新能源的开发与应用已经成为国内外的研究热点，而电力电子技术也已广泛应用到生产和生活的各个领域，本书以电力电子技术在新能源开发与应用为切入点，较为深入地解释了风力发电、光伏发电及太阳能热应用的相关理论基础，以及最大功率跟踪、并网、低电压穿越和孤岛检测等关键技术；进一步介绍了电动汽车常用的拓扑电路和工作原理，以及与蓄电池储能相关的技术和控制策略，并深入介绍了微电网的电能质量管理、能量管理、体系结构等相关内容，最后简要介绍了其他新能源的开发与应用。
刘立群,男，1976年10月生，副教授，硕导，毕业于上海交通大学电子信息与电气工程学院电气工程系，获工学博士学位。已发表学术论文40余篇，其中SCI已检索4篇（均为I区，影响因子：4.842，被他引32次），已录用待SCI检索3篇，EI检索20余篇，参编教材和国外专著2部，已授权国家发明专利2项，已公开和已受理国家发明专利3项
第1章 概述 1
1.1 能源的含义及其分类 1
1.1.1 能源的含义和分类 1
1.1.2 能源的重要性 2
1.2 中国能源现状问题及对策 3
1.2.1 中国能源现状 3
1.2.2 中国能源存在的问题及发展对策 3
1.3 新能源与可再生能源 5
1.3.1 新能源与可再生能源的含义及分类 5
1.3.2 新能源与可再生能源的发展前景 6
1.3.3 发展新能源与可再生能源的重大意义 7
第2章 太阳能 9
2.1 太阳能利用基础知识 9
2.1.1 太阳 9
2.1.2 日地天文关系 10 第1章 概述 1
1.1 能源的含义及其分类 1
1.1.1 能源的含义和分类 1
1.1.2 能源的重要性 2
1.2 中国能源现状问题及对策 3
1.2.1 中国能源现状 3
1.2.2 中国能源存在的问题及发展对策 3
1.3 新能源与可再生能源 5
1.3.1 新能源与可再生能源的含义及分类 5
1.3.2 新能源与可再生能源的发展前景 6
1.3.3 发展新能源与可再生能源的重大意义 7
第2章 太阳能 9
2.1 太阳能利用基础知识 9
2.1.1 太阳 9
2.1.2 日地天文关系 10
2.1.3 太阳辐射能计算 13
2.2 太阳能利用技术 15
2.2.1 光热转换技术 15
2.2.2 光伏转换技术 20
2.2.3 太阳能储存 29
2.3 太阳能热动力发电 32
2.3.1 塔式太阳能热动力发电 32
2.3.2 槽式太阳能热动力发电 33
2.3.3 碟式太阳能热动力发电 34
2.3.4 太阳池发电 35
2.3.5 太阳能烟囱热风发电 36
2.4 光伏电池建模及输出特性 37
2.5 光伏发电关键技术 43
2.5.1 最大功率点跟踪 43
2.5.2 并网技术 48
2.5.3 孤岛检测 51
2.5.4 低电压穿越 53
2.6 MATLAB实例 54
2.6.1 光伏输出特性（m文件） 55
2.6.2 最大功率跟踪控制策略（Simulink格式） 57
2.7 太阳能应用未来发展前景 59
第3章 风能 63
3.1 风能利用基础知识 63
3.1.1 风 63
3.1.2 风力机的发展历史和分类 65
3.1.3 风力机基础知识 70
3.2 风力发电系统 79
3.2.1 风力发电系统构成及分类 79
3.2.2 发电机类型发展 82
3.3 混合光伏/风力发电系统 85
3.3.1 混合光伏/风力发电系统构成 85
3.3.2 混合光伏/风力发电系统优化 85
3.4 风力发电关键技术 94
3.4.1 最大功率跟踪 94
3.4.2 偏航控制 97
3.4.3 变桨距 97
3.4.4 低电压穿越 98
3.5 MATLAB实例 101
3.5.1 风力机特性 101
3.5.2 风力发电系统仿真 104
3.6 风能利用未来发展前景 106
第4章 电动汽车功率变换技术 109
4.1 电动汽车概述 109
4.1.1 电动汽车及其分类 109
4.1.2 电动汽车的发展现状 110
4.1.3 电力电子技术在电动汽车中的应用 112
4.2 电动汽车功率变换器概述 117
4.2.1 一般功率交换器技术 118
4.2.2 一般功率变换器分类 118
4.2.3 一般功率变换器的主要拓扑结构 119
4.3 电动车用功率变换器 131
4.3.1 高功率密度变换器 131
4.3.2 DSPM功率变换器 132
4.3.3 大功率移相调宽功率变换器 133
4.4 电动汽车功率变换器的抗干扰（电磁兼容）设计 134
4.4.1 电动车用功率变换器抗干扰问题的提出 134
4.4.2 功率变换器电磁干扰产生的原因 135
4.4.3 功率变换器电磁干扰的辐射与传导 137
4.4.4 功率变换器的抗干扰设计 138
4.5 具有制动能量回馈能力的功率变换器技术 141
4.5.1 制动能量回收的技术要求 141
4.5.2 超级电容技术在电动汽车能量回收系统中的应用 143
4.6 电动汽车用双向DC/DC变换器 145
4.6.1 电动汽车发展面临的问题 145
4.6.2 双向DC/DC变换器在电动汽车中的研究现状 146
4.6.3 双向DC/DC变换器的概念 148
4.6.4 双向DC/DC变换器的拓扑构成 148
4.6.5 软开关控制技术 150
4.6.6 双向DC/DC变换器的控制方式 150
4.6.7 电动汽车双向DC/DC变换器 151
4.6.8 双半桥双向DC/DC变换器拓扑结构的选择与分析 153
4.7 DC/DC变换器的MATLAB仿真 160
4.7.1 计算机仿真技术简介 160
4.7.2 DC/DC变换器MATLAB仿真实例 161
4.8 电动汽车未来发展前景 165
第5章 储能 166
5.1 概述 166
5.1.1 储能技术概况 166
5.1.2 新能源发电和储能技术的展望 168
5.1.3 中国的新能源储能技术 169
5.1.4 国际新能源储能市场与技术 169
5.2 飞轮储能技术 171
5.2.1 飞轮电池的组成与工作原理 171
5.2.2 飞轮电池的应用领域 173
5.2.3 国内外飞轮储能技术的发展概况 174
5.2.4 飞轮电池能量转换原理与矢量控制 175
5.3 飞轮电池在分布式发电系统中的应用 195
5.3.1 引言 195
5.3.2 含有飞轮电池的太阳能发电站的系统控制结构 196
5.3.3 太阳能电池的工作原理、种类及选用 197
5.3.4 飞轮储能单元 199
5.3.5 动力系统的调节与控制 200
5.3.6 系统仿真 204
5.4 其他储能技术 207
5.4.1 超导储能 207
5.4.2 蓄电池储能 208
5.4.3 超级电容储能 210
5.4.4 电容充放电过程仿真 212
5.5 储能技术的展望 215
第6章 微电网 217
6.1 微电网概述 217
6.1.1 微电网的定义 217
6.1.2 微电网的重要意义 218
6.1.3 微电网国内外发展状况 219
6.2 微电网结构 222
6.2.1 微电网总体结构 222
6.2.2 微电网组成部分 224
6.2.3 微型电源及其特性 225
6.2.4 微电网接线形式及微电网负荷 227
6.3 微电网运行和控制方式 227
6.3.1 微电网运行方式 227
6.3.2 微电网逆变器控制方法 229
6.3.3 微电网储能 233
6.4 微电网电能质量分析 234
6.4.1 谐波 235
6.4.2 电压波动 235
6.4.3 电压暂降 237
6.5 微电网能量管理系统 238
6.5.1 微电网能量管理基本概念 238
6.5.2 微电网能量管理体系结构 240
6.5.3 能量管理系统通信与控制功能 242
6.6 微电网控制MATLAB仿真 243
6.6.1 微电网控制仿真 243
6.6.2 微电网运行仿真 251
6.6.3 负荷扰动试验 251
6.7 微电网的未来发展方向 253
6.7.1 高频交流微电网和直流微电网 253
6.7.2 微电网智能化 254
第7章 其他新能源简介 255
7.1 生物质能发电 255
7.1.1 生物质能概述 255
7.1.2 生物质能转换技术 256
7.1.3 生物质能发电技术 260
7.1.4 生物质能发电前景 262
7.2 地热能发电 263
7.2.1 地热资源 263
7.2.2 地热发电原理和发电技术 266
7.2.3 地热能发电现状 268
7.3 潮汐能发电 269
7.3.1 潮汐和潮汐能 269
7.3.2 潮汐能发电原理及技术 269
7.3.3 潮汐能发电前景 272
7.4 燃料电池发电 273
7.4.1 燃料电池发电简介 273
7.4.2 几种典型的燃料电池 275
参考文献 280
前 言
随着环境问题在世界范围内的日益严重，新能源的开发和利用日益得到了世界各国的重视。针对我国能源消耗总量大、单位能耗高、污染严重的现状，我国政府非常重视新能源和可再生能源的开发和应用，特别是光伏发电和风力发电系统已经进入了快速发展阶段。然而目前国内培养的与新能源开发技术相关的技术人员的数量远远不能满足经济社会发展的需要，所以新能源的开发与应用是高等院校各相关专业高年级学生应该初步了解和学习的内容。
本书分为7章。第1章对新能源的概念、种类、利用现状和发展趋势进行了介绍，第2章对太阳能的资源状况、太阳能热应用、光伏发电等进行了介绍，第3章对风能的资源状况、风能发电技术和发展趋势进行了介绍和讨论，第4章对电动汽车功率变换技术进行了介绍，第5章对储能技术进行了介绍，第6章对微电网进行了较为全面的描述，第7章对其他可再生能源进行了相关介绍。本书较为全面地介绍了新能源的资源状况、利用原理与控制技术，以及部分原理的MATLAB仿真过程。适合从事电气工程、能源生产、能源管理和环境保护等领域的工程技术人员、研究人员参考和使用，也可作为高等院校热能与动力工程、电气工程及其自动化、电力工程及相近专业的教材，也可作为研究生的教学参考书，同时也可作为自学、培训教材。
本书由太原科技大学和太原理工大学联合编写，其中第1、6、7章由贾燕冰副教授编写，第2、3章由刘立群教授编写，第4、5章由于少娟教授编写。本书在编写过程中得到了国家国际科技合作项目（编号：2010DFB63200）、山西省高等学校教学改革项目（编号：J2013064、2011130）和2012年山西省特色专业建设项目（编号：201201）的大力支持，韩肖清教授、韩如成教授、王鹏教授、田建艳教授、曹锐教授和王康宁高工等提出了许多宝贵意见，兖文宇和赵飞等研究生提供了协助，在此表示感谢。
由于编者水平和经验有限，书中难免存在不足和疏漏之处，敬请读者批评指正。
编者
2013年10月
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