分布式发电与微电网应用技术

《分布式发电与微电网应用技术》第1章概述1、概论（2学时课）2、分布式发电技术（10学时课程+4学时讨论）

光伏发电及并网技术

风力发电及并网技术

微型燃气轮机发电技术

储能技术3、微电网技术（8学时课程+4学时讨论）

微电网管理与控制

孤岛型微电网

微电网经济运行与管控技术4、技术交流（4学时）：含分布式电源的配电网潮流计算，其他行业技术交流与讲座5、实验（6学时）：（1）光伏发电与并网实验；（2）风力发电与并网实验；（3）微网控制系统实验

本课程讲授内容参考文献1、徐青山.分布式发电与微电网技术，人民邮电出版社2、DjamilaRekioua,ErnestMatagne.光伏发电系统的优化—建模、仿真和控制，机械工业出版社3、GonzaloAbad等.双馈感应电机在风力发电中的建模与控制，机械工业出版社杰里米·里夫金（JeremyRifkin）是美国著名经济学家，也是享誉全球的未来学大师。从世界工业发展的内在规律认识能源革命，提出未来将建设（可再生）新能源互联网；从工业革命的发展历程中总结交通运输工具的时代变革，预测未来将实现电动化绿色交通；从“第三次工业革命”的话题谈起第一次通讯革命——报纸印刷和新闻传播第二次通讯革命——电报，电话，电视无线信息传播第一次能源革命——蒸汽火车化石能源第二次能源革命——燃油汽车化石能源世界工业革命遵循了一条发展规律：重大经济革命都是在新的通信技术和新能源系统结合之际发生的环境污染环境污染第三次通讯革命——互联网第三次交通革命——电驱动汽车第三次能源革命——分散式，合作化可再生能源互联网，而实际上，世界经济发达国家和地区的做法是：1、集中式垂直一体化发展方向——规模化电源与互联大电网2、分散式合作平面化发展方向——分布式新能源与微电网世界工业革命遵循了一条发展规律：重大经济革命都是在新的通信技术和新能源系统结合之际发生的2008年美国提出建设B2B—HVDC，

将其东西部和德克萨斯州电网实现超级互联2008年，美国风能学会提交了在其国家利用原有的和新建的765KV-AC以及背靠背直流将美国西部、东部和德克萨斯州用背靠背互联起来，建立超级输电网；在德克萨斯州建立3端HVDC直流网；欧洲、北非、中东的超级电网互联模式

充分利用不同区域间规模化可再生能源的配置调度

实现跨境电力传输与互补，提升电网的稳定性

2020年实现的超级电网计划将纳入欧盟重点发展项目，所构成的多国大规模北海直流电网利用直流电缆传输，将减少转换损失，推动电力电子产品发展。充分利用北海海上风电，将达到18GW，欧洲2020年前将有20%的新能源接入；2050年将有更大规模的可再生能源上网；

到2023年底，全国电力装机容量达到29.1亿千瓦，这标志着我国已经成为世界第一电力能源生产大国。其中，火电装机容量达13.9万千瓦，占全部装机容量的47.7%。其中，含煤电、气电、生物质发电。水电装机容量达到4.2亿千瓦，占全部装机容量的14.4%。核电装机容量达5691万千瓦，占全部装机容量的1.95%风电发电量达到4.4亿千瓦，占全部装机容量的15.1%%。其中，

海上风电异军突起。并网光伏发电累计装机容量6.1亿千瓦，

占全部装机容量的20.9%%全球光伏发电装机容量最大的国家。含集中式、分布式。

我国已经成为世界电力生产第一大国我国能源转型持续深入国际著名风电整机商：丹麦维斯塔斯Vesta德国-西班牙西门子歌美飒中国金风科技美国通用电气GE可再生能源中国远景能源中国明阳智能德国-西班牙恩德安迅能(NordexAcciona)德国Enercon中国运达股份中国

东方电气

我国已经成为世界电力生产第一大国中国著名太阳能企业：中国电建京能集团中核建国电集团光宝科技（太阳能电池板和组件）晋亿实业（太阳能电池板和组件）中集集团（光伏一体化）通威股份（太阳能电池板和组件）苏州阳光（太阳能电池板和组件）永辉集团（储能和光伏组件）华北电网南方电网台湾陕北煤电华中电网济南徐州雅龙江梯级南阳上海华东电网荆门恩施乐山蒙西煤电唐山青岛南京沿海核电连云港沿海核电重庆沿海核电温州西北电网准东吐鲁番变乌北变玛纳斯呼盟高岭背靠背泉州赣州海南新疆分区电网西藏地方电网川渝电网三峡/葛洲坝晋东南煤电灵宝背靠背昆西北罗平天生桥安顺平果贺州金安桥水电茂名江门北郊广州深圳博罗罗洞沿海核电图例500千伏以上交流±500千伏直流±800千伏直流±1100千伏直流±660千伏直流±400千伏直流东北电网蒙东煤电5端HVDCVSC-HVDC320kV,1000MWPage.23/4的煤炭、水能、风能、太阳能资源分布在北部、西部和西南地区2/3以上的能源需求集中在东中部主要负荷中心与大型能源基地距离800～3000公里,必然形成大范围、远距离大容量输电格局格尔木拉萨1100kV,10000MW2600km800kV,7200MW2059km

能源和环境危机促使可再生能源、分布式电源的接入，推动了智能电网技术的发展；未来电网将接入集中式发电厂和大量分布式电源，借助信息技术与智能技术实现安全稳定和经济高效运行。

智能电网不是革命而是进化！智能电网的核心又是智能配电网。分布式电源接入配电网→有源配电网（配电网有源化）→（结合智能技术）成为主动配电网。分布式新能源与微电网研究与建设正在迅速兴起有效吸纳多点多种电能，成为主动配电网的重要特征

用户在负荷和/或电源之间的主动参与表现出智慧型电网有许多种分布式电源可以利用，其中一次能源多为可再生能源；分布式电源的输出连接形式往往要经过电力变换配电网变为有源网，从被动受电变为主动参与——从就地消纳与局部控制到自组织消纳、自主控制和微网最优协调分布式电源特点决定了其资源分散，项目容量小，用户类型多样，加之发展初期，国家有关部门相关界定标准不规范，政策、标准不配套、不完善，其建设和管理呈现多样性、复杂性。近年来，分布式电源与微电网的发展已成为社会各界关注焦点。

2021年全国能源工作会议，转型发展方面，实现清洁可再生能源跨越式发展，新增装机7000-8000万千瓦。。

“十四五”能源发展规划（讨论稿）总的目标要求是：优先开发当地分散式和分布式可再生能源资源，大力推进分布式可再生电力、热力、燃气等在用户侧直接就近利用，结合储能、氢能等新技术，提升可再生能源在区域能源供应中的比重。在电源侧研究水电扩机改造、抽水蓄能等储能设施建设、火电灵活性改造等措施，提升系统调峰能力。。为推动“十四五”期间可再生能源成为能源消费增量主体，实现2030年非化石能源消费占比20%的战略目标奠定坚实基础。国家能源局提出发展分布式电源的目的（1）加快新能源开发利用，提高能源效率，减少化石能源消费，促进节能减排和非化石能源发展目标的完成。

（2）解决规模化集中式新能源发电并网瓶颈问题，形成千家万户开发利用新能源的新模式。

（3）加快发展分布式电源，改变跨区远距离输电的电力供应模式，减缓电力供应对集中供能系统的过分依赖。国家电网公司关于分布式电源并网相关意见和规范关于分布式电源定义和适用范围

分布式电源是指位于用户附近，所发电能就地利用，10千伏及以下电压等级接入电网，且单个并网点装机容量不超过6兆瓦的发电项目。包括:（1）现场端的太阳能、天然气、生物质、风能、地热能、海洋能、资源综合利用发电等类型；（2）高效地利用发电产生的废能生成热和电；（3）现场废气、废热及多余压差来发电的能源循环利用系统。分布式电源如10千伏以上电压等级接入、或以10千伏电压等级接入但须升压送出的发电项目，执行国家国网公司常规电源相关管理规定。国家电网公司关于分布式电源并网相关意见和规范归纳18个典型国家（组织）关于分布式电源的界定标准，具有四个基本特征。电网×电网√特征一：直接向用户供电，潮流一般不穿越上一级变压器。特征二：装机规模小，一般为10MW及以下。

特征三：通常接入中低压配电网，一般为10（35）kV及以下。

特征四：发电类型主要为可再生能源发电、资源综合利用发电、高能效天然气多联供（能效一般达到70%以上）。

22国外关于分布式电源的界定标准222022年分布式电源2022年分布式光伏装机达157.62GW，占光伏装机的40.2%，占全国发电装机的6.1%，已连续两年超过集中式光伏电站。2023年上半年，全国分布式光伏累计装机198GW。到2025年，新建公共机关建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率力争达到50%。分布式光伏市场正式跨入新一轮爆发期，而储能作为电力系统不可或缺的灵活性调节资源，在用户侧可以发挥保电、降低用能成本、降碳减排等功能。光伏发电光资源富集在西北和华北地区，在其荒漠地带适宜集中式开发，需要高电压、远距离输送。分布式光伏主要为建筑屋顶和农牧区用户。我国城市以高层建筑为主，发展条件不及欧美。风力发电风资源80%分布于“三北”和东南近海，适宜集中式开发，需要高电压、远距离输送。20%分布于中东部地区，其中大部分仍以集中开发为主，少量适宜分布式发电。天然气发电天然气储量仅占世界的2.7%，占我国一次能源比重为4%。受气源、价格、管网等条件约束，大规模发展分布式天然气多联供的条件还不具备。水电水电资源主要分布于华中、西南和西北地区，其中76%为大型水电，适宜集中式开发。24%为小水电，大多用于解决偏远地区供电问题。

分布式电源发展与其分散性资源分布特点密切相关，分散性资源决定了分布式电源的发展必须因地制宜，充分考虑资源分布、密度、地域及负荷特性。分布式电源资源特点与发展目标我国分布式电源主要包括：小水电（单站装机5万千瓦及以下）为主，总规模2.26亿千瓦，居世界第一；

分布式光伏：2021年装机29.20GW，同比增长88.39%，占比提升至55%。国内分布式光伏累计装机1.08亿千瓦，占全部光伏发电并网装机容量的1/3。分散式风电：目前装机占比较小，2021年装机增加5GW。近年来余热、余压、余气等资源综合利用和生物质发电增长迅速，总规模821万千瓦，居世界前列；分布式电源及微电网发展现状电压等级：15个480V，4个10kV级，1个60kV（海岛）。装机容量：16个1MW以下，2个5MW以下，1个100MW（海岛）。储能应用：50%的项目（10个）配置储能系统。自平衡能力：普遍具备较强的自平衡能力。大部分项目以可控的燃气轮机作为平衡电源。项目性质：均由政府或研究机构出资，目的是验证关键技术，均未商业化运营。统计9个国家20个微电网试点项目，基本情况如下：国外微电网项目情况试点项目地理分布：国网公司已建成国网公司在建其它单位已建成目前国内已开展微电网试点工程14个，，主要目的是验证微电网运行控制等技术。国内微电网试点项目情况电压等级：10个380V（占71%），4个10kV（占29%）。装机容量：10个1MW以下，4个5MW以下。储能应用：13个配置储能系统。自平衡能力：由于大多采用风电、光伏等间歇式电源，自平衡能力普遍不强。项目性质：绝大部分由电网建设，用于关键技术和标准研制。统计公司及系统外14个微电网试点项目，基本情况如下：国内微电网项目情况序号工程名称电压等级装机容量储能应用系统构成自平衡能力备注1郑州财专微电网试点380V350kW有光伏350kW；锂电池储能200kW/200kWh一般2010年底建成投运2西安世园会微电网试点380V62kW有光伏50kW；风电12kW；锂电池储能25kW/50kWh一般2011年底建成投运3承德村庄微电网试点380V110kW有光伏60kW；风电90kW；锂电池储能80kW/180kWh较强2011年底建成投运4浙江分布式发电/储能及微电网接入控制试点380V350kW有光伏60kW；风电10kW；双馈模拟系统30kW；柴油机250kW；蓄电池储能60kW/60kWh；飞轮储能250kW较强试验系统

配置模拟负载

2011年底建成投运5天津生态城微电网试点380V36kW有光伏30kW；风电6kW；锂电池储能15kW/60kWh强2011年底建成投运国内微电网项目情况序号工程名称电压等级装机容量储能应用系统构成自平衡能力试点主体备注6佛山冷热电联供微电网380V570kW无微型燃气轮机570kW；最大制冷量1081kW；较强南方电网公司2010年初建成投运实为分布式发电目7珠海东澳岛微电网试点10kV2.31MW有光伏1040kW；风电50kW；柴油发电机1220kW；蓄电池储能2000kWh；较强国电浙江舟山海上风电开发公司2010年底建成投运8浙江东福山岛综合项目380V510kW有光伏100kW；风电210kW；柴油发电机200kW；蓄电池储能80kW/960kWh较强兴业太阳能公司2011年中建成投运国内微电网项目情况类型：并网型电压等级：380V容量规模：光伏350kW；电池储能200kW/200kWh研究内容：研发微电网控制管理系统，实现微电网自动运行控制河南郑州财专分布式电源接入及微电网控制智能电网试点项目国内微电网项目情况类型：并网型电压等级：380V容量规模：光伏60kW；风电10kW；双馈模拟系统30kW；柴油机250kW；蓄电池储能60kW/60kWh；飞轮储能250kW研究内容：建成微电网试验仿真平台，提出微电网多目标优化能量管理控制算法浙江分布式发电/储能及微电网接入控制试点项目国内微电网试点项目情况类型：并网型电压等级：380V容量规模：光伏30kW；风电6kW；锂电池储能15kW/60kWh研究内容：试验高渗透率间歇性可再生能源集中接入的运行控制。中新天津生态城分布式电源接入及微电网建设项目国内微电网试点项目情况UPQC统一电能质量调节器电能质量扰动发生器QF11系统主电网静态开关QF1变压器UPQC统一电能质量调节器电能质量扰动发生器QF11光伏发电风力发电储能控制QF6负载交流母线30kVA模拟负载QF12QF2模拟双馈风机转子励磁变换器锂电池柜120kW光伏10kW光伏光伏逆变柜光伏汇流箱锂电池组锂电池组直驱风机交流母线直流母线储能PCS光储PCSQF9QF3QF7QF8QF4QF5QF17QF18QF19QF13QF14QF15储能控制变压器新能源发电控制器有源智能配电网协调控制中心动力电池充电机移动式充电机交流母线柔性配电系统A、B、C区新增120kW光伏和逆变器系统

B区原建10kW光伏系统利用及教学楼屋顶建成光伏发电系统；国重实验室建成风力发电模拟系统、锂电池储能系统；以及电动汽车充电实验设施、电能质量扰动发生控制装置30kW双馈风电机和10kW直驱风电机75Ah/352V和25Ah/320V锂电池储能100kVA/1kV/MMC-UPQC电能质量装置新能源、储能系统、充放电机和有源负荷集成运行实验平台（130kW光伏发电系统、30kW双馈风机、10kW直驱风机、75Ah/352V和25Ah/320V锂电池储能、2台30kW充放电机、30kVA模拟负载柜）电动汽车充放电全工况动态模拟试验平台（集成海马汽车60Ah动力电池、BMS和车载充电机，迷笛汽车72Ah动力电池、BMS和车载充电机，两套200Ah的环卫车动力电池、一套360Ah的公交车动力电池和非车载充电机）电动汽车、新能源电网集成与调控实验基地全景面积：540m2一种含电动汽车充放电的交/直流混合微网结构图采用“交直流混合”集成系统结构本质上，这种混合结构仍可看作是交流微网，直流网络整体可视为一种特殊的直流电源或负荷。交直流混合微网中，对于电动汽车调控的进一步研究还包括“V2V”、“V2H”、“V2B”等模式，更具可控性和互动性的特点。开展了三种不同典型网络结构的研究为促进分布式电源/微电网与电网友好互动提供技术支撑，引导分布式供电技术健康有序发展，目前重点在理论研究、实用技术、标准与试验、示范工程全面开展了研究。发展目标理论研究标准试验示范工程实用技术分布式电源/微电网规划设计分布式电源/微电网运行控制分布式电源/微电网综合利用分布式电源/微电网仿真技术….标准体系检测评估实验验证…分布式电源示范工程微电网示范工程…关键技术分布式电源与微电网协调发展技术体系高性能并网逆控一体机能量管理系统自适应保护装置电能质量综合治理装置….分布式电源/微电网研究体系正在形成

关键技术研究

孤岛检测技术的研究。潮流分析技术研究。微网故障诊断及保护技术的研究。微网负荷预测及发电预测算法研究。协调控制算法的研究。（即协调各个微网子系统的发电出力实现微电网的经济运行）微网子系统自律算法研究，实现“即插即用”功能。微网相关标准大电网应对微网接入的策略体系研究微网政策与管理体系研究内部材料分布式电源与微网应用管控平台产品系列微网并网调度管控平台智能微网控制器终端微网智能管控平台为电网公司提供多微网接入监控、经济调度管理，实现电网削峰、填谷。基于标准协议、智能算法的前端设备智能控制器。为用户侧提供分布式电源、储能及配电设备的智能监控、经济调度管理。123中电普华|四川启明星谢谢！第2章光伏发电及并网技术本章内容2.1太阳能利用基本原理2.2太阳能电池等效电路和最大跟踪功率

（MPPT）算法2.3光伏并网逆变器及控制技术2.4分布式光伏对配电网影响和光伏并网标准2.5光伏发电逆变器并联技术2.6孤岛检测技术2.7光伏逆变器关键技术问题2.1太阳能利用基本原理2.1.1光伏效应2.1.2太阳能电池及种类2.1.3太阳能光伏发电系统光伏发电是根据光生伏特效应（简称：光伏效应Photovoltaiceffect）原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。什么材料？镜子？金属导体？橡胶？液体？水？半导体？二极管？指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。2.1.1

光伏效应理想太阳能电池光伏效应光垂直入射到半导体表面时，进入到半导体内的光强遵照吸收定律：Ix：距离表面x远处的光强I0：入射光强（光伏照度）R：材料表面的反射率α：材料吸收系数，与材料、入射光波长等因素有关图2.1单晶硅、砷化钾和一些重要光电半导体材料的吸收系数和波长的关系图2.2光垂直照射半导体薄片时发生反射、透射和吸收吸收定律PN结与太阳能电池特性外接反偏电压图2.3无光照时二极管整流外接正偏电压图2.4有光照时太阳能电池的伏安曲线PN结：将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。开路电压短路电流2.1.2太阳能电池及种类太阳能电池单体：光电转换的最小单元，尺寸一般为4cm2到100cm2不等。工作电压约为0.5V,工作电流约为20－25mA/cm2

。单体模块阵列单晶硅:始终按同一种排列重复生长的晶体。

单晶硅电池：将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片。单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15％左右，实验室成果也有20％以上的。单晶硅片

单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。

多晶硅：多种晶粒排列组成的固体。

多晶硅电池：目前太阳电池使用的多晶硅材料，多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。多晶硅片多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12%左右。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。薄膜电池（非晶硅太阳电池）1976年有出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低。目前非晶硅太阳电池存在的问题是光电转换效率偏低，国际先进水平为10％左右，且不够稳定，常有转换效率衰降的现象，所以尚未大量用于作大型太阳能电源，而多半用于弱光电源，如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机等方面。2.1.2太阳能电池及种类电池片组件系统封装上盖底板边框结合胶平衡系统阵列2.1.3太阳能光伏发电系统1、按逆变器并网结构分类集中式逆变器结构,串型逆变器结构,集成式逆变器结构,多重串逆变器结构集中式逆变器结构集成式逆变器结构1、按逆变器并网结构分类串型逆变器结构或交流模块多重串逆变器结构2.1.3太阳能光伏发电系统（1）独立光伏系统（孤网）2、按光伏发电系统输出系统直接耦合光伏系统（小）SmallDC;SimpleDC;直流负载（通风设备，水泵）；结构简单；带太阳能储能的直流或交流负载独立系统（大）LargeDC;AC/DC;最完整、最复杂、最完善！光伏阵列直流负载光伏阵列充电控制器直流负载（电视，电冰箱，水泵）电池组逆变器交流负载（灯泡，风扇，电视机，水泵）光伏系统典型应用照明（室内、太阳能广告牌、码头、露天照明、太阳能草坪照明、停车场、山地小屋、游船码头等）偏远地区供电（农村家庭、农村供水系统、岛屿供电、偏远农场、太阳能公路、军事设备等）通讯（无线电话设备、收音机、远程通信系统、公路电话亭、便携式计算机系统、转播塔或中继站）水泵及其控制机动车电池充电（直接给机动车充电、消防、除雪、农业机械、船舶和旅游车的直接充电、专用于电动车充电的太阳能电站）制冷（对于偏远地区或移动的药品和疫苗存贮设备的制冷）消费类产品（手表、计算器、闪光灯、户外照明、安全系统、开门器、手提灯、大型旅行车的小型直流充电器）3、光伏发电系统的组成和分类（2）并网光伏系统分布式并网光伏系统系统性最强、可靠性最高！集中式并网光伏系统逆变器房屋或楼宇负载电网光伏阵列逆变器电网当地的气象数据、太阳辐射照度、准确的用户负载曲线情况等4、光伏系统设计1、确定负载性质和曲线2、光伏发电量估计3、光伏发电系统的面积4、电池组的数量5、逆变器的选择三个要求：电压容量（最大容许输入电压、最大功率点跟踪电压范围）：决定串联光伏组件个数电流容量：决定并联光伏组件个数功率容量：逆变器最大输入功率决定了太阳能电池板数量6、直流导线的规格7、交流导线的规格8、直流熔断器的规格熔断器电压为开关电压1.15倍（1.15Voc）熔断器电流为短路电流的1.5~2倍（1.5~2Isc）2.1.4光伏发电运行失配现象及机理

光伏发电运行失配现象定义：因光照不均、遮挡、组件老化/制造差异，导致组件/电池串输出特性不一致，降低系统效率​危害：引发热斑效应、功率损失、组件损坏，影响长期稳定运行串联电池失配分析​机理：局部辐照降低→部分电池变“负载”消耗电能→功率下降+局部发热​缓解方案：组件内添加旁路二极管，提供低阻抗电流路径，减少功率损失+抑制热斑并联电池失配分析​机理：阴影差异导致电压差→高辐照电池向低辐照电池反向输电（循环电流）→限制总功率​解决方案：支路串联阻断二极管，补偿低辐照支路电压，消除循环电流关键衍生问题——多峰效应​现象：失配导致光伏阵列输出特性曲线出现多个局部最大功率点​影响：传统MPPT算法难以追踪全局最优，效率下降​优化方向：采用先进MPPT算法（PSO、遗传算法、AI优化），快速定位全局最大功率点核心措施：旁路/阻断二极管（硬件补偿）+先进MPPT算法（控制优化）​未来趋势：智能优化算法+功率优化器技术升级，提升复杂环境适应能力与效率​

2.2太阳能电池等效电路和最大功率跟踪（MaximumPowerPointTracking，MPPT）算法2.2.1太阳能电池等效电路（模型）光伏阵列建模3种方法：

1、理想模型光生电流二极管电流短路电流Isc，开路电压VocI0：二极管电流的反向饱和电流当I=0时，光伏模块没有输出，可以得到反向饱和电流为：光伏阵列典型结构图2.2.1太阳能电池等效电路（模型）2、含有损耗的光伏模型假定标准的光照强度为Sref(1000w/m2)，标准环境温度为Tref(25℃):输出功率为:假设Iph=ISC可以推导光伏模块输出功率表达式为:MATLAB模型GTPIV3.单二极管模型图2.5光伏电池等值电路可以用不同方法求解上式，得到光伏电池的伏安特性。模型中包括参数可以由电池厂商提供。输出功率为:太阳能电池的伏安曲线2.2.1太阳能电池等效电路（模型）光生电流二极管电流并联电阻Rsh

的电流开路电压短路电流图2.6不同日照强度下的I-V曲线图2.7不同温度下的I-V曲线2.2.1太阳能电池等效电路（模型）光伏阵列的发电特性图2.8温度变化时的P-V曲线图2.9光照强度变化时的P-V曲线最大功率点与光照强度和温度相关，特定光照和温度条件下的P-V曲线只有一个极值点。同时，由P-V曲线可知:

当光照不变温度升高时，最大功率点左移，且幅值变小；

当温度不变光照变强时，最大功率点左移，而幅值变大。2.2.1太阳能电池等效电路（模型）太阳能电池效率输入光功率与入射光功率之比。影响太阳能电池效率因数（提高开路电压、短路电流或填充因子）：（1）材料能带宽度；（2）温度；（3）幅照度；（4）掺杂浓度；（5）阴影；（6）其他（表面复合速率，光生载流子寿命，串联电阻等）2.2.2最大功率跟踪（MPPT）算法恒定电压法扰动观测法电导增量法三点比较法传统最大功率跟踪算法图2.10温度变化时的P-V曲线图2.11光照强度变化时的P-V曲线2.2.2最大功率跟踪（MPPT）算法原理:1、恒定电压法（CVT）对实际PV模块的测试得出一系列的最大功率点电压值，求取其平均值作为最大功率点的参考电压。系统一直运行于该参考电点附近，从而近视实现MPPT功能。采用CVT法的好处在于实现简单、稳定性好，但是，由于该方法不能根据环境的变化调节参考点位置，因此不能实际的追踪到最大的功率点。光照强度变化时的P-V曲线通过给系统当前运行状态下引入一个电压增量，然后基于引入增量前后功率的偏差，确定扰动方向，然后以一个固定的步长扰动、观测，从而实现最大功率跟踪。2、扰动观测法被广泛运用于光伏发电的传统最大功率点跟踪方法选择其步长的大小非常重要！（PerturbationandObservationMethod,P&O）爬坡法原理:2.2.2最大功率跟踪（MPPT）算法nn+1人们提出了各种改进的扰动观测法：

变步长扰动观测法、自适应步长等2.2.2最大功率跟踪（MPPT）算法原理:3、电导增量法（INC,

IncrementalConductance）或

；2.2.2最大功率跟踪（MPPT）算法在太阳能电池的P-V工作曲线中，最大功率点处的斜率为零。在最大功率点处：dP/dV=0；在最大功率点左边：dP/dV>0；在最大功率点右边：dP/dV<0。通过光伏阵列P-V曲线可知最大值Pmax处的斜率为零，得到：图太阳能电池P-V和dP/dV-V关系图电导增量法控制流程图人们提出了各种改进的电导增量法：

如电池输出侧增加检测功率振荡的最大值和最小值单元，找出工作电流与MPPT点的接近程度。三种方法的比较控制策略优点缺点固定电压法原理简单，结构容易实现效率较低扰动观察法最大功率跟踪较准确，转换效率较高在动态响应速度和稳态误差之间存在折中电导增量法最大功率点跟踪精确，效率最高算法复杂，精度要求高，不易实现2.2.2最大功率跟踪（MPPT）算法开路电压法2.2.2最大功率跟踪（MPPT）算法基本思想：把电池电流和对应的最优电压Vopt（给定电压）进行比较，得到电压误差用来调节变换器占空比。开路电压Voc；0.71<K1<0.78该方法简单。难题：如何确定一个最优的K1值？开路电压法VocVopt具有温度补偿的最优电压：在标准测试条件下的开路电压温度系数在标准测试条件下的环境温度开路电压法VocVoptT短路电流法2.2.2最大功率跟踪（MPPT）算法基本思想：把电池电流和对应的最优电流Vopt（给定电流）进行比较，得到误差用来调节变换器占空比。最优电流Vopt由短路电流计算：短路电压法IscIoptV短路电流Isc；0.78<K2<0.92PI调节器该方法简单，但控制准确度低。难题：如何确定一个最优的K2值？开路电压、短路电流法需要在线测量开路电压、短路电流，会引起输出功率降低。曲线拟合法、查表法寄生电容模型法滑模控制法模糊控制法神经网络法其他新最大功率跟踪算法2.2.2最大功率跟踪（MPPT）算法MPPT算法实现图光伏发电系统思考题思考：1、如何测量光伏电池伏安特性和输出特性？2、光伏电池的串联和并联方式及其性能分析？3、几种光伏电池数学模型及其仿真。4、其他改进的MPPT算法及其仿真。2.3光伏并网逆变器及控制技术1、按照隔离方式分类隔离式非隔离式工频变压器隔离方式高频变压器隔离2、按照输出相数分类单相并网逆变器（中小功率场合一般多采用）三相并网逆变器（大功率场合多采用）多相3、按照功率流向进行分类单方向功率流并网逆变器双方向功率流并网逆变器（并网发电）（用作并网发电\能用作整流器）4、按照拓扑结构分类全桥逆变拓扑、半桥逆变拓扑、多电平逆变拓扑（高压大功率光伏并网逆变器）推挽逆变拓扑、正激逆变拓扑、反激逆变拓扑等（中等功率光伏并网逆变器）小功率光伏并网2.3光伏并网逆变器及控制技术5、按照功率大小中功率逆变器（1-10KW）小功率逆变器（小于1KW）微型逆变器（50W--400W）大功率逆变器（大于10KW）集中式逆变器组串式逆变器集散式逆变器光伏并网逆变器前级DC-DC电路DC/AC变换2.3光伏并网逆变器及控制技术2.3.1前级DC-DC电路

Buck电路Boost电路Buck-Boost电路Cuk电路1、无变压器的DC-DC电路

Boost电路

设计Boost电路开关管的开关频率

fs

=25kHz，输入直流电压Vin∈[25V,45V]，额定输入直流电压Vin=36V，输出直流电压Vo=50V，输出额定电流Io=6A，电感电流工作在电流连续模式，效率η=0.95。

思考题：设计选择Boost电路器件和MPPT算法，并用MATLAB仿真

2.3.1前级DC-DC电路

2.3.1前级DC-DC电路2、有变压器的DC-DC电路

推免式正激变换器Flyback变换器光伏并网逆变器分类电压型逆变器电流型逆变电路多级高频逆变电路三相桥式逆变电路单相全桥逆变电路（1）电压型逆变电路主要拓扑结构按结构分类2.3.2DC/AC变换三相桥式逆变电路单向全桥逆变电路（2）电流型逆变电路主要拓扑结构（3）多级高频逆变电路主要拓扑结构2.3.2DC/AC变换按变压器分类的拓扑结构2.3.2DC/AC变换体积大，重量重，价格上也无优势0.1nF一10nF按功率变换级数分类的拓扑结构单级式变换和多级式变换两种拓扑方案2.3.2DC/AC变换92预备知识坐标变换（1）Clark和Clark-1变换

αβ0坐标系下瞬时功率理论：利用Clark变换可以把abc坐标系下三相瞬态量转换到αβ0正交参考坐标系。2.3.3光伏并网逆变器控制技术（2）Park和Park-1变换预备知识坐标变换

αβ0坐标系下瞬时功率理论：利用Clark变换可以把abc坐标系下三相瞬态量转换到αβ0正交参考坐标系。2.3.3光伏并网逆变器控制技术三相全控桥式电压源型逆变电路Example：三相全控式电压源逆变器控制原理2.3.3光伏并网逆变器控制技术根据基尔霍夫定理和三相之间的平衡关系可以得出：开关函数Sa、Sb和Sc表示式（2.1），可转化为：(2.1)(2.2)1、三相逆变器的数学模型2.3.3光伏并网逆变器控制技术VN为滤波器星型连接电容器的中点与直流母线之间的电位差，可表示为：定义三相逆变器的等效函数为da、db、dc，则其平均开关函数可表示为：(2.3)(2.5)将式（2.4）代入式（2.2）可以得到三相逆变器的平均状态空间方程：(2.4)(2.6)2.3.3光伏并网逆变器控制技术2、SPWM原理表2.18种开关状态下的电压矢量表电压型逆变器主电路图由Park变换定义的电压空间矢量为982、SPWM原理SVPWM的调制方式式中，

其中：U1=U2=Udcm为SVPWM中的电压调至比将式（2.7）在直角坐标系下可表示为：(2.7)根据上式可以解出：99（1）判断矢量Vref所在的扇区，然后根据扇区去确定作用的基本电压矢量；（2）计算各扇区内相邻矢量的作用时间；（3）对各矢量的作用时间进行分段；（4）确定某一时刻的输出空间矢量，确定空间电压矢量的作用顺序；（5）将空间矢量转化为开关器件的驱动信号。2、SPWM原理3、

光伏发电系统控制

光伏并网逆变器的控制目标：(1)输出直流电压恒定且有良好的动态响应能力；(2)确保网侧输入电流正弦，功率因数可调，最高为1。故输入电流的有效控制是网侧变换器控制的关键。图光伏发电系统（1）光伏网侧逆变器

光伏变流器机侧的控制目标：实现对光伏电池的最大功率跟踪，具体的实现方法是基于DC/DC变换器调节PV的端电压实现最大功率的跟踪。图8、光伏机侧控制（1）光伏机侧DC/DC变换器3、光伏发电系统控制图2.7网侧等效拓扑电路(1)（2）光伏网侧逆变器从本质上讲，网侧变换器是一个涉及交、直流电能形态转换的能量变换系统，由于电网常态下电压基本恒定，对输入电流实施快速有效的控制也就能有效的控制能量流动的速度和大小。3、

光伏发电系统控制(2)(3)(4)式（1）经变换式（2）可得d-q旋转坐标系下的电压方程：

d-q坐标系下，从网侧变换器输入到电网的有功功率和无功功率分别为：3、

光伏发电系统控制上式中，Pg大于0表示变换器工作于逆变状态，有功功率从直流侧流向交流电网；Pg小于0表示变换器工作于整流状态，有功功率从交流电网流向直流侧。Qg大于0表示变换器向电网发出滞后无功功率；Qg小于0表示变换器从电网吸收滞后无功功率。(5)将两相同步旋转d-q坐标系下的电网电压方程变换到两相静止坐标系下为:(6)由vα、vβ和Udc送给SVPWM模块产生PWM控制脉冲，从而完成并网逆变器的控制。3、

光伏发电系统控制图网侧控制结构框图3、光伏发电系统控制

电流内环能够提高系统的动态响应特性，电压外环能够改善系统的电压输出波形，驱动信号采用SVPWM调制方式，提高直流母线的电压利用率。3、

光伏发电系统控制思考题1、并网发电系统并网控制有哪些方法？适合哪些场合？2、光伏逆变器P/Q控制及其仿真？3、光伏逆变器V/f控制及其仿真？2.3.4光伏逆变器锁相控制及并网控制锁相控制技术是实现光伏并网控制的核心。并网前对电网的频率锁定通过锁相技术来实现。目前主要的锁相算法：零点检测法、静止坐标系锁相算法、同步旋转坐标锁相算法等。为什么需要锁相技术（PLL）？数字锁相环控制2.3.4光伏逆变器锁相控制及并网控制光伏发电数字锁相环工作原理锁相效果锁相仿真效果基于FPGA实现的锁相效果并网控制算法实现并网算法实现过程如下：通过锁相控制模块检测微电网侧和电网侧的相位，然后对微电网侧和电网侧的相序、相差、压差及频率差进行判断。当满足并网条件：相序相同，相差、压差及频率差在一定的范围时，控制器FPGA发出并网命令。并网效果如图所示，并网过程中冲击电流很小，从而实现光伏微电网的平滑并网。并网过程电流波形脱网过程电流波形

上图给出了三种常见的滤波器，由于一般针对逆变器的并联运行采用的是LCL滤波器，所以重点研究LCL滤波器的设计。

由于LCL型滤波器是一个三阶的滤波器，因此会出现系统谐振。2.3.5滤波器的设计

为了消除三阶滤波器的谐振现象，我们需要在LCL滤波器的电容上串联阻尼电阻来消除谐振。下图给出了串联不同电阻时的谐振波形，电阻大小以此为0.5Ω、1Ω、2Ω、3Ω、5Ω、7Ω、10Ω和13Ω2.3.5滤波器的设计

由于阻尼电阻的存在，会增加滤波器的系统损耗，因此目前常采用虚拟电阻法和直接电流双闭环控制法来减少系统的损耗。串联阻尼电阻虚拟电阻控制2.3.5滤波器的设计直接电流双闭环控制

根据以上的波形可以得出，无论采用哪一种阻尼方式，最终系统的输出结果都能满足系统的设计要求，但是为了减少系统的损耗和高频干扰，本论文采用的是直接电流双闭环控制。2.3.5滤波器的设计2.4分布式光伏对配电网影响和光伏并网标准光伏发电系统离网光伏发电系统并网条件？并网基本必要条件：逆变器输出之正弦波电流的频率和相位与电网电压的频率和相位相同。有逆流并网光伏发电系统无逆流并网光伏发电系统切换型并网光伏发电系统有储能装置的并网光伏发电系统按系统分类形式集中式并网并网光伏发电系统分布式光伏发电并网（分散式并网）并网其他要求：并网方式、电能质量、安全与保护和安装要求2.4.1分布式光伏对配电网影响对配网局部电压稳定的影响。分布式光伏接入后，由于传输功率的波动和分布式负荷的特性，使传输线各负荷节点处的电压偏高或偏低，导致电压偏差超过安全运行的技术指标2.4.1分布式光伏对配电网影响2.对电网频率稳定性的影响分布式光伏接入后，小出力照样会引起电力系统频率稳定性问题。尤其是屋顶光伏安装容量达到3GW的水平后，具备的备用电源即所谓的一次调频将不能满足分布式光伏电源同时切出的出力损失。当电网频率超过50.2Hz即会直接脱网而不参与电网系统服务，即不对电力系统故障情况下做出贡献。3.对故障中短路电流的贡献光伏逆变器由于能量密度有限，其中电力电子元件过流能力限制，并不能提供较高的短路电流。导致在大规模接入分布式光伏的情况下，传输线发生短路故障时，由于光伏逆变器短路电流能力不足，线路上的故障无法被检测并且使保护响应。2.5.1分布式光伏对配电网影响4.对电能质量的影响。主要是指电流谐波，由光伏逆变器的电力电子元件引起，快速投切的并网逆变器产生的谐波和闪变对电网和负荷的影响。2.4.1分布式光伏对配电网影响2.4.1分布式光伏对配电网影响配电网接入的光伏发电单元的功率因数应具备符合电网要求范围内可调的能力，并且按照标准要求配置一定的无功功率。光伏逆变器静态无功能力的充分应用，对于设备投资和电网安全起着重要作用。我国许多大型光伏和风电场都基本都要求功率因数要求在0.95（超前-滞后），光伏发电系统多数采用无功电压控制，并使无功与有功控制解耦，配电网可等效为加入电容进行无功电压补偿。但随着电容的加装，可能会同配电网的电感系统形成自然谐振。5.对功率因数和无功配置的要求6.直流分量注入的影响逆变器的输出电流含有直流分量将对电网产生以下影响：1.在带隔离变压器的逆变器系统中，如果直流分量超过一定值，就会造成隔离变压器饱和，导致系统过流保护，甚至损坏功率器件。2.在不带隔离变压器的逆变器系统中（10kW以下小型光伏系统），直流分量将直接对负载供电。对于非线性负载，直流分量会造成电流的严重不对称，损坏负载。3.直流分量不仅给电源系统本身和用电设备带来不良影响，还会对并网电流的谐波产生放大效应，从而产生电能质量问题。增加电网电缆的腐蚀；导致较高的瞬时电流峰值，可能烧毁熔断器，引起断电。国际上目前对直流分量上限规定基本一致，中国、美国、英国等的相关并网标准规定直流分量不允许超过每相电流额定值的0.5%。IEC61727-2004光伏(PV)系统.电网接口的特性（国际统一标准）EN6l000-3-2（欧洲标准）IEEE1547分布式发电并网标准（IEEE标准）光伏并网的主要国际/国内标准光伏系统并网技术要求（GB/T19939-2005）光伏发电并网逆变器技术要求（GB/T37408-2019）2.4.2光伏并网标准2.4.2光伏并网标准2.5光伏发电逆变器并联技术2.5.1光伏发电逆变器并联技术2.5.2滤波器的设计2.5.3光伏发电逆变器并联技术※背景：传统的单模块大功率供电系统的成本高、体积大、可靠性和适用性越来越差。※意义：提高供电系统的可靠性、容量和灵活性、降低生产成本、减小系统体积。※发展方向:(1)提高逆变器并联的数目；

(2)降低系统的生产成本；

(3)采用高频技术；

(4)改善控制技术，提高输出性能；

(5)提高控制器的数字化程度。2.5光伏发电逆变器并联技术逆变器并联控制必须满足如下条件：（1）并联的各电源模块能够对电网进行自动投切，并且在进行自动投切时不能够对电网产生较大的冲击。（2）在系统允许的输出电压和负载范围内，要求各电源模块能够对系统的输出功率实现快速的均分，包括有功功率的均分和无功功率的均分。（3）当系统出现故障后，能够快速检测到发生故障的电源模块，并将该模块从系统中快速切除，切除后该模块的输出功率能够快速的平均分配到其它的电源模块上，并且在系统输出容量不够时，有其它新的模块能够投入到并联系统中来增加系统的输出容量。目前逆变器的并联控制技术根据模块之间是否有通信信号线可以分为两大类：无互连线控制（即下垂控制）和有互联线控制；其中有互连线控制又分为集中控制、主从控制、2.5光伏发电逆变器并联技术1、逆变器并联集中控制优点：简单，易于实现，均流效果好。缺点：可靠性不高。1、逆变器并联集中控制2、主从控制优点：可靠性较高，主机的逻辑选择很重要。2.5光伏发电逆变器并联技术2.5光伏发电逆变器并联技术3、分散逻辑控制（分布式控制）（1）电流平均值控制优点：原理简单，易于实现，均流效果好，适用于并联台数不多场合。2.5光伏发电逆变器并联技术（2）功率平均值控制3、分散逻辑控制2.5光伏发电逆变器并联技术4、3C环链控制模块之间的互连线较少，更容易实现多台逆变器的并联控制。当环链中任何一个逆变器模块发生故障后，会因为整个系统的环链断裂而无法构成一个环形反馈控制，从而使系统瘫痪2.5光伏发电逆变器并联技术5、无互联线控制（1）系统内只有各个电源模块的输出交流母线并联在一起；（2）下垂控制系统不会受外界干扰的影响，可组成真正的冗余系统；（3）由于系统内的各模块完全是独立控制的，模块之间没有其它的参考信息，因此，如果各模块之间存在参数差异，则会会影响逆变器并联运行的负载均分效果；（4）由于各模块的有功功率和无功功率要在一个基波周期内才能计算出，大大影响了系统的动态特性。2.5光伏发电逆变器并联技术2.5光伏发电逆变器并联技术（1）逆变器的容量按比例分配的并联控制。目前常见的逆变器并联主要是针对相同容量逆变器的并联控制，而在不同容量的逆变器进行并联运行时，需要控制各逆变器按比例输出，并对不同容量的逆变器之间的环流进行抑制。（2）运行模式的切换。多逆变器并联的光伏发电系统需要根据发电要求的变化作运行模式的切换，当光伏发电系统独立运行带负载时，需要工作在电压源状态，而当光伏发电系统在做并网运行时，需要工作在电流源状态，这就需要系统能够实现运行模式的无缝切换。（3）多机并联的孤岛检测。在传统的孤岛检测技术中，大多是针对的独立电源模块的孤岛检测，而在逆变器并联系统中，对多机并联运行的孤岛检测技术还需要做大量的研究。（4）线路阻抗的不平衡。对于一般的逆变器并联系统，通常认为各逆变器的输出线路阻抗是相同的，而在一些特殊的供电环境中，由于并联的各电源模块不一定完全相同，这就需要我们将线路阻抗的不平衡对系统的稳定性与对环流抑制的影响考虑在内，因此，还需要对线路阻抗不平衡的影响作深入研究。需要解决关键问题两台逆变器并联的等效电路图，各逆变器均采用的是LCL滤波器。2.5.1逆变器并联分析

由式可以看出，当两个逆变器输出电压的幅值、相位或者频率不相同时，环流就会一直存在。

根据以上模型，假设L11=L21=L1,L12=L22=L2,C1=C2=C，则可以得出环流为：滤波参数不同时的电压与环流矢量图滤波参数相同时的电压与环流矢量图2.5.2光伏发电逆变器并联技术滤波电感不同滤波电容不同电压幅值不同电压相位不同2.5.2光伏发电逆变器并联技术2.5.3逆变器的并联控制

为了改善系统的运行质量，本文采用了模糊控制技术实现逆变器的并联控制。

上式为传统模糊控制器的数学模型，由该式可以看出该类模糊控制器存在S2项，使得控制系统过于灵敏，控制效果较差。为了实现对传统的模糊控制器的改进，本文采用了一种独立微分的模糊控制器。2.5.3逆变器的并联控制

去掉了s2项2.5.3逆变器的并联控制

不完全微分的PID函数反拉斯变换函数模糊PI控制环流波形独立微分的模糊控制环流波形

不完全微分的模糊控制环流波形系统的输出电流及谐波含量2.6孤岛检测技术孤岛的定义和危害孤岛效应是指当电网由于电气故障、误操作或者自然因素等原因中断供电时，分布式发电系统未能检测出停电状态而脱离电网，仍然向周围的负载提供电能，从而形成一个电力公司无法控制的自给供电孤岛。进入孤岛运行状态时，它会造成许多危害，主要有：1.影响设备供电质量，对用户的设备造成损坏；2.影响电力系统正常运行；3.对检修人员的人身安全造成威胁。及时可靠的检测出孤岛效应，并且停止系统运行在孤岛状态下。

2.6.1孤岛效应发生的机理图

并网光伏发电系统的功率流图公共连接点（PointofCommonCoupling，PCC）处的功率流具有以下规律：RLC电路的端电压和频率与负载的有功功率无功功率的关系：当分布式系统正常运行时，PCC点处的电压和频率受到电网的钳制作用，等于电网的电压和频率，即2.6.1孤岛效应发生的机理

在电网发生断电情况时，一般情况下，因为系统的输出功率和负载功率之间的存在较大差异，系统的电压和频率就会发生较大变化，通过对公共点电压和频率进行了检测就可以判定是否发生孤岛现象。在一种特殊情况时，当逆变器提供的功率与负载需求的功率相匹配，即Pload=P,Qload=Q；当断路器QF跳闸时，公共连接点（PCC）处电压和频率的变化会非常小，系统就会对孤岛很难准确及时的给予判定并且动作，这样会使逆变器继续为负载提供电压，造成了发电系统与本地负载形成一个独立自给的供电孤岛。自给孤岛在自给孤岛形成后，PCC处电压瞬时值Ua将由负载的欧姆定律响应确定，并受逆变器控制系统的监控。同时逆变器为了保持输出电流Iinv与端电压Ua的同步，将驱使Iinv的频率改变，直到与Ua之间的相位差为0，从而使Iinv的频率到达一个（且是唯一的）稳态值，即负载的谐振频率f0。显然，这是电网跳闸后RLC负载的无功功率需求只能由逆变器提供（即QLoad=Q的必然结果）。在并联RLC负载的假设情况下，有孤岛效应发生的必要条件是：（1）发电装置提供的有功功率与负载的有功功率相匹配；（2）发电装置提供的无功功率与负载的无功功率相匹配，即满足相位平衡的关系。2.6.2孤岛效应的检测标准在国际上，通用标准为UL1741、IEEEStd.929-2000，新的标准IEEEStd1547。孤岛检测技术中允许检测的时间保护范围以及电压和频率相关参数的检测标准，并设计了相关模型的反孤岛测试电路及测试的方法。我国国家能源科技中心制定了我国现行的孤岛效应检测标准，采用至少一种主动式检测方案和一种被动式检测方案相结合的方法。表30KW以下孤岛检测时间参考标准（标准IEEEStd1547）2.6.3孤岛检测技术主动式与被动式孤岛检测方法基于通信的孤岛检测方法1.传输断路器跳闸信号检测法原理：随时检测电网与分布式发电系统之间断路器的工作状态，当检测出母线有出现断路现象，就会通过设置好的算法对孤岛的范围进行对比分析，一旦确认重合闸状态，使负载和DG系统相连接的断路器迅速跳开。图

连锁跳闸检测法原理图电力线载波通信检测法原理：该方法采用连接在变电站母线二次侧的信号发生器不断给所有配电线路发送信号，每个分布式发电系统设备装设信号探测器，如果探测器没有检测到该信号，说明变电站和该分布式发电系统设备之间有一个断路器可能已经跳闸，则分布式发电系统处于孤岛状态。基于通信的孤岛检测方法基于逆变器的本地孤岛检测法被动式检测法原理：利用电网断电时逆变器输出端频率、谐波、电压或相位的变化来判断孤岛。主要方法有电压谐波检测法（HarmonicsDetection,HD）、电压相位突变检测法（PhaseJumpDetection，PJD）、“过/欠压”和“过/欠频”检测法等。电压相位突变检测法：原理是在分布式发电系统和电网并网运行时，通过检测逆变器输出端的输出电流与DG系统中的公共连接点PCC处的电压相位差是否发生了突变情况来判断孤岛的发生。如果电压电流相位差超过了所规定的阀值，就证明发生了跳变情况，就可以肯定孤岛发生了。图

电压相位突变检测法原理图一个电流型逆变器为例子主动式检测法原理：主动向分布式发电系统注入一个不影响系统稳定运行的扰动信号，根据注入扰动信号后电压和电流的变化和响应情况来判断是否发生孤岛。当并网运行电网没有断电时，受电网电压钳制和锁相环平衡的作用，检测不到这些扰动对于输出端电压和频率的影响。一旦发生电网断电，逆变器输出端因为扰动的不断累积，迅速的超出设定的阀值范围，触发孤岛效应检测开关，检测出孤岛。基于逆变器的本地孤岛检测法2.6.4主动频率偏移法（AFD）

斩波因素定义为：稳态下，输出电流的幅值和相位：2.7光伏逆变器关键技术问题光伏微网孤岛启动、运行控制技术的研究；光伏并网系统中关键问题：（1）逆变器的容量按比例分配的并联控制（2）运行模式的切换；（3）多机并联的孤岛检测；（4）线路阻抗的不平衡光伏微网能量优化管控技术的研究；微网子系统显示监控技术的研究；微网线路保护控制技术的研究。思考题1、单向光伏逆变器仿真与设计（MPPT、主电路参数、滤波器设计、逆变器控制等）2、光伏逆变器输出LCL滤波器设计研究。3、研究孤岛检测一种方法并进行仿真。谢谢！第3章风力发电及并网技术3.1风力发电基本原理

3.2双馈感应发电机系统3.4风电并网技术3.5低压故障穿越本章提纲3.6风力发电的关键技术问题3.3永磁直驱风电变流系统一、风力发电现状--中国的风能资源风能最佳区：东南沿海、山东半岛、辽东半岛及海上岛屿、内蒙古、甘肃北部、黑龙江南部、吉林东部

风能较佳区：西藏高原中北部、东南沿海、三北的南部区

风能可利用区：两广沿海（包括福建50—1000km的沿海地带）、大小兴安岭山区、中部地区等

风能贫乏区：云贵川、甘南、陕西、湘西、鄂西和福建、两广的山区等；塔里木盆地、雅鲁藏布江各地从2010年开始，我国的风电装机新增容量和总容量均位居全球第一。2019年，全国风电新增并网装机2574万千瓦，其中陆上风电新增装机2376万千瓦、海上风电新增装机198万千瓦，到2019年底，全国风电累计装机2.1亿千瓦，其中陆上风电累计装机2.04亿千瓦、海上风电累计装机593万千瓦，风电装机占全部发电装机的10.4%。2019年风电发电量4057亿千瓦时，首次突破4000亿千瓦时，占全部发电量的5.5%。风力发电现状--中国的风能资源风力发电现状—整机厂商我国，在风机核心技术方面，如风机主控系统、叶片翼型设计等仍然依赖国外生产厂家，基础研发能力依然薄弱我国基本掌握了大容量风电机组的制造技术，风机叶片、齿轮箱、发电机等部件均已实现国产化，同时具备一定的自主研发能力。3.1风力发电基本原理

风的测量基本结构机械部分：调节浆矩角、涡轮机偏航、电机轴转速。机电部分（结构可变部分（极对数、转子电阻等）、外部激励装置和/或功率变换器）：用于控制电机转速、转矩、电流波形。电气部分：控制电网电流的波形。1、按风轮轴与地面的相对位置：

水平轴式风力机和垂直轴（立轴）式风力机。2、叶片工作原理：升力型风力机和阻力型风力机。3、按风力机的用途分类：

风力发电机、风力提水机、风力铡草机、风力脱谷机等。4、按风轮叶片的叶尖线速度与吹来的风速之比的大小：

高速风力机（比值大于:）和低速风力机风力机分类3.1风力发电基本原理

5、按风机容量大小分类：

国际上通常将风力机组分为小型（100kW以下）、中型（100--1000kW和大型（1000kW以上）3种。

我国则分成微型（1kW以下）、小型（1--10kW）、中型（10kW—100kW）和大型（100kW以上）=种；也有的将1000kW以上的风机称为巨型风力机。6、按风轮相对于塔架的位置：

上风式（前置式）风力机、下风式（后置式）风力机7、按风轮的叶片数量：单叶片、双叶片、三叶片、四叶片及多叶片式风力机风力机分类3.1风力发电基本原理

风力机组分类微型及容量在10kW以下的小型风力发电机组，采用永磁式或自励式交流发电机，经整流后向负载供电及向蓄电池充电；容量在l00kW以上的并网运行的风力发电机组，则应用同步发电机或异步发电机。定桨距失速调节型风力发电机

定桨距是指叶片被固定安装在轮毂上，其桨距角（叶片上某一点的弦线与转子平面间的夹角）固定不变变桨距调节型风力发电机变桨距是指安装在轮毂上的叶片,可以借助控制技术改变其桨距角的大小3.1.1风力机工作原理结构图一台恒速风力机的主要部件叶轮（轮毂、桨叶）齿轮箱发电机偏航系统液压系统控制系统刹车系统攻角与失速3.1.1风力机工作原理功率控制功率控制主要有两种方法：浆距控制、失速控制和混合控制。攻角α：相对桨叶的风向与桨叶之间的夹角浆距角β：桨叶相对与风轮旋转平面之间的夹角当攻角增加到某一临界值时，升力突然减小，而阻力急剧增加，此时叶片突然丧失支撑力，成为失速现象。根据空气动力学可以知道，以速度v穿过截面积为S的风功率：风力机从风功率中吸收的功率（输出功率）为Cp为风能利用系数Cp=Po/Pv

贝茨理论给出Cp最大值=59.3%3.1.1风力机工作原理空气动力学图

风力机输出机械功率和机械角速度之间的关系曲线叶尖速比λ是风轮叶尖速度与风速之比，即叶轮的转矩为其中转矩系数和风能利用系数关系为图

叶尖速比与风能利用系数、转矩系数的关系曲线（200KW）图一台200KW变桨型风力机的功率和转矩曲线簇3.1.1风力机工作原理空气动力学图

风力机叶尖速比与风能利用系数的关系曲线商业风机实例3.1.2变速风力机（VSWTs）图一台变速风力机的模型框图1、空气动力学模型3.1.2变速风力机（VSWTs）叶轮的转矩为风能利用系数（叶尖比和浆距角函数）为叶尖速比λ是风轮叶尖速度与风速之比，即2、机械系统3.1.2变速风力机（VSWTs）图用两块质量块模拟传动系统风力机在高速侧的旋转速度和转矩为两质量模型的机械运动方程为忽略阻力系数和摩擦系数，可以推导出发电机转矩和转速之间传递函数含有一个极点和零点为3、变桨系统及其控制3.1.4变速风力机（VSWTs）当对变桨控制建模时，模拟出浆距角的变化速率是非常主要的。正常限制到10度/s。紧急情况限制到20度/s。3.1.2变速风力机（VSWTs）（1）风力机速度控制区域图可变桨变速风力机控制4、变速风力机的控制系统（VSWT）可控制两个自由度：发电机电磁转矩和浆距角图基于四个速度区域的风力机控制策略3.1.3风力发电系统分类3.1.3风力发电系统分类3.1.3风力发电系统分类A:恒速恒频风力发电系统A:恒速恒频风力发电系统变速恒频是指在风力发电的过程中，发电机的转速可以随风速而变化然后通过适当的控制措施使其发出的电能变为与电网同频率的电能送入电力系统。变速恒频风力发电机系统B:变速恒频风力发电系统B:变速恒频风力发电系统有限变速恒频风力发电系统C:变速恒频风力发电系统（含部分功率变频器）基于双馈感应发动机（DFIG）系统D:变速恒频风力发电系统（全功率变频器）基于永磁同步发电机的系统基于全功率变换器直驱型的解决方案多级永磁发电机（MPMG）、