光伏發(fā)電技術為太陽能發(fā)電的大規(guī)模應用提供了技術條件，隨著太陽能應用技術的不斷提高和各國政府的大力扶持，太陽能光伏發(fā)電技術將會得到更廣泛的應用。《光伏發(fā)電技術與應用設計》是關于光伏發(fā)電技術及設計方法研究的一部專著，是作者及其課題組歷時十年，在這一研究領域所做工作的總結(jié)和深化。書中系統(tǒng)地闡述了光伏發(fā)電系統(tǒng)的建模、非線性動力學行為分析與控制方法，全面深入地研究了光伏并網(wǎng)發(fā)電的同步、孤島檢測，給出了作者及其合作者一系列理論研究和實驗研究成果，并介紹了當前國內(nèi)外在該領域的研究動態(tài)與趨勢。
《光伏發(fā)電技術與應用設計》可供電子、通信、電力與自動化等專業(yè)的高年級本科生、研究生和相關科研人員閱讀和參考。
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世界能源危機的不斷加劇和人類環(huán)境保護意識的不斷加強，使可再生能源開發(fā)利用技術備受世界各國的重視。太陽能是一種儲備巨大、分布廣泛、清潔的可再生能源，近年來，太陽能利用技術已經(jīng)得到了較大的發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的重要方式。光伏發(fā)電技術為太陽能發(fā)電的大規(guī)模應用提供了技術條件，隨著太陽能應用技術的不斷提高和各國政府的大力扶持，太陽能光伏發(fā)電技術將會得到更廣泛的應用。因此，研究光伏發(fā)電技術及設計方法，對保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有極其重要的理論探索價值和應用參考價值。
根據(jù)目前國內(nèi)外光伏發(fā)電技術的研究現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài)，本書對光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、分岔、混沌等非線性動力學行為進行了深入的研究，并將非線性系統(tǒng)的混沌控制、混沌檢測理論與方法發(fā)展完善，應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的控制與孤島檢測中。在此基礎上，根據(jù)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的實際情況，結(jié)合復雜網(wǎng)絡的理論和方法，深入研究、探索多逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)的非線性動力學和同步控制方法，研究結(jié)果有望為新能源接入主電網(wǎng)構成新型能源互聯(lián)網(wǎng)提供新思路與解決方法。研究成果不僅具有較重要的理論探索價值，而且對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設計并確保其穩(wěn)定運行具有重要的應用參考價值。
本書主要介紹作者近年來研究光伏發(fā)電系統(tǒng)的非線性動力學、同步以及相關的軟硬件設計成果，同時適當參考了國內(nèi)外的一些相關資料和研究報告。全書共8章，第1章涉及光伏發(fā)電發(fā)展概述與基本技術簡介，為后續(xù)各章內(nèi)容的理論分析打下基礎。第2章闡述光伏發(fā)電最大功率點跟蹤技術，主要為后續(xù)各章研究光伏發(fā)電逆變器的直流側(cè)電路控制提供基礎。第3章主要研究單相光伏離網(wǎng)逆變器的工作原理與控制方法。首先簡要介紹光伏離網(wǎng)逆變器的電路拓撲結(jié)構與分析方法，然后分析單相光伏離網(wǎng)逆變器的控制策略，介紹了幾種離網(wǎng)逆變器的控制方法，并給出了實驗結(jié)果。第4章主要研究光伏并網(wǎng)逆變器的同步控制方法。首先介紹國內(nèi)外有關光伏并網(wǎng)逆變器同步控制研究的現(xiàn)狀，然后闡述電流滯環(huán)同步控制、基于PI控制器及改進方法的光伏并網(wǎng)逆變器的同步、基于預測控制的光伏并網(wǎng)電流跟蹤同步改進算法、基于濾波反步法的單相光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)等光伏并網(wǎng)逆變器同步方法。第5章主要介紹光伏并網(wǎng)逆變器的動力學建模及其非線性動力學行為。第6章主要研究光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島現(xiàn)象與檢測方法，為光伏并網(wǎng)系統(tǒng)孤島檢測提供了新的方法與途徑。第7章主要研究光伏微網(wǎng)發(fā)電技術，首先闡述微網(wǎng)及微網(wǎng)研究進展；然后研究微網(wǎng)逆變器的結(jié)構和控制方法；最后深入研究基于小世界網(wǎng)絡模型的光伏微網(wǎng)同步方法和面向?qū)Φ冉Y(jié)構孤島光伏微網(wǎng)的相互耦合同步方法，給出了相關的實驗結(jié)果。
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目錄
前言
第1章光伏發(fā)電發(fā)展概述與基本技術簡介1
1.1光伏發(fā)電發(fā)展概述1
1.1.1光伏發(fā)電的發(fā)展與優(yōu)勢1
1.1.2國外光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢2
1.1.3國內(nèi)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀4
1.2光伏發(fā)電基本概念與技術簡介5
1.2.1光伏離網(wǎng)發(fā)電技術5
1.2.2光伏并網(wǎng)發(fā)電技術6
1.2.3光伏并網(wǎng)逆變器的結(jié)構與種類8
1.2.4最大功率點跟蹤控制技術10
1.2.5光伏并網(wǎng)發(fā)電的孤島現(xiàn)象與檢測技術10
1.2.6光伏并網(wǎng)發(fā)電的同步控制技術11
參考文獻11
第2章光伏發(fā)電最大功率點跟蹤算法與功率優(yōu)化13
2.1光伏電池的建模與特性仿真研究13
2.1.1光伏電池的等效模型和輸出特性13
2.1.2光伏陣列的MATLAB建模與特性仿真14
2.2光伏電池最大功率點跟蹤算法16
2.2.1最大功率點跟蹤原理16
2.2.2DC/DC變換電路16
2.2.3典型MPPT控制方法簡介18
2.2.4改進型變步長擾動觀察MPPT算法22
2.2.5基于Boost電路改進型擾動觀察的MPPT算法的MATLAB/Simulink建模與仿真23
2.3光伏充電控制器的設計24
2.3.1光伏充電控制器的主體設計方案24
2.3.2蓄電池的充電特性及充電方法25
2.3.3蓄電池充電控制程序設計及PWM控制信號測試26
2.3.4光伏充電控制器的MPPT效率測試及分析28
2.4本章小結(jié)29
參考文獻30
第3章單相光伏離網(wǎng)逆變器的工作原理與控制方法32
3.1單相光伏離網(wǎng)逆變器的結(jié)構與工作狀態(tài)分析32
3.1.1單相光伏離網(wǎng)逆變器的主回路拓撲結(jié)構32
3.1.2單相全橋光伏離網(wǎng)逆變器工作狀態(tài)分析33
3.2單相光伏離網(wǎng)逆變器的控制策略分析35
3.2.1SPWM控制的基本原理35
3.2.2等面積中心算法38
3.2.3雙閉環(huán)PI穩(wěn)壓控制方法39
3.2.4電壓、電流雙閉環(huán)PI穩(wěn)壓控制方法仿真40
3.3本章小結(jié)41
參考文獻41
第4章光伏并網(wǎng)逆變器的同步控制方法42
4.1光伏并網(wǎng)逆變器同步控制方法研究進展簡介42
4.2光伏并網(wǎng)逆變器的電流滯環(huán)同步控制方法及仿真結(jié)果44
4.2.1電流滯環(huán)同步控制方法44
4.2.2電流滯環(huán)同步控制仿真結(jié)果45
4.3基于PI控制器及改進方法的光伏并網(wǎng)逆變器的同步及仿真結(jié)果47
4.3.1基于PI控制器的電流同步控制方法及其改進48
4.3.2基于改進PI控制器的電流同步控制方法的控制結(jié)果51
4.4基于預測控制的光伏并網(wǎng)電流跟蹤同步改進算法52
4.4.1單相光伏并網(wǎng)逆變器輸出回路方程建立及其離散化52
4.4.2控制算法設計及其改進55
4.5基于濾波反步法的單相光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)59
4.5.1基于傳統(tǒng)反步法的單相光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)59
4.5.2濾波反步法設計61
4.5.3濾波反步法穩(wěn)定性分析62
4.5.4仿真實驗結(jié)果與分析64
4.6自適應濾波器和PID控制器相結(jié)合的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的同步方法與裝置70
4.6.1技術背景70
4.6.2自適應濾波器和PID控制器相結(jié)合的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)同步裝置70
4.6.3自適應濾波器和PID控制器相結(jié)合的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)同步方法71
4.6.4仿真實驗結(jié)果與分析75
參考文獻80
第5章光伏并網(wǎng)逆變器的非線性動力學特性82
5.1概述82
5.2基于BuckDC/DC降壓變換的兩級式單相全橋光伏并網(wǎng)逆變器83
5.2.1逆變器的電路組成與結(jié)構83
5.2.2逆變器的工作原理分析84
5.2.3逆變器的分段光滑狀態(tài)方程建立84
5.2.4逆變器的分段光滑狀態(tài)方程的非線性動力學行為88
5.2.5結(jié)論與討論90
5.3基于BoostDC/DC升壓變換的兩級式單相全橋光伏并網(wǎng)逆變器90
5.3.1逆變器電路與工作原理分析90
5.3.2逆變器的分段光滑狀態(tài)方程的建立92
5.3.3逆變器分段光滑狀態(tài)方程動力學行為98
5.3.4內(nèi)參數(shù)對兩級式光伏并網(wǎng)逆變器非線性動力學行為的影響102
5.3.5結(jié)論與討論103
參考文獻104
第6章光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島現(xiàn)象與檢測方法106
6.1孤島效應的概念與研究意義106
6.2孤島檢測技術的研究現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài)107
6.3孤島效應的概念與檢測原理109
6.3.1孤島效應的基本概念109
6.3.2孤島檢測的基本原理110
6.4孤島檢測的標準與檢測盲區(qū)112
6.4.1孤島檢測的標準112
6.4.2檢測盲區(qū)113
6.5常用的孤島檢測方法簡介117
6.5.1基于電網(wǎng)側(cè)的遠程孤島檢測方法117
6.5.2基于并網(wǎng)逆變器側(cè)的本地孤島檢測方法118
6.6基于頻率偏移的主動式孤島檢測方法及其改進123
6.6.1AFD孤島檢測法123
6.6.2AFDPF孤島檢測法127
6.7改進的AFDPF孤島檢測法129
6.7.1改進的AFDPF孤島檢測法的原理介紹129
6.7.2改進的AFDPF孤島檢測法的盲區(qū)分析130
6.8AFD、AFDPF以及改進的AFDPF孤島檢測方法的仿真模型建立及仿真結(jié)果130
6.8.1仿真模型建立及仿真參數(shù)設定130
6.8.2AFD孤島檢測法的仿真結(jié)果及分析131
6.8.3AFDPF孤島檢測法的仿真結(jié)果及分析137
6.8.4改進的AFDPF孤島檢測法的仿真結(jié)果及分析146
6.9基于模糊控制的APS孤島檢測新方法151
6.9.1APS孤島檢測方法151
6.9.2改進的APS孤島檢測方法152
6.9.3改進的APS孤島檢測方法NDZ分析155
6.9.4模糊控制系統(tǒng)的構建156
6.9.5基于改進的APS孤島檢測方法的建模與仿真分析161
6.9.6小結(jié)164
6.10基于Morlet復小波變換的孤島檢測方法165
6.10.1Morlet復小波變換165
6.10.2基于Morlet復小波變換的孤島檢測方法166
6.10.3基于Morlet復小波變換的孤島檢測方法的建模與仿真結(jié)果分析168
6.11復小波與實小波變換在孤島檢測中的對比研究173
6.11.1有關參數(shù)設置和Morlet復小波與db10實小波的小波函數(shù)173
6.11.2仿真結(jié)果與分析174
6.12電力系統(tǒng)故障影響下孤島檢測新方法的有效性研究178
6.12.1電力系統(tǒng)故障概述178
6.12.2電力系統(tǒng)故障影響下孤島檢測的有效性分析179
6.13基于一維離散非線性映射的李雅普諾夫指數(shù)變化的光伏發(fā)電孤島檢測方法及裝置181
6.13.1基于一維離散非線性映射的李雅普諾夫指數(shù)變化的孤島檢測的系統(tǒng)組成及檢測原理概述181
6.13.2有關參數(shù)的計算186
6.13.3孤島檢測流程與檢測結(jié)果187
6.13.4孤島檢測特性分析188
參考文獻189
第7章光伏微網(wǎng)發(fā)電技術194
7.1概述194
7.2微網(wǎng)及微網(wǎng)研究進展195
7.2.1微網(wǎng)定義195
7.2.2光伏微網(wǎng)技術研究進展196
7.3基于小世界網(wǎng)絡模型的光伏微網(wǎng)系統(tǒng)非線性動力學行為及其同步方法研究202
7.3.1模型與方法203
7.3.2數(shù)值計算和分析206
7.3.3結(jié)論210
7.4面向?qū)Φ冉Y(jié)構孤島光伏微網(wǎng)的相互耦合同步方法210
7.4.1相互耦合混沌系統(tǒng)同步方法211
7.4.2面向?qū)Φ冉Y(jié)構孤島光伏微網(wǎng)的相互耦合同步模型與方法211
7.4.3相互耦合同步方法同步穩(wěn)定性證明212
7.4.4相互耦合同步方法的仿真驗證與評價214
參考文獻215
第8章1kW單相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的軟硬件設計220
8.1系統(tǒng)總體結(jié)構220
8.1.1硬件設計221
8.1.2DSP核心電路設計221
8.1.3驅(qū)動電路設計223
8.1.4信號采集電路設計224
8.1.5輔助電源電路設計225
8.2系統(tǒng)軟件設計226
8.2.1系統(tǒng)軟件總體結(jié)構226
8.2.2相位同步控制的軟件設計228
8.2.3電流預測同步控制的軟件設計229
8.3實驗結(jié)果232
8.3.1驅(qū)動信號測試實驗232
8.3.2電網(wǎng)同步信號測試實驗233
8.3.3并網(wǎng)電流及電網(wǎng)電壓測試實驗234
8.4本章小結(jié)236
參考文獻237
附錄1符號對照表238
附錄2縮略詞表239
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