前言

自第一次工业革命以来，由于人类对传统化石能源的过度消耗，导致其日益枯竭，同时也引发了环境污染问题；自改革开放以来，我国经济得到迅速发展，随之而来的也是能源需求的飞速增长。而我国当前以煤炭、石油为主的能源结构，以及“总量丰富，人均不足”的能源现状将会不可避免地制约经济的发展。与此同时，消耗化石能源所带来的环境污染问题，也在影响着我国人民的生活质量。因此，为应对能源危机与环境污染问题，实现可持续发展，需要大力发展以风力发电与光伏发电为主的新能源发电技术及相关产业。这不仅是整个能源供应系统的有效补充手段，也是环境治理和生态保护的重要措施，是满足人类社会可持续发展需要的必然选择。

自进入21世纪以来，我国新能源发电技术研究取得了巨大进展，在新能源领域取得了惊人的成果，新能源发电机组装机容量迅速增长，一跃成为世界新能源产业大国。然而，由于我国新能源资源与用电需求的逆向分布、新能源接入电网的电能质量与电网强度较差，以及新能源本身具有不规律性与波动性等因素，新能源机组大规模并入电网也给电能质量乃至电网安全带来了一定的挑战。为了解决相关问题，已有国内外学者做了大量有价值的研究，提出了较为成熟的分析方法、理论体系与解决方案，相关领域包括但不限于锁相同步技术、不平衡及谐波电网下的新能源发电机组运行与控制技术、储能技术、并网运行稳定性分析及治理方法等，这些理论都对改善新能源发电电能质量、提高新能源消纳能力、促进新能源产业的进一步发展做出了重要贡献，而上述理论目前仍主要存在于各类期刊文献中，亟需有书籍对上述各种理论、方法进行统一整理与介绍。

本书是作者团队十多年研究成果的提炼和总结，在新能源发电领域共发表两百余篇论文，授权专利50余项；部分成果获2021年浙江省科学技术进步奖二等奖、2021年中国电工技术学会科学技术进步奖二等奖、2021年浙江省钱江能源科学技术进步奖一等奖、2020年中国电力科学技术进步奖一等奖等。

全书共分为8章：第1章概述讨论了我国新能源发电技术发展的背景意义、实际现状及未来发展趋势，并对风力发电、光伏发电、储能技术等新能源发电关键技术的原理与分类进行了介绍，也为后续章节对各项新能源发电技术的介绍做出了铺垫；第2章主要介绍了网侧变流器的控制技术，并就其中的关键部分即锁相同步技术做出了详细讨论，对于各应用场景下的锁相同步方式的改进原理做了重点分析；第3章主要讲述了风力发电的理论基础与关键技术，首先介绍了风力机的运行特性与最大风能追踪原理，然后通过建立双馈风力发电机与直驱风力发电机的数学模型，介绍了双馈风力发电机与直驱风力发电机的矢量控制与虚拟同步控制方法；第4章介绍了光伏发电控制技术，包括光伏的最大功率点跟踪技术、矢量控制技术和虚拟同步控制技术以及防孤岛运行技术；第5章首先建立储能电池数学模型，随后据此引出了对储能运行控制技术基本原理的介绍，进而讲述了储能变流器的重要应用场景——黑启动控制技术的原理与实施方法；第6章通过建立不平衡及谐波电网下新能源发电设备的数学模型，解释了在电网电压存在谐波及不平衡情况下的新能源发电设备改进控制机理与具体控制策略；第7章首先介绍了新能源发电设备的并网技术规范，指出了研究故障穿越技术的必要性；随后通过建立新能源发电设备暂态数学模型，主要介绍了双馈风电机组的电网电压故障穿越技术机理与常用方案；第8章以并网逆变器的并网运行小信号稳定分析为例，讲述了逆变器的阻抗建模过程、稳定性分析方法及振荡抑制过程，介绍了基于阻抗的新能源发电设备并网运行小信号稳定分析及小信号失稳后的振荡抑制方法。

本书的撰写工作得到了多项科研基金和项目的资助，主要有：国家自然科学基金优秀青年科学基金“弱交流电网下风力发电系统的控制与运行（51622706）”，国家自然科学基金面上基金“双馈风电系统并网运行下振荡频率耦合的基础理论与控制对策（51977194）”“直流并网型双馈异步风力发电系统新型拓扑与控制策略研究（51277159）”，国家重点研发计划“100%可再生能源经柔性直流送出稳定控制技术研究（2020YFF0305801）”“基于电力电子变压器的交直流混合分布式可再生能源技术研究（2017YFB0903300）”，青海省科技厅重大科技专项“多能源互补发电联合运行关键技术研究与示范（2018-GX-A6）”，浙江省自然科学基金重点项目“非理想微电网下虚拟同步机友好并网运行机理及控制策略研究（LZ18E070001）”。

全书由年珩和孙丹编写，成书过程中庞博、徐韵扬、胡彬、金萧、李萌、赵琛、童豪等研究生参与了相关章节的文献整理、文档修订与绘图等工作。在此对所有参与编撰人员表示衷心的感谢！

限于编者能力和水平，且新能源发电技术正处于快速发展阶段，书中难免存在疏漏和不妥之处，欢迎广大读者不吝批评指正。

编 者

二〇二二年十月

于浙江大学