光伏与风力发电系统并网变换器PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 风力发电的进展 1

1.2 光伏发电的进展 3

1.3 并网变换器——风力发电和光伏发电系统并网的关键要素 4

参考文献 4

第2章 光伏逆变器结构 5

2.1 简介 5

2.2 由H桥拓扑派生出的逆变器结构 7

2.2.1 基本全桥逆变器 7

2.2.2 H5逆变器（SMA） 10

2.2.3 HERIC逆变器（Sunways） 12

2.2.4 REFU逆变器 14

2.2.5 有直流旁路的全桥逆变器——FB-DCBP（Ingeteam） 16

2.2.6 全桥零电压整流器——FB-ZVR 18

2.2.7 派生自H桥的拓扑小结 20

2.3 由NPC拓扑派生出的逆变器结构 20

2.3.1 中点钳位型（NPC）半桥逆变器 20

2.3.2 Conergy NPC逆变器 22

2.3.3 派生自NPC的逆变器拓扑小结 24

2.4 典型光伏逆变器结构 24

2.4.1 带有高频变压器的H桥升压型光伏逆变器 24

2.4.2 带有低频变压器的升压型逆变器 24

2.5 三相光伏逆变器 25

2.6 控制结构 26

2.7 结论及未来趋势展望 27

参考文献 28

第3章 光伏并网标准 30

3.1 简介 30

3.2 国际标准 30

3.2.1 IEEE 1547分布式发电并网标准 30

3.2.2 IEC 61727电力设备接口特性 31

3.2.3 VDE 0126-1-1安全 32

3.2.4 IEC 61000电磁兼容性（EMC-低频） 32

3.2.5 EN 50160公共配电系统电压质量 33

3.3 电网异常状态时的响应特性 34

3.3.1 电压偏差 34

3.3.2 频率偏差 34

3.3.3 恢复并网 34

3.4 电能质量 35

3.4.1 直流电流注入 35

3.4.2 电流谐波 35

3.4.3 平均功率因数 36

3.5 反孤岛的要求 36

3.5.1 IEEE 1547/UL 1741对反孤岛的定义 37

3.5.2 IEC 62116对反孤岛的定义 38

3.5.3 VDE 0126-1-1对反孤岛的定义 38

3.6 小结 39

参考文献 39

第4章 单相功率变换器的电网同步 41

4.1 简介 41

4.2 单相系统的电网同步技术 42

4.2.1 采用傅里叶分析的电网同步 42

4.2.2 采用锁相环的电网同步 48

4.3 基于正交信号的相角检测方法 54

4.4 一些基于正交信号发生器的PLL 58

4.4.1 基于T/4传输延时的PLL 58

4.4.2 基于Hilbert变换的PLL 58

4.4.3 基于反Park变换的PLL 59

4.5 一些基于自适应滤波器的PLL 63

4.5.1 改进型PLL 64

4.5.2 2阶自适应滤波器 65

4.5.3 2阶广义积分器 67

4.5.4 基于2阶广义积分器的PLL 71

4.6.2 阶广义积分器锁频环 73

4.6.1 2阶广义积分器锁频环的分析 75

4.7 小结 81

参考文献 81

第5章 孤岛检测 84

5.1 简介 84

5.2 检测盲区 85

5.3 孤岛检测方法概述 86

5.4 被动式孤岛检测方法 88

5.4.1 过／欠频率和过／欠电压检测法 88

5.4.2 相角跳变检测法（PJD） 89

5.4.3 谐波检测法（HD） 89

5.4.4 被动式检测法比较 93

5.5 主动式孤岛检测方法 93

5.5.1 频率漂移法 94

5.5.2 电压漂移法 99

5.5.3 电网阻抗估算法 100

5.5.4 基于锁相环的孤岛检测法 103

5.5.5 主动式孤岛检测法比较 108

5.6 小结 110

参考文献 110

第6章 风力发电系统并网变换器结构 112

6.1 简介 112

6.2 风力发电系统结构 113

6.3 并网变换器拓扑 116

6.3.1 单单元变换器（VSC或CSC） 117

6.3.2 多单元变换器（交错式或级联式） 121

6.4 风力发电系统控制 123

6.4.1 发电机侧控制 124

6.4.2 风力发电系统并网控制 127

6.5 小结 129

参考文献 129

第7章 风机系统的并网要求 131

7.1 简介 131

7.2 并网标准的演变 132

7.2.1 丹麦 134

7.2.2 德国 134

7.2.3 西班牙 135

7.2.4 英国 135

7.2.5 爱尔兰 136

7.2.6 美国 136

7.2.7 中国 136

7.2.8 小结 136

7.3 正常工作情况下的频率和电压偏移 137

7.4 正常工作情况下的有功功率控制 138

7.4.1 功率限制输出 138

7.4.2 频率控制 140

7.5 正常工作情况下的无功功率控制 141

7.5.1 德国 141

7.5.2 西班牙 143

7.5.3 丹麦 143

7.5.4 英国 143

7.5.5 爱尔兰 143

7.5.6 美国 144

7.6 电网扰动下的运行状况 144

7.6.1 德国 144

7.6.2 西班牙 146

7.6.3 美国西部电力协调委员会 149

7.7 并网规范中有关谐波的探讨 150

7.8 未来趋势 150

7.8.1 本地电压控制 151

7.8.2 惯性模拟（IE） 151

7.8.3 功率振荡阻尼（POD） 151

7.9 小结 151

参考文献 152

第8章 三相功率变换器的电网同步 153

8.1 简介 153

8.2 电网故障情况下的三相电压矢量 154

8.2.1 电网故障情况下的不对称电网电压 158

8.2.2 瞬时电网故障、电压跌落 160

8.2.3 电压跌落的派生 162

8.3 不对称及畸变电网条件下的同步参考坐标系锁相环 165

8.4 解耦双同步参考坐标系锁相环（DDSRF-PLL） 169

8.4.1 双同步参考坐标系 169

8.4.2 解耦网络 170

8.4.3 解耦双同步参考坐标系的分析 171

8.4.4 解耦双同步参考坐标系锁相环的结构和响应 174

8.5 双2阶广义积分器锁频环（DSOGI-FLL） 177

8.5.1 双2阶广义积分器的结构 178

8.5.2 双2阶广义积分器与解耦双同步参考坐标系的关系 178

8.5.3 对应于双2阶广义积分器的锁频环 180

8.5.4 双2阶广义积分器锁频环的响应 181

8.6 小结 183

参考文献 183

第9章 风力发电系统并网变换器控制 185

9.1 简介 185

9.2 变换器的模型 186

9.2.1 L滤波器逆变器的数学模型 186

9.2.2 LCL滤波器逆变器的数学模型 189

9.3 交流电压和直流电压控制 190

9.3.1 直流母线电压控制 190

9.3.2 通过交流电流控制实现的直流母线电压级联控制 192

9.3.3 PI控制器的调节 194

9.3.4 基于PI的电压控制设计实例 196

9.4 电压定向控制和直接功率控制 198

9.4.1 同步坐标系电压定向控制：PQ开环控制 199

9.4.2 同步坐标系电压定向控制：PQ闭环控制 200

9.4.3 静止坐标系电压定向控制：PQ开环控制 200

9.4.4 静止坐标系电压定向控制：PQ闭环控制 202

9.4.5 基于虚拟磁通的控制 202

9.4.6 直接功率控制 203

9.5 离网、微电网、下垂控制和电网支撑 206

9.5.1 无负载分配的并网／离网运行 206

9.5.2 带可控储能装置的微电网运行 208

9.5.3 下垂控制 209

9.6 小结 211

参考文献 212

第10章 电网故障情况下的并网变换器控制 214

10.1 简介 214

10.2 不对称电网电压条件下并网变换器的控制技术概述 215

10.3 用于不对称电流注入的控制结构 220

10.3.1 用于不对称电流注入的解耦双同步坐标系电流控制器 220

10.3.2 用于不对称电流注入的谐振控制器 228

10.4 不对称电网条件下的功率控制 231

10.4.1 瞬时有功-无功控制（IARC） 232

10.4.2 正序和负序控制（PNSC） 233

10.4.3 平均有功-无功控制（AARC） 235

10.4.4 对称的正序控制（BPSC） 236

10.4.5 IARC、PNSC、AARC和BPSC策略的性能比较 237

10.4.6 灵活正序和负序控制（FPNSC） 240

10.5 带电流限制的灵活功率控制 241

10.5.1 不对称电网条件下的电流矢量轨迹 242

10.5.2 三相电流的瞬时值 244

10.5.3 各相最大电流的估计 245

10.5.4 最大有功功率和无功功率设定点的估计 248

10.5.5 灵活正序和负序控制的性能 249

10.6 小结 254

参考文献 255

第11章 并网滤波器设计 257

11.1 简介 257

11.2 滤波器拓扑 258

11.3 设计注意事项 259

11.4 LCL滤波器与电网相互作用的实例 263

11.5 谐振问题和阻尼方案 267

11.5.1 无阻尼电流控制环的不稳定性 267

11.5.2 电流控制环的无源阻尼 268

11.5.3 电流控制环的有源阻尼 271

11.6 滤波器的非线性特性 273

11.7 小结 277

参考文献 277

第12章 并网电流控制 279

12.1 简介 279

12.2 并网电流谐波标准 280

12.3 独立调制的线性电流控制 281

12.3.1 平均化技术 281

12.3.2 PI控制 282

12.3.3 无差拍控制 285

12.3.4 谐振控制 287

12.3.5 谐波补偿 291

12.4 调制技术 298

12.4.1 单相调制 300

12.4.2 三相调制 301

12.4.3 多电平调制 304

12.4.4 交错调制 308

12.5 电流控制型变换器的运行限制条件 310

12.6 实例 311

12.7 小结 314

参考文献 314

附录 316

附录A 三相系统的空间矢量变换 316

A.1 简介 316

A.2 频域中的对称分量 316

A.3 时域中的对称分量 317

A.4 静止参考坐标系下的αβ0分量 320

A.5 同步参考坐标系下的dq0分量 321

参考文献 322

附录B 瞬时功率理论 322

B.1 简介 322

B.2 时域内单相系统功率定义的起源 324

B.3 多相系统有功电流的起源 325

B.4 多相系统功率电流的瞬时计算 327

B.5 p-q理论 329

B.6 任意多相系统的广义p-q理论 331

B.7 改进的p-q理论 331

B.8 三相功率系统的广义瞬时无功功率理论 333

B.9 小结 334

参考文献 335

附录C 谐振控制器 336

C.1 简介 336

C.2 内模原理 336

C.3 dq坐标系下PI控制器与αβ坐标系下PR控制器的等效性 337