孤島檢測法比較
5．6小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第6章風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)變換器結(jié)構(gòu)
6．1簡介
6．2風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
6．3并網(wǎng)變換器拓?fù)?br />6．3．1單單元變換器（VSC或CSC）
6．3．2多單元變換器（交錯(cuò)式或級聯(lián)式）
6．4風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制
6．4．1發(fā)電機(jī)側(cè)控制
6．4．2風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制
6．5小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的并網(wǎng)要求
7．1簡介
7．2并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的演變
7．2．1丹麥
7．2．2德國
7．2．3西班牙
7．2．4英國
7．2．5愛爾蘭
7．2．6美國
7．2．7中國
7．2．8小結(jié)
7．3正常工作情況下的頻率和電壓偏移
7．4正常工作情況下的有功功率控制
7．4．1功率限制輸出
7．4．2頻率控制
7．5正常工作情況下的無功功率控制
7．5．1德國
7．5．2西班牙
7．5．3丹麥
7．5．4英國
7．5．5愛爾蘭
7．5．6美國
7．6電網(wǎng)擾動(dòng)下的運(yùn)行狀況
7．6．1德國
7．6．2西班牙
7．6．3美國西部電力協(xié)調(diào)委員會(huì)
7．7并網(wǎng)規(guī)范中有關(guān)諧波的探討
7．8未來趨勢
7．8．1本地電壓控制
7．8．2慣性模擬（IE）
7．8．3功率振蕩阻尼（POD）
7．9小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第8章三相功率變換器的電網(wǎng)同步
8．1簡介
8．2電網(wǎng)故障情況下的三相電壓矢量
8．2．1電網(wǎng)故障情況下的不對稱電網(wǎng)電壓
8．2．2瞬時(shí)電網(wǎng)故障、電壓跌落
8．2．3電壓跌落的派生
8．3不對稱及畸變電網(wǎng)條件下的同步參考坐標(biāo)系鎖相環(huán)
8．4解耦雙同步參考坐標(biāo)系鎖相環(huán)（DDSRF-PLL）
8．4．1雙同步參考坐標(biāo)系
8．4．2解耦網(wǎng)絡(luò)
8．4．3解耦雙同步參考坐標(biāo)系的分析
8．4．4解耦雙同步參考坐標(biāo)系鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)和響應(yīng)
8．5雙2階廣義積分器鎖頻環(huán)（DSOGI-FLL）
8．5．1雙2階廣義積分器的結(jié)構(gòu)
8．5．2雙2階廣義積分器與解耦雙同步參考坐標(biāo)系的關(guān)系
8．5．3對應(yīng)于雙2階廣義積分器的鎖頻環(huán)
8．5．4雙2階廣義積分器鎖頻環(huán)的響應(yīng)
8．6小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第9章風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)變換器控制
9．1簡介
9．2變換器的模型
9．2．1L濾波器逆變器的數(shù)學(xué)模型
9．2．2LCL濾波器逆變器的數(shù)學(xué)模型
9．3交流電壓和直流電壓控制
9．3．1直流母線電壓控制
9．3．2通過交流電流控制實(shí)現(xiàn)的直流母線電壓級聯(lián)控制
9．3．3PI控制器的調(diào)節(jié)
9．3．4基于PI的電壓控制設(shè)計(jì)實(shí)例
9．4電壓定向控制和直接功率控制
9．4．1同步坐標(biāo)系電壓定向控制：PQ開環(huán)控制
9．4．2同步坐標(biāo)系電壓定向控制：PQ閉環(huán)控制
9．4．3靜止坐標(biāo)系電壓定向控制：PQ開環(huán)控制
9．4．4靜止坐標(biāo)系電壓定向控制：PQ閉環(huán)控制
9．4．5基于虛擬磁通的控制
9．4．6直接功率控制
9．5離網(wǎng)、微電網(wǎng)、下垂控制和電網(wǎng)支撐
9．5．1無負(fù)載分配的并網(wǎng)/離網(wǎng)運(yùn)行
9．5．2帶可控儲(chǔ)能裝置的微電網(wǎng)運(yùn)行
9．5．3下垂控制
9．6小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第10章電網(wǎng)故障情況下的并網(wǎng)變換器控制
10．1簡介
10．2不對稱電網(wǎng)電壓條件下并網(wǎng)變換器的控制技術(shù)概述
10．3用于不對稱電流注入的控制結(jié)構(gòu)
10．3．1用于不對稱電流注入的解耦雙同步坐標(biāo)系電流控制器
10．3．2用于不對稱電流注入的諧振控制器
10．4不對稱電網(wǎng)條件下的功率控制
10．4．1瞬時(shí)有功-無功控制（IARC）
10．4．2正序和負(fù)序控制（PNSC）
10．4．3平均有功-無功控制（AARC）
10．4．4對稱的正序控制（BPSC）
10．4．5IARC、PNSC、AARC和BPSC策略的性能比較
10．4．6靈活正序和負(fù)序控制（FPNSC）
10．5帶電流限制的靈活功率控制
10．5．1不對稱電網(wǎng)條件下的電流矢量軌跡
10．5．2三相電流的瞬時(shí)值
10．5．3各相最大電流的估計(jì)
10．5．4最大有功功率和無功功率設(shè)定點(diǎn)的估計(jì)
10．5．5靈活正序和負(fù)序控制的性能
10．6小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第11章并網(wǎng)濾波器設(shè)計(jì)
11．1簡介
11．2濾波器拓?fù)?br />11．3設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
11．4LCL濾波器與電網(wǎng)相互作用的實(shí)例
11．5諧振問題和阻尼方案
11．5．1無阻尼電流控制環(huán)的不穩(wěn)定性
11．5．2電流控制環(huán)的無源阻尼
11．5．3電流控制環(huán)的有源阻尼
11．6濾波器的非線性特性
11．7小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第12章并網(wǎng)電流控制
12．1簡介
12．2并網(wǎng)電流諧波標(biāo)準(zhǔn)
12．3獨(dú)立調(diào)制的線性電流控制
12．3．1平均化技術(shù)
12．3．2PI控制
12．3．3無差拍控制
12．3．4諧振控制
12．3．5諧波補(bǔ)償
12．4調(diào)制技術(shù)
12．4．1單相調(diào)制
12．4．2三相調(diào)制
12．4．3多電平調(diào)制
12．4．4交錯(cuò)調(diào)制
12．5電流控制型變換器的運(yùn)行限制條件
12．6實(shí)例
12．7小結(jié)
參考文獻(xiàn)
附錄
附錄A三相系統(tǒng)的空間矢量變換
A．1簡介
A．2頻域中的對稱分量
A．3時(shí)域中的對稱分量
A．4靜止參考坐標(biāo)系下的αβ0分量
A．5同步參考坐標(biāo)系下的dq0分量
參考文獻(xiàn)
附錄B瞬時(shí)功率理論
B．1簡介
B．2時(shí)域內(nèi)單相系統(tǒng)功率定義的起源
B．3多相系統(tǒng)有功電流的起源
B．4多相系統(tǒng)功率電流的瞬時(shí)計(jì)算
B．5p-q理論
B．6任意多相系統(tǒng)的廣義p-q理論
B．7改進(jìn)的p-q理論
B．8三相功率系統(tǒng)的廣義瞬時(shí)無功功率理論
B．9小結(jié)
參考文獻(xiàn)
附錄C諧振控制器
C．1簡介
C．2內(nèi)模原理
C．3dq坐標(biāo)系下PI控制器與αβ坐標(biāo)系下PR控制器的等效性

章節(jié)摘錄

　　光伏逆變器是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。它的主要作用是將光伏電池板發(fā)出來的直流電轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同步的交流電?！　「鶕?jù)光伏發(fā)電裝置的功率范圍，可將光伏逆變器作如下分類：　　1）模塊集成式逆變器（module integrated inverter），典型功率范圍為50～400W，主要應(yīng)用于微型光伏發(fā)電裝置（只有一個(gè)光伏電池板）?！　?）單串式逆變器（stnng inverter），典型功率范圍為0.4～2kW，主要應(yīng)用于小型屋頂式光伏發(fā)電裝置，其所有的光伏電池板連接成一串?！　?）多串式逆變器（multistring inverter），典型功率范圍為1.5～6kW，適用于中、大型屋頂式光伏發(fā)電裝置，其所有的光伏板連接成兩串或多串?！　?）迷你集中式逆變器（mini central inverter），典型功率大于6kW，具有三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì)，適用于大型屋頂式光伏發(fā)電裝置，或者是功率在100kW以內(nèi)的小型電站（smaller power plant），其典型的逆變器單元的功率等級為6kW、8kW、10kW、15kW?！　?）集中式逆變器（central inverter），典型功率范圍為100～1000kW，具有三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì)，適用于功率高達(dá)數(shù)10MW（兆瓦）的大型電站，其典型的逆變器單元的功率等級為100kW、150kW、250kW、500kW、1000kW?！　v史上第一臺(tái)并網(wǎng)光伏發(fā)電裝置出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代。它采用的是基于晶閘管的集中逆變器。第一批系列生產(chǎn)的基于晶體管的光伏逆變器是1990年由SMA公司生產(chǎn)的PV-WR。從20世紀(jì)90年代中期開始，除了模塊集成式光伏逆變器仍主要采用MOSFET之外，IGBT和MOSFET已廣泛應(yīng)用于各種類型的光伏逆變器?！　∮捎诶锰柲艿某杀靖撸适峭苿?dòng)光伏逆變器技術(shù)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?。因而為了競相獲取高效率，市場上出現(xiàn)了花樣繁多的光伏逆變器結(jié)構(gòu)?！　∨c電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器相比，光伏逆變器無論在硬件還是功能上都更為復(fù)雜。提升輸入電壓、并網(wǎng)濾波器、脫網(wǎng)繼電開關(guān)和直流開關(guān)等是造成光伏逆變器硬件復(fù)雜程度提高的最為重要的因素。而最大功率點(diǎn)跟蹤、反孤島、電網(wǎng)同步和數(shù)據(jù)記錄等是光伏逆變器應(yīng)具備的典型功能?！　　?/pre>




編輯推薦
　　《國際電氣工程先進(jìn)技術(shù)譯叢：光伏與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)變換器》有以下極為突出的特點(diǎn)：圍繞并網(wǎng)變換器與電網(wǎng)的相互作用這一關(guān)鍵問題，系統(tǒng)和全面地總結(jié)和探討了無變壓器光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)?、孤島檢測、并網(wǎng)變換器的電網(wǎng)同步、風(fēng)電和光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)電并網(wǎng)變換器的控制與故障穿越控制、電能質(zhì)量控制等一系列重要和前沿課題；研究內(nèi)容深入，對電網(wǎng)接入標(biāo)準(zhǔn)的比較分析，尤其是風(fēng)電變換器的建模與控制方法等的推導(dǎo)細(xì)致入微，有助讀者掌握有關(guān)的技術(shù)要領(lǐng)；該書的內(nèi)容其實(shí)源自2005年起在奧爾堡大學(xué)能源技術(shù)學(xué)院所成功開設(shè)的一門一年兩次的工業(yè)／博士課程“用于可再生能源系統(tǒng)的電力電子”，書中大多的內(nèi)容都經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和測試證，理論結(jié)合實(shí)際，可操作性強(qiáng)，參考文獻(xiàn)完備，示例豐富，很多的工程方案的選取和實(shí)現(xiàn)可輕易地從書中找到答案。





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