新能源的開發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn),而電力電子技術(shù)也已廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域,本書以電力電子技術(shù)在新能源開發(fā)與應(yīng)用為切入點(diǎn),較為深入地解釋了風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電及太陽能熱應(yīng)用的相關(guān)理論基礎(chǔ),以及最大功率跟蹤、并網(wǎng)、低電壓穿越和孤島檢測等關(guān)鍵技術(shù);進(jìn)一步介紹了電動汽車常用的拓?fù)潆娐泛凸ぷ髟,以及與蓄電池儲能相關(guān)的技術(shù)和控制策略,并深入介紹了微電網(wǎng)的電能質(zhì)量管理、能量管理、體系結(jié)構(gòu)等相關(guān)內(nèi)容,最后簡要介紹了其他新能源的開發(fā)與應(yīng)用。
劉立群,男,1976年10月生,副教授,碩導(dǎo),畢業(yè)于上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院電氣工程系,獲工學(xué)博士學(xué)位。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇,其中SCI已檢索4篇(均為I區(qū),影響因子:4.842,被他引32次),已錄用待SCI檢索3篇,EI檢索20余篇,參編教材和國外專著2部,已授權(quán)國家發(fā)明專利2項(xiàng),已公開和已受理國家發(fā)明專利3項(xiàng)
第1章 概述 1
1.1 能源的含義及其分類 1
1.1.1 能源的含義和分類 1
1.1.2 能源的重要性 2
1.2 中國能源現(xiàn)狀問題及對策 3
1.2.1 中國能源現(xiàn)狀 3
1.2.2 中國能源存在的問題及發(fā)展對策 3
1.3 新能源與可再生能源 5
1.3.1 新能源與可再生能源的含義及分類 5
1.3.2 新能源與可再生能源的發(fā)展前景 6
1.3.3 發(fā)展新能源與可再生能源的重大意義 7
第2章 太陽能 9
2.1 太陽能利用基礎(chǔ)知識 9
2.1.1 太陽 9
2.1.2 日地天文關(guān)系 10 第1章 概述 1
1.1 能源的含義及其分類 1
1.1.1 能源的含義和分類 1
1.1.2 能源的重要性 2
1.2 中國能源現(xiàn)狀問題及對策 3
1.2.1 中國能源現(xiàn)狀 3
1.2.2 中國能源存在的問題及發(fā)展對策 3
1.3 新能源與可再生能源 5
1.3.1 新能源與可再生能源的含義及分類 5
1.3.2 新能源與可再生能源的發(fā)展前景 6
1.3.3 發(fā)展新能源與可再生能源的重大意義 7
第2章 太陽能 9
2.1 太陽能利用基礎(chǔ)知識 9
2.1.1 太陽 9
2.1.2 日地天文關(guān)系 10
2.1.3 太陽輻射能計(jì)算 13
2.2 太陽能利用技術(shù) 15
2.2.1 光熱轉(zhuǎn)換技術(shù) 15
2.2.2 光伏轉(zhuǎn)換技術(shù) 20
2.2.3 太陽能儲存 29
2.3 太陽能熱動力發(fā)電 32
2.3.1 塔式太陽能熱動力發(fā)電 32
2.3.2 槽式太陽能熱動力發(fā)電 33
2.3.3 碟式太陽能熱動力發(fā)電 34
2.3.4 太陽池發(fā)電 35
2.3.5 太陽能煙囪熱風(fēng)發(fā)電 36
2.4 光伏電池建模及輸出特性 37
2.5 光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù) 43
2.5.1 最大功率點(diǎn)跟蹤 43
2.5.2 并網(wǎng)技術(shù) 48
2.5.3 孤島檢測 51
2.5.4 低電壓穿越 53
2.6 MATLAB實(shí)例 54
2.6.1 光伏輸出特性(m文件) 55
2.6.2 最大功率跟蹤控制策略(Simulink格式) 57
2.7 太陽能應(yīng)用未來發(fā)展前景 59
第3章 風(fēng)能 63
3.1 風(fēng)能利用基礎(chǔ)知識 63
3.1.1 風(fēng) 63
3.1.2 風(fēng)力機(jī)的發(fā)展歷史和分類 65
3.1.3 風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)知識 70
3.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 79
3.2.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成及分類 79
3.2.2 發(fā)電機(jī)類型發(fā)展 82
3.3 混合光伏/風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 85
3.3.1 混合光伏/風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成 85
3.3.2 混合光伏/風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化 85
3.4 風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù) 94
3.4.1 最大功率跟蹤 94
3.4.2 偏航控制 97
3.4.3 變槳距 97
3.4.4 低電壓穿越 98
3.5 MATLAB實(shí)例 101
3.5.1 風(fēng)力機(jī)特性 101
3.5.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真 104
3.6 風(fēng)能利用未來發(fā)展前景 106
第4章 電動汽車功率變換技術(shù) 109
4.1 電動汽車概述 109
4.1.1 電動汽車及其分類 109
4.1.2 電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀 110
4.1.3 電力電子技術(shù)在電動汽車中的應(yīng)用 112
4.2 電動汽車功率變換器概述 117
4.2.1 一般功率交換器技術(shù) 118
4.2.2 一般功率變換器分類 118
4.2.3 一般功率變換器的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 119
4.3 電動車用功率變換器 131
4.3.1 高功率密度變換器 131
4.3.2 DSPM功率變換器 132
4.3.3 大功率移相調(diào)寬功率變換器 133
4.4 電動汽車功率變換器的抗干擾(電磁兼容)設(shè)計(jì) 134
4.4.1 電動車用功率變換器抗干擾問題的提出 134
4.4.2 功率變換器電磁干擾產(chǎn)生的原因 135
4.4.3 功率變換器電磁干擾的輻射與傳導(dǎo) 137
4.4.4 功率變換器的抗干擾設(shè)計(jì) 138
4.5 具有制動能量回饋能力的功率變換器技術(shù) 141
4.5.1 制動能量回收的技術(shù)要求 141
4.5.2 超級電容技術(shù)在電動汽車能量回收系統(tǒng)中的應(yīng)用 143
4.6 電動汽車用雙向DC/DC變換器 145
4.6.1 電動汽車發(fā)展面臨的問題 145
4.6.2 雙向DC/DC變換器在電動汽車中的研究現(xiàn)狀 146
4.6.3 雙向DC/DC變換器的概念 148
4.6.4 雙向DC/DC變換器的拓?fù)錁?gòu)成 148
4.6.5 軟開關(guān)控制技術(shù) 150
4.6.6 雙向DC/DC變換器的控制方式 150
4.6.7 電動汽車雙向DC/DC變換器 151
4.6.8 雙半橋雙向DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇與分析 153
4.7 DC/DC變換器的MATLAB仿真 160
4.7.1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)簡介 160
4.7.2 DC/DC變換器MATLAB仿真實(shí)例 161
4.8 電動汽車未來發(fā)展前景 165
第5章 儲能 166
5.1 概述 166
5.1.1 儲能技術(shù)概況 166
5.1.2 新能源發(fā)電和儲能技術(shù)的展望 168
5.1.3 中國的新能源儲能技術(shù) 169
5.1.4 國際新能源儲能市場與技術(shù) 169
5.2 飛輪儲能技術(shù) 171
5.2.1 飛輪電池的組成與工作原理 171
5.2.2 飛輪電池的應(yīng)用領(lǐng)域 173
5.2.3 國內(nèi)外飛輪儲能技術(shù)的發(fā)展概況 174
5.2.4 飛輪電池能量轉(zhuǎn)換原理與矢量控制 175
5.3 飛輪電池在分布式發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用 195
5.3.1 引言 195
5.3.2 含有飛輪電池的太陽能發(fā)電站的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu) 196
5.3.3 太陽能電池的工作原理、種類及選用 197
5.3.4 飛輪儲能單元 199
5.3.5 動力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與控制 200
5.3.6 系統(tǒng)仿真 204
5.4 其他儲能技術(shù) 207
5.4.1 超導(dǎo)儲能 207
5.4.2 蓄電池儲能 208
5.4.3 超級電容儲能 210
5.4.4 電容充放電過程仿真 212
5.5 儲能技術(shù)的展望 215
第6章 微電網(wǎng) 217
6.1 微電網(wǎng)概述 217
6.1.1 微電網(wǎng)的定義 217
6.1.2 微電網(wǎng)的重要意義 218
6.1.3 微電網(wǎng)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 219
6.2 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 222
6.2.1 微電網(wǎng)總體結(jié)構(gòu) 222
6.2.2 微電網(wǎng)組成部分 224
6.2.3 微型電源及其特性 225
6.2.4 微電網(wǎng)接線形式及微電網(wǎng)負(fù)荷 227
6.3 微電網(wǎng)運(yùn)行和控制方式 227
6.3.1 微電網(wǎng)運(yùn)行方式 227
6.3.2 微電網(wǎng)逆變器控制方法 229
6.3.3 微電網(wǎng)儲能 233
6.4 微電網(wǎng)電能質(zhì)量分析 234
6.4.1 諧波 235
6.4.2 電壓波動 235
6.4.3 電壓暫降 237
6.5 微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng) 238
6.5.1 微電網(wǎng)能量管理基本概念 238
6.5.2 微電網(wǎng)能量管理體系結(jié)構(gòu) 240
6.5.3 能量管理系統(tǒng)通信與控制功能 242
6.6 微電網(wǎng)控制MATLAB仿真 243
6.6.1 微電網(wǎng)控制仿真 243
6.6.2 微電網(wǎng)運(yùn)行仿真 251
6.6.3 負(fù)荷擾動試驗(yàn) 251
6.7 微電網(wǎng)的未來發(fā)展方向 253
6.7.1 高頻交流微電網(wǎng)和直流微電網(wǎng) 253
6.7.2 微電網(wǎng)智能化 254
第7章 其他新能源簡介 255
7.1 生物質(zhì)能發(fā)電 255
7.1.1 生物質(zhì)能概述 255
7.1.2 生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù) 256
7.1.3 生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù) 260
7.1.4 生物質(zhì)能發(fā)電前景 262
7.2 地?zé)崮馨l(fā)電 263
7.2.1 地?zé)豳Y源 263
7.2.2 地?zé)岚l(fā)電原理和發(fā)電技術(shù) 266
7.2.3 地?zé)崮馨l(fā)電現(xiàn)狀 268
7.3 潮汐能發(fā)電 269
7.3.1 潮汐和潮汐能 269
7.3.2 潮汐能發(fā)電原理及技術(shù) 269
7.3.3 潮汐能發(fā)電前景 272
7.4 燃料電池發(fā)電 273
7.4.1 燃料電池發(fā)電簡介 273
7.4.2 幾種典型的燃料電池 275
參考文獻(xiàn) 280
前 言
隨著環(huán)境問題在世界范圍內(nèi)的日益嚴(yán)重,新能源的開發(fā)和利用日益得到了世界各國的重視。針對我國能源消耗總量大、單位能耗高、污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀,我國政府非常重視新能源和可再生能源的開發(fā)和應(yīng)用,特別是光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展階段。然而目前國內(nèi)培養(yǎng)的與新能源開發(fā)技術(shù)相關(guān)的技術(shù)人員的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要,所以新能源的開發(fā)與應(yīng)用是高等院校各相關(guān)專業(yè)高年級學(xué)生應(yīng)該初步了解和學(xué)習(xí)的內(nèi)容。
本書分為7章。第1章對新能源的概念、種類、利用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行了介紹,第2章對太陽能的資源狀況、太陽能熱應(yīng)用、光伏發(fā)電等進(jìn)行了介紹,第3章對風(fēng)能的資源狀況、風(fēng)能發(fā)電技術(shù)和發(fā)展趨勢進(jìn)行了介紹和討論,第4章對電動汽車功率變換技術(shù)進(jìn)行了介紹,第5章對儲能技術(shù)進(jìn)行了介紹,第6章對微電網(wǎng)進(jìn)行了較為全面的描述,第7章對其他可再生能源進(jìn)行了相關(guān)介紹。本書較為全面地介紹了新能源的資源狀況、利用原理與控制技術(shù),以及部分原理的MATLAB仿真過程。適合從事電氣工程、能源生產(chǎn)、能源管理和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員、研究人員參考和使用,也可作為高等院校熱能與動力工程、電氣工程及其自動化、電力工程及相近專業(yè)的教材,也可作為研究生的教學(xué)參考書,同時也可作為自學(xué)、培訓(xùn)教材。
本書由太原科技大學(xué)和太原理工大學(xué)聯(lián)合編寫,其中第1、6、7章由賈燕冰副教授編寫,第2、3章由劉立群教授編寫,第4、5章由于少娟教授編寫。本書在編寫過程中得到了國家國際科技合作項(xiàng)目(編號:2010DFB63200)、山西省高等學(xué)校教學(xué)改革項(xiàng)目(編號:J2013064、2011130)和2012年山西省特色專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目(編號:201201)的大力支持,韓肖清教授、韓如成教授、王鵬教授、田建艷教授、曹銳教授和王康寧高工等提出了許多寶貴意見,兗文宇和趙飛等研究生提供了協(xié)助,在此表示感謝。
由于編者水平和經(jīng)驗(yàn)有限,書中難免存在不足和疏漏之處,敬請讀者批評指正。
編者
2013年10月