太阳能光伏并网发电技术
丛 书 序
自工业革命以来，人类活动对传统能源的大规模利用已造成严重环境问题，在能源问题上必须寻找新的出路，需要开发多种可持续的清洁环保的能源加以利用，并建立相应的新能源供应体系，以减少污染排放，实现社会的可持续发展。因此，绿色环保、节能减排已成为全社会各行各业的发展方向。
电力电子技术的精髓是能源的高效率利用和提升生产效率，它在工业、能源、交通、信息、国防、教育等重要领域有着举足轻重的作用。如果把计算机比作人的大脑，电力电子就可以看作是肌肉，它是连接信息与制造业的纽带，是实现信息化制造的支撑科技。同时，电力电子技术也是发展智能电网、新能源和节能减排的核心技术，已被列入国家科技发展计划。
在此背景下，由中国电源学会、电子工业出版社共同发起，组织成立了“新能源电能变换与控制技术丛书”编委会，旨在建立一个相关领域专家学者交流学习的平台，及时将适合的理论、技术、科研成果等著为图书并出版。丛书的定位为具有一定广度和研究深度的科技专著，主题围绕新能源应用与电能变换及相关控制技术的结合，介绍具体设计或应用，内容以研究过程、结果和应用实例为主；读者对象为相关专业工程技术人员、科研人员及高等院校师生。
丛书内容目前包括风力发电、光伏发电、燃料电池、半导体照明、分布式逆变电源系统、微电网等多个方向，并将根据相关技术的发展不断推陈出新；丛书主要作者均为长期从事相关领域高校教学及科研工作、在业内颇具影响力的学者。相信这套丛书的出版，将对新能源电能变换与控制技术的发展和传播起到促进作用，为我国新能源产业的发展贡献一份力量。
前 言
21世纪是人类大规模利用太阳能的世纪。自1954年第一块实用光伏电池问世以来，太阳能光伏发电取得了长足的进展，它是目前发展最为迅速、前景最为看好的可再生能源产业之一。自1990年以来，全球光伏装机容量从46MW增至2012年的31GW，20多年间增加了600多倍。在各国政府的大力倡导和扶持下，光伏发电产业正以平均每年30%～40%的速度增长。展望未来，国际能源署预计，到2020年光伏发电在许多地区能够实现平价上网，到2050年能够提供全球发电量的11%。
2000年以来，随着西班牙、德国、美国、日本、中国、印度、韩国等对本国光伏产业的政策扶持，全球光伏逆变器的销售额逐年递增，光伏逆变器进入了一个快速增长的阶段。欧盟国家是全球光伏市场的先驱，具备完善的光伏产业链，光伏逆变器技术处于世界领先地位。奥巴马政府上台以后，美国光伏产业发展迅速，将有可能取代德国成为世界上最大的光伏逆变器消费市场。目前全球光伏逆变器市场基本被国际几大巨头瓜分，我国光伏逆变器市场规模有待进一步扩大，尽管拥有了以合肥阳光电源有限公司为代表、具备国际竞争力的一些企业，但是多数企业在逆变器技术质量、转换效率、结构工艺、智能化程度、稳定性等方面与国外先进水平相比仍有一定差距。
目 录
第1章 绪论 1
1.1 全球能源形势 1
1.2 国内外光伏发电现状 3
1.2.1 国外光伏发电现状 3
1.2.2 国内光伏发电现状 5
第2章 光伏电池基础 7
2.1 光伏电池原理 7
2.2 光伏电池分类 8
2.2.1 硅系光伏电池 8
2.2.2 多元化合物系光伏电池 10
2.2.3 有机半导体系光伏电池 10
2.3 光伏电池电气特性分析 11
2.3.1 光伏电池等效数学模型 11
2.3.2 光伏电池经典电气特性 12
2.4 光伏电池阵列的电气特性分析 14
2.4.1 光伏电池阵列等效数学模型 14
2.4.2 光伏电池组件串联特性分析 15
2.4.3 光伏电池组件并联特性分析 19
第3章 最大功率点跟踪技术 24
3.1 最大功率点跟踪的实质 24
3.2 最大功率点跟踪方法 24
3.2.1 准最大功率点跟踪法 25
3.2.2 真最大功率点跟踪法 31
3.3 MPPT方法比较 43
第4章 孤岛保护技术 45
4.1 孤岛现象及保护标准 45
4.2 孤岛检测方法 46
4.2.1 远程技术 47
4.2.2 本地技术 47
第5章 数字锁相环技术 67
5.1 锁相环原理 67
5.2 数字锁相环设计 69
5.2.1 基于过零点检测的PLL算法 69
5.2.2 基于坐标变换的PLL算法 70
5.2.3 基于瞬时功率理论的PLL算法 81
第6章 光伏发电系统电路拓扑 89
6.1 不可调度式光伏并网发电电路拓扑结构分类及特点 90
6.1.1 按光伏电池组件与电力电子变换电路的连接方式分类 90
6.1.2 按电力电子变换电路自身特点分类 92
6.1.3 按电路隔离性质分类 93
6.2 光伏并网发电电路拓扑的设计原则 95
6.3 共模电流抑制电路及分析 97
6.3.1 共模电流原理 97
6.3.2 共模电流抑制电路 99
6.4 直流电流分量抑制技术 113
6.4.1 被动抑制方法 113
6.4.2 主动抑制方法 115
第7章 阴影问题及抑制技术 120
7.1 部分阴影问题分析 120
7.1.1 部分阴影的影响 120
7.1.2 部分阴影问题的研究现状 121
7.2 基于单端反激变换器的串联型DC组件电路 127
7.3 单相光伏微型逆变器 129
7.3.1 单级式光伏微型逆变器 130
7.3.2 多级式光伏微型逆变器 132
7.3.3 主动式功率解耦的光伏微型逆变器 132
7.4 基于双向反激变换器的阴影抑制技术 134
7.4.1 光伏组件集成双向反激变换器 134
7.4.2 具有部分阴影抑制能力的新型光伏发电系统 135
7.4.3 新型光伏支路工作模式 135
7.4.4 仿真与实验分析 136
7.5 阴影抑制电路性能对比 143
第8章 光伏并网逆变器控制策略 144
8.1 多级式光伏并网逆变器控制策略 144
8.1.1 前级MPPT控制策略 144
8.1.2 后级MPPT控制策略 146
8.2 单级式光伏并网逆变器控制策略 148
8.2.1 电流控制的电压源型逆变器控制策略 148
8.2.2 电流控制的电流源型逆变器控制策略 149
8.3 电流控制技术 149
8.3.1 基于静止坐标系的交流电流控制技术 149
8.3.2 基于同步旋转坐标系的直流电流控制技术 159
第9章 用于三相光伏并网逆变器的不连续DSVPWM方法 162
9.1 基于空间电压矢量的GDPWM不连续调制策略 162
9.1.1 三相并网逆变器模型分析 162
9.1.2 并网逆变器输出侧功率因数角分析 164
9.1.3 基于空间电压矢量的GDPWM策略 165
9.1.4 DSVPWMx性能分析 171
9.1.5 GDPWM策略仿真与实验分析 174
9.2 NPC三电平光伏并网逆变器的GDPWM不连续调制策略 177
9.2.1 GDPWM不连续调制策略实现方法 177
9.2.2 基于不连续调制的中点电压平衡控制方法 179
9.2.3 基于GDPWM调制的NPC三电平逆变器的仿真与实验分析 183
第10章 低电压穿越控制技术 186
10.1 电网故障类型 186
10.2 电网低电压检测原理 188
10.2.1 光伏发电系统低电压穿越要求 188
10.2.2 低电压检测方法 191
10.3 低电压穿越控制策略 193
10.3.1 基于储能设备的LVRT技术 193
10.3.2 基于动态无功补偿设备的LVRT技术 194
10.3.3 基于并网电流控制的LVRT技术 194
参考文献 202