新能源发电技术

年珩，博士，毕业于浙江大学电气工程专业。现任浙江大学电气工程学院教授、博士生导师。主要从事电机系统建模、运行分析、控制技术等方面的研究工作。共发表论文200余篇，连续获爱思唯尔2020、2021中国高被引学者；IEEE高级会员，担任4本国际期刊编委；获授权发明专利40余件。

获2022年浙江省科学技术进步二等奖、2021年中国电工技术学会科学技术进步二等奖、2021年浙江省钱江能源科学技术进步一等奖、2020年中国电力科学技术进步一等奖等。

孙丹，博士，毕业于浙江大学电气工程专业。现任浙江大学电气工程学院教授、博士生导师。主要从事新能源发电并网运行控制技术与交流电机高性能控制技术的研究工作。

主持并参与国家自然科学基金、国家重点研发项目等多项科研项目，共发表论文100余篇，获授权发明专利30余件，获中国电工技术学会科学技术进步二等奖、教育部科技进步二等奖、浙江省科技进步二等奖等。

序

前言

第1章新能源发电概述

1.1能源现状与可持续发展战略

1. 1.1我国能源结构与储备现状

1.1.2我国的可持续发展战略

1.1.3新能源发电技术的发展

1.2风力发电

1.2.1风力发电概述

1.2.2风力发电原理及分类

1.3光伏发电

1.3.1光伏发电概述

1.3.2光伏发电原理及分类

1.4储能…

1.4.1储能概述

1.4.2储能原理及分类

1.5本章小结

思考题

第2章网侧变流器控制技术

2.1网侧变流器数学模型

2.1.1三相静止坐标系下网侧变流器数学模型

2.1.2 两相同步旋转坐标系下网侧变流器数学模型

2.2网侧变流器控制策略

2.3锁相同步方式…

2.3.1锁相同步的作用及基本类型

2.3.2常规锁相同步方式建模

2.3.3薄弱电网下的改进型锁相同步方式

2.4高精度电流跟踪控制方法·

2.4.1线性调节器

2.4.2非线性调节器

2.4.3不同高精度电流跟踪控制器对比

2.5本章小结

思考题

参考文献

第3章风力发电控制技术

3.1变速恒频风力发电系统的运行控制

3.1.1风力机的运行特性

3.1.2变速恒频风力发电系统的运行控制策略

3.2风力发电系统最大风能追踪运行机理·

3.3双馈异步风力发电机的最大风能追踪控制

3.3.1有功功率参考值P：的计算

3.3.2无功功率参考值Q：的计算

3.3.3最大风能追踪控制的实现

3.4风电机组的系统结构与数学模型…

3.4.1双馈异步风力发电机的系统结构

3.4.2直驱风电机组系统结构和数学模型

3.4.3双馈风电机组机侧变流器的数学模型

3.5风电机组的矢量控制技术

3.5.1矢量控制原理

3.5.2直驱风电机组的矢量控制

3.5.3双馈风电机组的矢量控制

3.6本章小结…思考题

第4章光伏发电控制技术

4.1光伏发电系统最大功率点跟踪技术

4.1.1定电压跟踪法

4.1.2扰动观测法

4.1.3导纳增量法

4.2光伏发电运行控制技术

4.2.1基于矢量控制的光伏系统运行策略

4.2.2基于虚拟同步发电机的光伏系统运行策略

4.3光伏发电系统防孤岛运行策略·

4.3.1光伏发电系统孤岛效应

4.3.2被动式光伏检测法及检测盲区

4.3.3主动式光伏检测法

4.4本章小结…思考题

第5章储能控制技术

5.1储能电池数学建模

5.2储能变流器控制技术·

5.2.1储能变流器数学建模

……

7.5.2换相失败下送端电网的新能源发电设备的数学模型

7.6本章小结

思考题·

参考文献·

第8章弱电网下新能源并网系统的稳定性分析与振荡抑制

8.1弱电网下新能源并网系统的振荡失稳问题

8.1.1振荡失稳案例概述·

8.1.2振荡失稳问题的分析方法简介·

8.2基于阻抗的新能源并网稳定性分析方法

8.2.1.阻抗分析方法的基本原理

8.2.2阻抗建模技术…

8.2.3阻抗测量技术

8.2.4基于阻抗的振荡抑制技术

8.3弱电网下新能源并网振荡案例分析

8.3.1并网逆变器的阻抗模型

8.3.2基于阻抗的逆变器并网系统振荡问题分析

8.3.3 基于阻抗的逆变器并网系统的振荡抑制

8.4本章小结

思考题

参考文献

第1章新能源发电概述

1.1能源现状与可持续发展战略

1.1.1我国能源结构与储备现状

自第一次工业革命以来，由于人类对化石能源的过度消耗，导致化石类能源日益枯竭。为了保障人类社会的可持续发展，需要进入节约能源和开发新能源的时代。我国作为人口大国，并且是世界第二大经济体，但是各种资源的人均占有率均远低于世界平均水平。因此，深入研究和解决利用新能源带来的一系列科学技术问题和经济性问题，已成为我国当前能源储备与可持续发展战略的当务之急。

1.我国的能源储量结构

我国可再生能源资源丰富，但是因为人口众多，人均能源资源相对匮乏。我国人口占世界总人口20%，已探明的煤炭储量占世界储量的11%、原油占2.4%、天然气仅占1.2%。人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半，石油仅为十分之一。因此，我国常规能源资源并不丰富，应建立正确的资源意识，并具有相应的忧患意识。

从新能源的储备情况看，我国属太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时。我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古等高原的总辐射量和日照时数均较高，属世界太阳能资源丰富地区之一；四川盆地、两湖地区、秦巴山地是太阳能资源低值区；我国东部、南部及东北地区为资源中等区。同时，我国风力资源丰富，可开发利用的风能储量为10亿千瓦，开发潜力巨大。但是由于新能源大多分布于西北、西南、中南等非经济发达区，并且新能源的开发投资巨大、技术水平较高、回收期较长，因此我国的新能源利用率并不理想，亟需大力推动新能源技术的快速发展。

2.我国的能源生产结构

我国的一次能源产量居世界首位，并且是世界上最大的煤炭生产国。近十年来，煤炭、原油、天然气产量始终保持稳定增长。从二次能源的产出情况看，我国的全年发电量同样呈递增态势。

随着一次能源与二次能源的产量持续增长，在深化能源供给侧结构性改革、优先发展非化石能源等一系列政策措施的大力推动下，我国清洁能源继续快速发展，清洁能源比重进一步提升，能源结构持续优化。近十年，我国的风电、光伏发电、水电以及核电等电力生产始终保持高速发展，可再生能源装机容量稳居全球首位。

总体来说，我国的能源产出仍以煤炭为主，约占据总能源产量的七成左右，但是由于我国能源结构的优化调整，使得清洁能源比重逐年提升，煤炭生产占总产量的比重在逐年降低。

3.我国的能源消费结构

从一次能源的消费情况看，我国是世界上最大的煤炭消费国。自2012年以来，我国的能源消费总量均处于低速增长状态，实现了以较低的能源消费增速支撑经济的中高速发展。

并且我国的煤炭消费量占总能源消费的比例在逐年递减，但短期内仍是我国主要能源来源。同时，天然气、水电、风电以及太阳能等可再生能源消费量所占比重则逐年增加，并且从可再生能源的消费情况看，中国的可再生能源消费量居于世界首位，其中，风电、光伏等新能源发电消费比重也逐年增长。总体来说，我国能源消费构成中，化石能源中煤炭处于主体性地位，石油和天然气对外依存度高；可再生能源消费占比在持续提升，能源消费结构在逐渐优化。

1.1.2我国的可持续发展战略

“十三五”期间，我国能源发展取得了巨大成就，能源资源开发利用效率大幅提高，生态环境明显改善，节能降耗减排取得突出成效。然而，我国的能源利用效率、新能源利用与开发等方面与发达国家仍存在不小的差距。为此，我国的“十四五”规划指出，要继续加速生产生活方式绿色转型，优化能源资源配置、大幅提高能源利用效率，进一步降低单位国内生产总值能源消耗和二氧化碳排放，减少主要污染物排放总量，持续改善生态环境，使生态安全屏障更加牢固。同时构建新型能源体系，推进能源革命，建设清洁低碳、安全高效的能源体系，提高能源供给保障能力。为实现这一规划目标，需要加快发展新能源发电技术，坚持集中式和分布式并举，大力提升风电、光伏发电规模，加快发展东中部分布式能源，有序发展海上风电，进一步提升新能源占能源消费总量比重。

未来我国将致力于全面提高能源利用效率，积极发展风力发电、光伏发电等新能源发电技术，在保证优质、经济、清洁的能源供应的同时，将能源开发与利用给生态环境带来的负面影响降到最低，促进和谐发展。为此，我国将根据各类新能源资源的分布情况，因地制宜，多能互补，大力发展风电、光伏、燃料电池等具有大规模发展潜力的新能源发电技术。

这将为我们实现可持续发展发挥关键作用。

本书是编者在长期从事新能源并网发电机技术研究基础上编写而成，较为全面地介绍了风力发电、光伏发电、储能技术等新能源发电的变流器控制技术。主要内容包括风力发电、光伏发电和储能变流器的数学建模和控制技术、不平衡及谐波电网下新能源发电设备的数学建模和控制技术、电网故障穿越下新能源发电设备的数学建模和控制技术、新能源发电设备的阻抗建模和稳定性分析方法等。