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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-ZVR18

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PLL58

4.4.1 基于T/4传输延时的PLL58

4.4.2 基于Hilbert变换的PLL58

4.4.3 基于反Park变换的PLL59

4.5 一些基于自适应滤波器的PLL63

4.5.1 改进型PLL64

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PLL71

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