新能源發(fā)電并網(wǎng)控制技術及應用

目錄
第1章 緒論 1
1.1 新能源發(fā)電的背景 1
1.1.1 光伏發(fā)電的背景 1
1.1.2 風力發(fā)電的背景 2
1.2 新能源發(fā)電國內(nèi)外研究歷程 3
1.2.1 光伏發(fā)電國內(nèi)外研究歷程 3
1.2.2 風力發(fā)電國內(nèi)外研究歷程 5
1.3 新能源發(fā)電并網(wǎng)控制技術國內(nèi)外研究歷程 7
1.3.1 光伏發(fā)電并網(wǎng)控制技術國內(nèi)外研究歷程 7
1.3.2 風力發(fā)電并網(wǎng)控制技術國內(nèi)外研究歷程 8
1.3.3 風電場STATCOM的應用 10
1.4 小結 11
第2章 光伏發(fā)電系統(tǒng)組成和基本原理 12
2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 12
2.1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的簡介 12
2.1.2 多功能一體化光伏發(fā)電裝置 13
2.1.3 防逆流控制方法和裝置 14
2.2 光伏電池的原理及特性 15
2.2.1 光伏電池工作原理 15
2.2.2 光伏電池數(shù)學模型 16
2.2.3 光伏電池輸出特性 18
2.3 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)原理 20
2.3.1 單級式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 20
2.3.2 兩級式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 21
2.4 儲能系統(tǒng)原理及數(shù)學模型 22
2.4.1 蓄電池的數(shù)學模型 22
2.4.2 超級電容器的數(shù)學模型 24
2.4.3 混合儲能系統(tǒng)的數(shù)學模型 25
2.5 小結 26
第3章 光伏并網(wǎng)逆變器組成和基本原理 27
3.1 光伏逆變器拓撲結構及工作原理 27
3.1.1 升壓部分拓撲結構及工作原理 27
3.1.2 逆變部分拓撲結構及工作原理 28
3.1.3 濾波部分拓撲結構及工作原理 30
3.2 級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器拓撲及工作原理 32
3.2.1 級聯(lián)型逆變器拓撲 32
3.2.2 級聯(lián)型逆變器工作模式 34
3.3 級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器工作原理 36
3.3.1 逆變器的選擇 36
3.3.2 級聯(lián)型兩級式并網(wǎng)逆變器工作原理 38
3.4 小結 40
第4章 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的HESS系統(tǒng)荷電狀態(tài)估計 41
4.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡的基本原理 41
4.1.1 神經(jīng)元模型 41
4.1.2 神經(jīng)元連接方式 42
4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡的學習算法理論 42
4.2.1 梯度最速下降算法 43
4.2.2 學習率可調(diào)整的BP 算法 44
4.2.3 增強型學習率自適應算法 44
4.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡的荷電狀態(tài)估計效果分析 45
4.4 小結 48
第5章 微電網(wǎng)HESS系統(tǒng)功率分配協(xié)調(diào)控制 49
5.1 基于功率頻率的HESS系統(tǒng)功率指令初級分配方法 49
5.1.1 一階低通濾波方法 49
5.1.2 小波包分解方法 50
5.1.3 滑動平均濾波方法 51
5.2 基于儲能元件荷電狀態(tài)的HESS系統(tǒng)功率協(xié)調(diào)控制方法 52
5.3 仿真驗證 53
5.4 小結 58
第6章 光伏逆變器并網(wǎng)運行控制方法 59
6.1 基于準PR調(diào)節(jié)器的并網(wǎng)電流控制 59
6.1.1 電壓電流雙環(huán)控制 60
6.1.2 電壓外環(huán)的實現(xiàn) 61
6.1.3 電流內(nèi)環(huán)的實現(xiàn) 62
6.2 最大功率點跟蹤控制 65
6.2.1 光伏電池等效電路和數(shù)學模型 66
6.2.2 常用MPPT控制方法及其局限性 68
6.2.3 最大功率點跟蹤優(yōu)化控制方法 69
6.3 仿真驗證 72
6.4 小結 76
第7章 光伏逆變器防孤島運行控制方法 77
7.1 逆變器防孤島運行檢測方法 77
7.2 主被動式相結合防孤島運行控制方法 80
7.2.1 防孤島運行控制工作原理 80
7.2.2 基于Qf0×Cnorm坐標系模型參數(shù)優(yōu)化 81
7.3 仿真驗證 84
7.4 小結 86
第8章 級聯(lián)型兩級式光伏并網(wǎng)逆變器控制方法 87
8.1 級聯(lián)型兩級式并網(wǎng)逆變器MPPT控制方法 87
8.1.1 光伏陣列的輸出特性 87
8.1.2 傳統(tǒng)MPPT控制方法 90
8.1.3 基于GA的光伏MPPT變加速擾動法 93
8.1.4 仿真驗證 97
8.2 級聯(lián)型兩級式并網(wǎng)逆變器直流母線均壓控制 99
8.2.1 級聯(lián)型逆變器調(diào)制技術 99
8.2.2 傳統(tǒng)控制算法 101
8.2.3 基于誤差標幺化的占空比微調(diào)均壓控制方法 103
8.2.4 仿真驗證 105
8.3 小結 108
第9章 下垂系數(shù)動態(tài)調(diào)節(jié)的微電網(wǎng)逆變器控制策略 109
9.1 微電網(wǎng)逆變器數(shù)學模型 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 控制模塊分析 113
9.3 傳統(tǒng)固定下垂系數(shù)的控制策略 116
9.4 下垂系數(shù)動態(tài)調(diào)節(jié)的控制策略 117
9.4.1 動態(tài)下垂控制方法分析 117
9.4.2 動態(tài)下垂控制器參數(shù)設計 118
9.5 電壓電流雙閉環(huán)控制器參數(shù)設計 119
9.5.1 電壓環(huán)控制器設計 119
9.5.2 電流環(huán)控制器設計 120
9.6 仿真驗證 122
9.6.1 離網(wǎng)運行仿真 122
9.6.2 并網(wǎng)運行仿真 125
9.7 小結 127
第10章 光伏逆變器運行模式切換控制方法 128
10.1 孤島檢測原理 128
10.1.1 頻率擾動法原理分析 129
10.1.2 帶正反饋的頻率擾動法原理分析 130
10.2 微電網(wǎng)逆變器并\離網(wǎng)模式切換分析 131
10.2.1 并網(wǎng)切換至離網(wǎng)分析 132
10.2.2 離網(wǎng)切換至并網(wǎng)分析 132
10.3 并網(wǎng)至離網(wǎng)平滑切換控制策略 133
10.3.1 基于增強型頻率正反饋的孤島檢測方法 134
10.3.2 孤島檢測仿真 136
10.4 并網(wǎng)至離網(wǎng)切換過程仿真 138
10.5 離網(wǎng)至并網(wǎng)平滑切換控制策略 140
10.5.1 基于動態(tài)下垂系數(shù)的預同步策略 140
10.5.2 離網(wǎng)至并網(wǎng)切換過程仿真 142
10.6 仿真驗證 143
10.6.1 硬件平臺設計 143
10.6.2 輸出濾波器設計 145
10.6.3 控制系統(tǒng)程序設計 146
10.6.4 實驗結果分析 147
10.7 小結 148
第11章 風力發(fā)電系統(tǒng)組成及數(shù)學模型 149
11.1 風力機的數(shù)學模型 149
11.2 雙饋電機的數(shù)學模型 150
11.2.1 靜止坐標系下的數(shù)學模型 152
11.2.2 同步旋轉坐標系下的數(shù)學模型 154
11.3 網(wǎng)側變換器的數(shù)學模型 156
11.4 雙饋電機及網(wǎng)側變換器的MATLAB 建模 158
11.5 STATCOM拓撲結構與工作原理 159
11.5.1 STATCOM電路基本結構 159
11.5.2 STATCOM的工作原理 160
11.6 小結 162
第12章 風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越技術研究 164
12.1 基于Crowbar電路的低電壓穿越技術 164
12.1.1 電壓跌落的基本概念 164
12.1.2 低電壓穿越的硬件保護方法 166
12.1.3 基于Crowbar硬件保護電路的低電壓穿越技術 167
12.1.4 仿真驗證 173
12.2 基于狀態(tài)反饋線性化的網(wǎng)側變換器低電壓穿越技術 175
12.2.1 狀態(tài)反饋線性化理論 176
12.2.2 網(wǎng)側變換器的狀態(tài)反饋線性化控制 180
12.2.3 仿真驗證 183
12.3 小結 186
第13章 STATCOM補償指令電流檢測方法研究 187
13.1 STATCOM補償指令電流定義 187
13.2 傳統(tǒng)STATCOM補償指令電流檢測方法及局限性 188
13.2.1 矢量坐標變換原理 188
13.2.2 傳統(tǒng)p-q檢測方法 189
13.2.3 傳統(tǒng)ip-iq檢測方法 190
13.2.4 傳統(tǒng)檢測方法的局限性 194
13.3 跨端口STATCOM補償指令電流檢測方法 195
13.3.1 STATCOM跨端口工況下的局限性 195
13.3.2 跨端口STATCOM補償指令電流檢測方法 195
13.3.3 仿真驗證 198
13.4 改進型STATCOM補償指令電流檢測方法 202
13.4.1 傳統(tǒng)鎖相環(huán)的工作局限性 202
13.4.2 改進的軟件鎖相環(huán)算法 202
13.4.3 相位調(diào)節(jié)模塊 206
13.4.4 改進型STATCOM補償指令電流檢測方法 207
13.4.5 仿真與實驗分析 208
13.5 小結 212
第14章 風電并網(wǎng)中級聯(lián)STATCOM的正負序解耦控制方法 213
14.1 級聯(lián)STATCOM結構原理與調(diào)制策略 213
14.1.1 拓撲結構與工作原理 213
14.1.2 單極倍頻SPWM調(diào)制策略 222
14.2 級聯(lián)STATCOM直流側電容電壓平衡控制方法 224
14.2.1 直流側電容電壓不平衡的原因 224
14.2.2 傳統(tǒng)電容電壓平衡控制方法 225
14.2.3 有功功率均等分配的直流側電容電壓平衡控制方法 227
14.2.4 仿真與實驗分析 229
14.3 不平衡工況下級聯(lián)STATCOM控制方法 233
14.3.1 系統(tǒng)不平衡產(chǎn)生原因及危害 233
14.3.2 不平衡工況下級聯(lián)STATCOM工作特性分析 234
14.3.3 基于正序-負序解耦PWM 的級聯(lián)STATCOM控制方法 236
14.3.4 仿真與實驗分析 239
14.4 級聯(lián)STATCOM控制系統(tǒng)設計 242
14.4.1 控制硬件設計 242
14.4.2 控制軟件設計 245
14.5 小結 254
第15章 不平衡條件下級聯(lián)STATCOM的復合控制方法 255
15.1 級聯(lián)STATCOM數(shù)學建模 255
15.1.1 級聯(lián)STATCOM建模方法分析 255
15.1.2 級聯(lián)STATCOM建模假設 256
15.1.3 級聯(lián)STATCOM數(shù)學模型 256
15.2 級聯(lián)STATCOM直流側電容電壓分層控制方法 259
15.2.1 級聯(lián)STATCOM直流側電容電壓不平衡機理 259
15.2.2 級聯(lián)STATCOM直流電容電壓分層控制方法 260
15.2.3 仿真與實驗分析 266
15.3 系統(tǒng)不平衡條件下級聯(lián)STATCOM控制方法 274
15.3.1 系統(tǒng)不平衡條件下級聯(lián)STATCOM運行分析 274
15.3.2 系統(tǒng)不平衡條件下級聯(lián)STATCOM負序分量的數(shù)學模型 277
15.3.3 系統(tǒng)不平衡條件下級聯(lián)STATCOM 控制方法 278
15.3.4 仿真與實驗分析 282
15.4 小結 289
參考文獻 290