新能源发电并网控制技术及应用

目录
第1章 绪论 1
1.1 新能源发电的背景 1
1.1.1 光伏发电的背景 1
1.1.2 风力发电的背景 2
1.2 新能源发电国内外研究历程 3
1.2.1 光伏发电国内外研究历程 3
1.2.2 风力发电国内外研究历程 5
1.3 新能源发电并网控制技术国内外研究历程 7
1.3.1 光伏发电并网控制技术国内外研究历程 7
1.3.2 风力发电并网控制技术国内外研究历程 8
1.3.3 风电场STATCOM的应用 10
1.4 小结 11
第2章 光伏发电系统组成和基本原理 12
2.1 光伏发电系统的组成 12
2.1.1 光伏发电系统的简介 12
2.1.2 多功能一体化光伏发电装置 13
2.1.3 防逆流控制方法和装置 14
2.2 光伏电池的原理及特性 15
2.2.1 光伏电池工作原理 15
2.2.2 光伏电池数学模型 16
2.2.3 光伏电池输出特性 18
2.3 光伏并网发电系统原理 20
2.3.1 单级式并网发电系统 20
2.3.2 两级式并网发电系统 21
2.4 储能系统原理及数学模型 22
2.4.1 蓄电池的数学模型 22
2.4.2 超级电容器的数学模型 24
2.4.3 混合储能系统的数学模型 25
2.5 小结 26
第3章 光伏并网逆变器组成和基本原理 27
3.1 光伏逆变器拓扑结构及工作原理 27
3.1.1 升压部分拓扑结构及工作原理 27
3.1.2 逆变部分拓扑结构及工作原理 28
3.1.3 滤波部分拓扑结构及工作原理 30
3.2 级联型光伏并网逆变器拓扑及工作原理 32
3.2.1 级联型逆变器拓扑 32
3.2.2 级联型逆变器工作模式 34
3.3 级联型光伏并网逆变器工作原理 36
3.3.1 逆变器的选择 36
3.3.2 级联型两级式并网逆变器工作原理 38
3.4 小结 40
第4章 基于BP神经网络的HESS系统荷电状态估计 41
4.1 人工神经网络的基本原理 41
4.1.1 神经元模型 41
4.1.2 神经元连接方式 42
4.2 神经网络的学习算法理论 42
4.2.1 梯度最速下降算法 43
4.2.2 学习率可调整的BP 算法 44
4.2.3 增强型学习率自适应算法 44
4.3 BP神经网络的荷电状态估计效果分析 45
4.4 小结 48
第5章 微电网HESS系统功率分配协调控制 49
5.1 基于功率频率的HESS系统功率指令初级分配方法 49
5.1.1 一阶低通滤波方法 49
5.1.2 小波包分解方法 50
5.1.3 滑动平均滤波方法 51
5.2 基于储能元件荷电状态的HESS系统功率协调控制方法 52
5.3 仿真验证 53
5.4 小结 58
第6章 光伏逆变器并网运行控制方法 59
6.1 基于准PR调节器的并网电流控制 59
6.1.1 电压电流双环控制 60
6.1.2 电压外环的实现 61
6.1.3 电流内环的实现 62
6.2 最大功率点跟踪控制 65
6.2.1 光伏电池等效电路和数学模型 66
6.2.2 常用MPPT控制方法及其局限性 68
6.2.3 最大功率点跟踪优化控制方法 69
6.3 仿真验证 72
6.4 小结 76
第7章 光伏逆变器防孤岛运行控制方法 77
7.1 逆变器防孤岛运行检测方法 77
7.2 主被动式相结合防孤岛运行控制方法 80
7.2.1 防孤岛运行控制工作原理 80
7.2.2 基于Qf0×Cnorm坐标系模型参数优化 81
7.3 仿真验证 84
7.4 小结 86
第8章 级联型两级式光伏并网逆变器控制方法 87
8.1 级联型两级式并网逆变器MPPT控制方法 87
8.1.1 光伏阵列的输出特性 87
8.1.2 传统MPPT控制方法 90
8.1.3 基于GA的光伏MPPT变加速扰动法 93
8.1.4 仿真验证 97
8.2 级联型两级式并网逆变器直流母线均压控制 99
8.2.1 级联型逆变器调制技术 99
8.2.2 传统控制算法 101
8.2.3 基于误差标幺化的占空比微调均压控制方法 103
8.2.4 仿真验证 105
8.3 小结 108
第9章 下垂系数动态调节的微电网逆变器控制策略 109
9.1 微电网逆变器数学模型 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 控制模块分析 113
9.3 传统固定下垂系数的控制策略 116
9.4 下垂系数动态调节的控制策略 117
9.4.1 动态下垂控制方法分析 117
9.4.2 动态下垂控制器参数设计 118
9.5 电压电流双闭环控制器参数设计 119
9.5.1 电压环控制器设计 119
9.5.2 电流环控制器设计 120
9.6 仿真验证 122
9.6.1 离网运行仿真 122
9.6.2 并网运行仿真 125
9.7 小结 127
第10章 光伏逆变器运行模式切换控制方法 128
10.1 孤岛检测原理 128
10.1.1 频率扰动法原理分析 129
10.1.2 带正反馈的频率扰动法原理分析 130
10.2 微电网逆变器并\离网模式切换分析 131
10.2.1 并网切换至离网分析 132
10.2.2 离网切换至并网分析 132
10.3 并网至离网平滑切换控制策略 133
10.3.1 基于增强型频率正反馈的孤岛检测方法 134
10.3.2 孤岛检测仿真 136
10.4 并网至离网切换过程仿真 138
10.5 离网至并网平滑切换控制策略 140
10.5.1 基于动态下垂系数的预同步策略 140
10.5.2 离网至并网切换过程仿真 142
10.6 仿真验证 143
10.6.1 硬件平台设计 143
10.6.2 输出滤波器设计 145
10.6.3 控制系统程序设计 146
10.6.4 实验结果分析 147
10.7 小结 148
第11章 风力发电系统组成及数学模型 149
11.1 风力机的数学模型 149
11.2 双馈电机的数学模型 150
11.2.1 静止坐标系下的数学模型 152
11.2.2 同步旋转坐标系下的数学模型 154
11.3 网侧变换器的数学模型 156
11.4 双馈电机及网侧变换器的MATLAB 建模 158
11.5 STATCOM拓扑结构与工作原理 159
11.5.1 STATCOM电路基本结构 159
11.5.2 STATCOM的工作原理 160
11.6 小结 162
第12章 风力发电系统低电压穿越技术研究 164
12.1 基于Crowbar电路的低电压穿越技术 164
12.1.1 电压跌落的基本概念 164
12.1.2 低电压穿越的硬件保护方法 166
12.1.3 基于Crowbar硬件保护电路的低电压穿越技术 167
12.1.4 仿真验证 173
12.2 基于状态反馈线性化的网侧变换器低电压穿越技术 175
12.2.1 状态反馈线性化理论 176
12.2.2 网侧变换器的状态反馈线性化控制 180
12.2.3 仿真验证 183
12.3 小结 186
第13章 STATCOM补偿指令电流检测方法研究 187
13.1 STATCOM补偿指令电流定义 187
13.2 传统STATCOM补偿指令电流检测方法及局限性 188
13.2.1 矢量坐标变换原理 188
13.2.2 传统p-q检测方法 189
13.2.3 传统ip-iq检测方法 190
13.2.4 传统检测方法的局限性 194
13.3 跨端口STATCOM补偿指令电流检测方法 195
13.3.1 STATCOM跨端口工况下的局限性 195
13.3.2 跨端口STATCOM补偿指令电流检测方法 195
13.3.3 仿真验证 198
13.4 改进型STATCOM补偿指令电流检测方法 202
13.4.1 传统锁相环的工作局限性 202
13.4.2 改进的软件锁相环算法 202
13.4.3 相位调节模块 206
13.4.4 改进型STATCOM补偿指令电流检测方法 207
13.4.5 仿真与实验分析 208
13.5 小结 212
第14章 风电并网中级联STATCOM的正负序解耦控制方法 213
14.1 级联STATCOM结构原理与调制策略 213
14.1.1 拓扑结构与工作原理 213
14.1.2 单极倍频SPWM调制策略 222
14.2 级联STATCOM直流侧电容电压平衡控制方法 224
14.2.1 直流侧电容电压不平衡的原因 224
14.2.2 传统电容电压平衡控制方法 225
14.2.3 有功功率均等分配的直流侧电容电压平衡控制方法 227
14.2.4 仿真与实验分析 229
14.3 不平衡工况下级联STATCOM控制方法 233
14.3.1 系统不平衡产生原因及危害 233
14.3.2 不平衡工况下级联STATCOM工作特性分析 234
14.3.3 基于正序-负序解耦PWM 的级联STATCOM控制方法 236
14.3.4 仿真与实验分析 239
14.4 级联STATCOM控制系统设计 242
14.4.1 控制硬件设计 242
14.4.2 控制软件设计 245
14.5 小结 254
第15章 不平衡条件下级联STATCOM的复合控制方法 255
15.1 级联STATCOM数学建模 255
15.1.1 级联STATCOM建模方法分析 255
15.1.2 级联STATCOM建模假设 256
15.1.3 级联STATCOM数学模型 256
15.2 级联STATCOM直流侧电容电压分层控制方法 259
15.2.1 级联STATCOM直流侧电容电压不平衡机理 259
15.2.2 级联STATCOM直流电容电压分层控制方法 260
15.2.3 仿真与实验分析 266
15.3 系统不平衡条件下级联STATCOM控制方法 274
15.3.1 系统不平衡条件下级联STATCOM运行分析 274
15.3.2 系统不平衡条件下级联STATCOM负序分量的数学模型 277
15.3.3 系统不平衡条件下级联STATCOM 控制方法 278
15.3.4 仿真与实验分析 282
15.4 小结 289
参考文献 290