太陽能光伏並網發電及其逆變控制（第2版）

本書是編者在長期從事太陽能光伏發電及並網逆變技術研究與產業化基礎上，通過學習和研究大量國內外相關參考文獻編寫而成的，是對相關本科教材的深入與完善。

本書以「太陽能光伏發電技術」以及「電力電子技術」理論為基礎，從光伏並網發電系統與並網逆變控制角度出發，深入淺出地討論了太陽電池技術、光伏並網系統的體系結構、光伏並網逆變器的電路拓撲、光伏並網逆變器控制策略、大功率點跟蹤技術、並網光伏發電系統的孤島效應及反孤島策略、陽光跟蹤聚集技術、光伏並網系統的低電壓穿越及相關標准等內容，為光伏並網發電技術的應用與研究提供了理論基礎。

前言

第1章緒論1
1.1太陽能及其光伏產業1
1.2光伏並網發電技術的發展7
1.2.1國內外光伏並網發電技術的發展7
1.2.2國內外光伏並網發電的激勵政策17
1.2.3我國光伏發電中長期發展規劃19
1.2.4光伏發電成本變化趨勢及預測20
1.3國內外大型光伏發電系統簡介22
1.3.1Springerville Generating Station（SGS）大型荒漠光伏電站22
1.3.2APS Star Center 調峰電站25
1.3.3Prescott的荒漠電站26
1.3.4國內外百兆瓦以上大型光伏電站27
1.3.5特色光伏電站29
1.3.6我國大型光伏電站（100MW及以上容量）30

第2章光伏電池與光伏陣列33
2.1光伏電池的物理基礎33
2.1.1光伏效應的量子物理基礎33
2.1.2pn結的形成37
2.1.3光生伏特效應39
2.2光伏電池的製作40
2.2.1單晶矽電池的製作流程40
2.2.2光伏電池組件及其封裝42
2.2.3光伏電池組件的出廠檢測44
2.3光伏陣列的建模與工程計算方法44
2.3.1光伏電池的數學模型44
2.3.2光伏電池輸出特性的工程計算方法48
2.4光伏電池的應用設計50
2.4.1光伏陣列使用前的測試50
2.4.2光伏系統的一般設計方法51
2.5光伏電池新技術與新品種53
2.5.1新型pn結結構53
2.5.2多晶矽電池和非晶矽電池55
2.5.3非矽材料光伏電池56
2.5.4有機光伏電池56
2.6第三代光伏電池技術58
2.7光伏電池研究的最新成果60
參考文獻63

第3章光伏並網系統的體系結構65
3.1集中式結構65
3.2交流模組式結構66
3.3串型結構67
3.4多支路結構68
3.5主從結構69
3.6直流模組式結構70
3.7小結71
參考文獻71

第4章光伏並網逆變器的電路拓撲72
4.1光伏並網逆變器的分類72
4.1.1隔離型光伏並網逆變器結構72
4.1.2非隔離型並網逆變器結構73
4.2隔離型光伏並網逆變器74
4.2.1工頻隔離型光伏並網逆變器74
4.2.2高頻隔離型光伏並網逆變器77
4.3非隔離型光伏並網逆變器84
4.3.1單級非隔離型光伏並網逆變器84
4.3.2多級非隔離型光伏並網逆變器88
4.3.3非隔離型光伏並網逆變器問題研究94
4.4多支路光伏並網逆變器105
4.4.1隔離型多支路光伏並網逆變器105
4.4.2非隔離型多支路光伏並網逆變器107
4.4.3非隔離級聯型光伏並網逆變器108
4.5微型光伏並網逆變器112
4.5.1微型光伏並網逆變器概述112
4.5.2微型逆變器的基本拓撲結構117
4.6NPC三電平光伏逆變器126
4.6.1NPC三電平逆變器拓撲結構126
4.6.2NPC三電平逆變器PWM調製策略128
參考文獻135

第5章光伏並網逆變器控制策略138
5.1光伏並網逆變器控制策略概述138
5.2基於電流閉環的向量控制策略141
5.2.1同步坐標系下並網逆變器的數學模型142
5.2.2基於電網電壓定向的向量控制（VOC）143
5.2.3基於虛擬磁鏈定向的向量控制(VFOC)146
5.3直接功率控制（DPC）151
5.3.1暫態功率的計算152
5.3.2基於電壓定向的直接功率控制(VDPC)154
5.3.3基於虛擬磁鏈定向的直接功率控制(VFDPC)164
5.4基於LCL濾波的並網光伏逆變器控制170
5.4.1概述170
5.4.2無源阻尼法172
5.4.3有源阻尼法176
5.4.4基於LCL濾波的並網光伏逆變器濾波器設計186
5.5單相並網逆變器的控制195
5.5.1靜止坐標系中單相並網逆變器的控制196
5.5.2同步旋轉坐標系中單相並網逆變器的控制199
參考文獻201

第6章光伏發電的最大功率點跟蹤（MPPT）技術204
6.1概述204
6.2基於輸出特性曲線的開環MPPT方法207
6.2.1定電壓跟蹤法207
6.2.2短路電流比例係數法208
6.2.3插值計演算法208
6.3擾動觀測法210
6.3.1擾動觀測法的基本原理211
6.3.2擾動觀測法的振盪與誤判問題213
6.3.3擾動觀測法的改進215
6.4電導增量法（INC）222
6.4.1電導增量法的基本原理223
6.4.2電導增量法的振盪與誤判問題225
6.4.3電導增量法的改進232
6.5智慧MPPT方法237
6.5.1基於模糊理論的MPPT控制237
6.5.2基於人工神經網路的MPPT控制240
6.5.3基於智慧方法的MPPT複合控制242
6.6兩類基本拓撲結構的MPPT控制245
6.6.1兩級式並網光伏逆變器的MPPT控制245
6.6.2單級式並網光伏逆變器的MPPT控制249
6.7MPPT的其他問題250
6.7.1局部最大功率點問題250
6.7.2MPPT的能量損耗264
6.7.3最大功率點跟蹤的效率與測試268
參考文獻278

第7章並網光伏發電系統的孤島效應及反孤島策略281
7.1孤島效應的基本問題281
7.1.1孤島效應的發生與檢測282
7.1.2孤島效應發生的可能性與危險性285
7.1.3並網逆變器發生孤島效應時的理論分析288
7.1.4孤島效應的檢測標準與研究狀況293
7.1.5並網光伏系統的反孤島測試296
7.2基於並網逆變器的被動式反孤島策略298
7.2.1過/欠電壓、過/欠頻率反孤島策略299
7.2.2基於相位跳變的反孤島策略301
7.2.3基於電壓諧波檢測的反孤島策略303
7.3基於並網逆變器的主動式反孤島策略304
7.3.1頻移法304
7.3.2基於功率擾動的反孤島策略308
7.3.3阻抗測量方案310
7.4不可檢測區域（NDZ）與反孤島策略的有效性評估311
7.4.1基於ΔP×ΔQ坐標系孤島檢測的有效性評估312
7.4.2基於L×Cnorm坐標系孤島檢測的有效性評估317
7.4.3基於負載特徵參數Qf×f0坐標系的有效性評估322
7.4.4基於負載特徵參數Qf0×Cnorm坐標系的有效性評估326
7.5多逆變器並聯運行時的孤島檢測分析332
7.5.1部分逆變器使用被動式反孤島方案333
7.5.2系統中同時使用主動頻移法和滑模頻移法334
7.5.3系統中同時使用主動頻移法和基於正回饋的主動頻移法335
7.5.4系統中兩台並網逆變器均使用基於正回饋的主動頻移法336
7.5.5系統中兩台並網逆變器均使用滑模頻移法337
參考文獻338

第8章陽光的跟蹤與聚集342
8.1陽光跟蹤與聚集的意義342
8.1.1陽光跟蹤的意義342
8.1.2陽光聚集的意義343
8.2陽光跟蹤系統的設計344
8.2.1陽光跟蹤伺服機構344
8.2.2陽光跟蹤控制系統346
8.3陽光聚集系統設計348
8.3.1聚光光伏電池及其應用中的技術要求348
8.3.2陽光聚集裝置349
參考文獻353

第9章光伏並網系統的低電壓穿越354
9.1電網故障的特徵355
9.1.1對稱跌落故障356
9.1.2不對稱跌落故障356
9.2光伏發電系統並網導則361
9.2.1並網導則概述361
9.2.2光伏發電系統並網導則363
9.3光伏並網系統LVRT控制策略366
9.3.1光伏並網系統電網故障時動態特性367
9.3.2光伏並網系統LVRT控制策略369
9.3.3光伏並網系統LVRT動態模擬372
9.4光伏並網系統LVRT測試規程374
9.4.1新能源並網系統測試規程374
9.4.2光伏並網系統LVRT測試規程376
9.4.3光伏並網系統模擬模型的LVRT測試377
9.5小結379
參考文獻379

附錄光伏並網發電標準簡介381
A.1國內標準簡介381
A.1.1GB/T 19964—2012光伏發電站接入電力系統技術規定381
A.1.2GB/T 29319—2012 光伏發電系統接入配電網技術規定382
A.1.3GB/T 30427—2013並網光伏發電逆變器技術要求和試驗方法382
A.1.4CNCA/CTS 0002—2014光伏並網逆變器中國效率技術條件382
A.2國外標準簡介383
A.2.1IEEE 1547系列標準383
A.2.2UL 1741：2010《Inverters,Converters,Controllers and Interconnection
System Equipment for Use With Distributed Energy Resources》用於分散式發電系統的逆變器、變流器、控制器以及互聯裝置的規定384
A.2.3IEC 621091：2010 （Final Draft）safety of power converters for use in the photovoltaic power systems—Part1:General requirements 光伏發電系統中功率變流器的安全第一部分：通用要求385
A.2.4IEC 621092：2011（Committee Draft）Safety of power converters for use in photovoltaic power systems—Part 2:Particular requirements for inverters 光伏發電系統中能量轉換裝置的安全第二部分： 逆變器的特殊要求385

張興，1984年畢業於合肥工業大學電氣系並留校任教。現任中國電工技術學會電力電子學會理事，中國電源學會理事，台達環境與教育基金會2010年度中達學者，合肥工業大學「電力電子與電力傳動」重點學科和教育部光伏工程研究中心骨干成員，國家「111」工程「可再生能源並網發電創新引智基地」國內專家。主持包括國家十一五支撐計划項目、自然科學基金等多項，發表學術論文100余篇，出版學術專著、教材4部。20年余來，一直從事電力電子與電力傳動、新能源發電技術的教學與科研工作，並與陽光電源有限公司開展了長期而富有成效的產學研合作，實現了太陽能光伏並網逆變器、MW級變速恆頻風力發電變流器的產業化。