光伏系统

光伏系统（精选12篇）

光伏系统 篇1

0 前言

对于21世纪的人类生活而言, 能源问题居于人类生活的十大问题之首, 能源科技成为当今世界重要技术之一[1]。随着煤、石油、天然气等矿产资源的日益匮乏, 以及带来的环境污染日益严重, 使绿色环保的太阳能供电技术变得越来越重要。如今, 照明已成为现代文明社会的一大标志。根据国际能源署的统计, 2005年全球照明用电消耗占到了全球总电能的19% (IEA 2006) [2]。同时世界四分之一的污染是使用液体燃料发电造成的。欧盟建筑耗能占欧盟能源的40%, 对应二氧化碳排放量为40%;美国建筑用能为美国国家用能的三分之一, 电能的三分之二, 水量的八分之一[3];中国照明用电占中国总用电量的13%, 在民用建筑中, 照明用电占整个建筑总用电的20%~30%。从这些数据中可以看出照明节能在整个社会节能中的重要作用, 从而, 促使了节能、环保, 潜力巨大的光伏无线照明系统的产生。

1 光伏无线照明系统

光伏无线照明系统是将光伏发电、无线送电、LED灯具等新型技术相整合而成的一种新型、节能、绿色、环保的照明系统, 它克服了当前世界的能源短缺、环境污染等一系列全球性的问题, 将成为21世纪照明技术发展的新趋势。其主要的工作原理是利用光伏发电技术将太阳能转化为电能, 并利用刚刚获得技术突破的无线送电技术将电能传给发展相对成熟的LED灯具, 从而实现无线化、节能化的照明。其工作原理图如图1所示。

1.1 光伏发电

太阳能作为一种新兴的绿色能源, 以其取之不竭、无污染、不受地域资源限制等优点, 受到人们越来越多的重视[5]。在新能源中, 太阳能以其独特的优势显示出其应用的简单、可靠、方便、稳定的特性, 是新能源照明的首选方案。

作为光伏无线照明系统的能量来源, 光伏发电组件在整个系统中起着决定性的作用。现在最常用的光伏组件有两种:单晶硅电池和多晶硅电池。前者的光电转换效率为16%~17%, 后者的光电转换效率为14%~15%。单位面积的情况下, 单晶硅组件的功率稍微高于多晶硅组件, 并且单晶硅组件在弱光下的发电能力高于多晶硅, 而单位功率的价格, 单晶硅组件和多晶硅组件一样, 所以在设计路面照明系统时, 优先考虑选用单晶硅组件。

而作为系统的储能装置超级电容器与蓄电池并用显示了其优良的性能。该组合具有蓄电池的能量密度大、循环寿命长的特点, 同时又具有超级电容器寿命在50年以上, 且不怕过放电的特点, 大大提升出系统的性能, 其工作原理图如图2所示。

1.2 无线供电技术

用无线方式输送电力, 这种想法从19世纪上半叶电磁感应现象被发现之后就已经有了, 近年来国内外许多研究机构和公司的数种无线送电技术经过了验证, , 如美国麻省理工学院、Powercast (电客) 公司等相继研发出了短距离和微距的无线供电技术和产品, 它们有着非常广阔的应用前景。

2007年6月, 美国麻省理工学院完成一项实验, 他们使用两个相距2 m的铜线圈试验装置 (WiTricity) , 成功地通过无线电力传输, 点亮了一个功率为60 W的电灯泡。WiTricity利用的是低频电磁波共振, 而不是声学共振。在实验中, 两个感应器都以IO MHz的频率震动, 产生共振, 让能量在两者之间传递。随着每一次共振, 感应器中会有更高的电压产生。经过产生的多次共振, 感应器表面就会集聚足够的能量, 让灯泡发出光亮[4]。几乎与此同时Powercast (电客) 公司开发出一种崭新的无线电波充电器, 其原理为用一个安装在墙身插头的发送器, 利用900MHz波段, 以及可安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器, 它会把无线电波转化为直流电, 可以在约1 m范围内为不同电子装置的电池充电。2008年2月15日, 一种无需插头与电源线且不直接接触电源就能充电的新型混合动力汽车已在日本投入试运行, 用于东京羽田机场航站楼之间的旅客运输。该汽车利用电磁感应原理及电能变换等技术以无线方式实现充电, 只需停在设置在路面的电源线圈的正上方就能给车内的锂离子电池快速充电。该车最高时速为80 km/h, 如果仅使用电力运行, 充电一次可行驶约15 km。

现如今的无线供电技术主要有两种。一是利用低频电磁波共振技术来实现;一是利用无线电波发射与接收技术来实现。低频电磁波共振无线供电技术的主要原理类似于现有的电磁感应供电, 现在研究人员可以利用磁耦合共振原理在2.134 m外点亮一个60 W灯泡。两组磁性线圈在相同的频率下发生共振, 当其中一个线圈连上电源后, 该线圈产生的共振磁场显著增加, 另外一个没有连接电源的线圈的共振磁场也跟着上升, 随后这个线圈就能产生电能。工作原理图如图3所示。

无线电波发射与接收式无线供电技术的主要原理是运用于电源相连接的电磁波发射器, 将电能以电磁波的形式发射出去, 利用特定的波段来传播, 同时用以与负载相连接的电磁波接收器来接收并放大发射的电磁波, 并将其转化为直流电从而实现电能的无线传输。工作原理图如图4所示。

1.3 LED灯具

在如今全球范围内资源短缺, 作为节能环保替代传统照明新光源的研究方向, 得到了各国政府的大力扶持, 纷纷注入大量的资金、人力、物力进行研究和开发白光LED照明光源[6]。LED具有轻巧、寿命长、驱动电压低、体积较小、启动较快、反应速率快、耐震性佳、驱动特性好、易维护等众多优点, 被誉为具有高度节能潜力之新兴光源, 在如今的照明系统中得到了广泛地应用, 在不久将成为照明的新主流。

2 光伏无线照明系统的应用前景

由于现在无线送电技术的不成熟, 还不能实现远距离大功率的无线送电, 但近距离小功率的无线送电发展已初见端倪, 其应用主要体现在于非接触充电技术方面。虽然光伏无线照明系统现在仅仅是一种构想, 但我相信凭其优良的特性、良好的发展前景, 在将来的室内照明系统中得到广大的应用, 并将对室外照明给予革命性的启示。如果光伏无线照明系统得予以实现并应用, 那么它将给其他场所和方式的照明革命性的冲击。例如将其应用于建筑照明, 其不仅仅是避免了大量电线的布置, 节省大量的人力、物力, 同时能够避免建筑工人在工作期间触电的危险, 提高工作人员的安全性, 并且能够大量的节约电源, 减少能源的浪费, 环境的污染, 有助于提高人们的生活、工作环境;由于其使用无线送电技术, 将节省大量的金属资源, 对于应对世界资源短缺起到良好的作用。现今应用无线照明较为成功的是英国伦敦的马丁, 他利用无线技术将自己漂亮、简约的两居室公寓改造成了一个高科技天堂, 在家庭娱乐、安全保障、照明系统上都充分调动了无线解决方案, 从而使他在“无线化”的道路上比其他人走得更远。

3 结束语

照明是现代生活的一环, 全世界都相当重视照明节能的议题, 光伏无线照明系统以其优良的特性将备受人们更多的关注, 我相信随着人类的进步, 科学技术的发展, 其最终将实现, 从而达到照明节能最终目标, 实现人类与自然的和谐发展。

摘要：当今社会, 节能和环保问题关系着人们赖以生存的环境, 如何节约资源, 如何保护生态环境, 已成为人们关注的焦点。世界各国对能源供应安全的担忧和应对气候变化的行动, 促使了光伏无线照明系统的产生。光伏无线照明系统是一种基于光伏发电、无线传输技术、LED照明的新型照明系统, 它采用光伏组件将太阳能转化为电能并通过无线电力传输装置, 向照明LED灯具供应电能, 从而达到了节能、环保的目的。

关键词：光伏发电,无线送电,节能环保

参考文献

[1]胡耀祖, 李丽玲, 李宏俊, 李清然.照明节能技术发展趋势[J].照明工程学报, 2008, 19 (2) :1～6

[2]程天江, 袁樵.国外利用LED光源解决照明问题经验和启示[J].光源与照明, 2008 (2) :25-27.

[3]张耀根, 高飞.室内外照明研究动向[J].照明工程学报, 2008, 19 (1) :6～15

[4]靳力.美国实现无线电力传输[J].航天器工程, 2007, 16 (4) .

[5]Duarte J L, Wijntjens J A A, Rozenboom J.Designing lightsources forsolar2poweredsystems[A].Proc5thEuroConfPowerElectronics and Appl.[C].Brighton, UK:IEEE Press, 1993, 8:78-82.

[6]崔元日.浅谈城市照明与节约能源[J].照明视界, 2007 (4)

光伏系统 篇2

汤瑾华东润环能（北京）科技有限公司

The Application of Photovoltaic PowerForecast System

in a Photovoltaic Power Station

摘要：太阳能是丰富清洁的可再生资源，已经成为电力发电系统的重要的后续能源。在光伏发电技术的不断提高和完善的同时，也给电力系统的安全稳定运行造成了一定的影响。光伏功率预测系统的出现，为光伏发电技术提供了辅助完善的作用，同时为光伏电站的稳定运行打下了坚实的基础。本文主要介绍了光伏功率预测系统在光伏电站的具体应用情况，从系统的实际情况和运行数据多方面验证了该系统的优越性和可推广性。

Abstract：Solar energy is abundant and clean renewable resources，has become an important follow-up energy for electric power generation systems.InPhotovoltaic technology continues to improve and perfect at the same time, Caused some impact to the safe and stable operation of the power system。This Article introduces the PV power forecasting system in the practical application of a photovoltaic power station，Many ways from the actual situation and operating data of the system verify the superiority of the system and can be extended.关键词：光伏 ； 光伏电站 ； 功率预测

Keywords: Photovoltaic；PhotovoltaicPowerStation ；Power Forecast 1 光伏发电功率预测的目的和意义

光伏发电具有波动性和间歇性，大规模光伏电站并网运行可能对电力系统的安全稳定经济运行造成影响。对光伏电站的输出功率进行预测有助于电力系统调度部门统筹安排常规能源和光伏发电的协调配合，及时调整调度计划，合理安排电网运行方式，一方面有效地降低光伏接入对电网的影响，提高电网运行的安全性和稳定性，另一方面减少电力系统的旋转备用和运行成本，以充分利用太阳能资源，获得更大的经济效益和社会效益。

2项目概况

该光伏电站位于青海省德令哈市境内，平均海拔高度2980米,该项目规模为10MW，已于2012年初并网发电。

由东润环能（北京）科技有限公司提供的光伏功率预测系统于2011年12月投入运行，现运行稳定，预测精度达到国际先进水平，短期预测月均方根误差小于12%，远远满足国家和西北电网对光伏功率预测精度的要求，验收时受到业主和专家的一致好评。系统运行结构

光伏发电功率预测系统需要配置两台服务器：外网数据处理服务器与内网应用服务器，外网数据采集服务器用于接收数值天气预报数据；内网应用服务器用于安装预测系统主程序，接收实时功率数据，并向调度上传预测结果。同时，为保障系统的安全性，同时满足国网对光伏发电安全性要求，对从外网接受的数值天气预报数据需加装方向网络隔离装置，以保证系统的安全性。

数值天气预报反向隔离数据接收服务器功率预测系统服务器交换机PC工作站打印机预测结果上传调度获取实时功率数据电网调度（安全II区）光伏电站发电监控（安全I区）4系统功能

该系统具备短期预测及超短期预测功能，短期预测能够实现光伏电站次日0时至72时的光伏输出功率预测，时间分辨率为15分钟。超短期预测能够实现光伏电站未来0-4小时的输出功率的滚动预测。

预测系统分为实时状态监测、曲线展示、气象信息展示、报表统计、系统管理共五个应用模块，每个应用模块又根据应用包含了若干个具体操作的子模块。

4.1实时状态监测

实时状态监测模块是以地图形式展示光伏电站的地理分布，并采用实时更新的方式对光伏电站的预测功率、实际功率进行展示，页面的刷新周期根据光伏电站实时功率的接口更新时间而定，一般为1-5分钟更新一次。将鼠标放置在光伏电站所在位置上,会弹出该电站的功率信息,如预测功率,实时功率和装机容量。如图1所示：

图1光伏功率地图展示界面

4.2曲线展示

曲线模块下包含了4个子模块，即短期光伏电站日曲线、周曲线展示和超短期光伏电站日曲线、周曲线展示。4.2.1短期光伏电站日曲线展示

点击“曲线展示”菜单下的“短期光伏电站日曲线展示”链接，会进入短期预测日曲线展示列表页面。其中“日曲线”横坐标为时间序列，15分钟一个点，每天96点；纵坐标为功率，单位为兆瓦(MW)。用户可在页面上通过日期控件选择任何想查看的日期，点击“提交”按钮，即可显示相应的信息。页面提供导出功能，点击右上角“导出”按钮可用EXCEL和CSV两种格式将结果导出到本地。如图2所示：

图2短期光伏电站日曲线展示界面

4.2.2短期光伏电站周曲线展示

点击“曲线展示”菜单下的“短期光伏电站周曲线展示”链接，会进入短期预测周曲线展示列表页面。在周曲线页面，会展示某个光伏电站在所选日期之后一周的功率曲线，并提供导出功能将功率数据导出。其中“周曲线”横坐标为时间序列，15分钟一个点，每天96点；纵坐标为功率，单位为兆瓦(MW)。曲线展示内容分为“预测功率曲线”、“实际功率曲线”，绿色曲线代表预测曲线，红色曲线代表实际功率曲线，用户可在页面上通过日期控件选择任何想查看的日期，当选择好各种想查看的条件后，点击“提交”按钮，即可显示相应的信息。4.2.3超短期光伏电站日曲线展示

点击“曲线展示”菜单下的“超短期光伏电站日曲线展示”链接，会进入超短期预测日曲线展示页面。其中“日曲线”横坐标为时间序列，15分钟一个点，每天96点；纵坐标为功率，单位为兆瓦(MW)。用户可在页面上通过日期控件选择任何想查看的日期，点击“提交”按钮，即可显示相应的信息。页面提供导出功能，点击右上角“导出”按钮可用EXCEL和CSV两种格式将结果导出到本地。如图3所示：

图3超短期光伏电站日曲线展示界面

3.2.4超短期光伏电站周曲线展示

点击“曲线展示”菜单下的“超短期光伏电站周曲线展示”链接，会进入超短期预测周曲线展示列表页面。在周曲线页面，会展示某个光伏电站在所选日期之后一周的超短期功率曲线，并提供导出功能将功率数据导出。

4.3气象信息展示

气象信息展示模块包含风速曲线展示、风玫瑰图展示、风廓线展示、辐照强度曲线展示、云量曲线展示、气温曲线展示六个子模块。4.3.1辐照强度曲线展示

在气象信息展示模块下拉菜单中点击“风速曲线展示”，用户选择日期后，点击“提交”可查看该电站在某日的光辐强度曲线，并提供导出功能。该模块会展示出该电站在某日的各层高风速曲线，共计四个层高：10米，30米，10米，170米。4.3.2风玫瑰图展示

在风玫瑰图展示页面，用户选取时间段和指定层高后，点击“提交”按钮，便可查看该电站的某层高在指定时间段内的玫瑰图表。4.3.3风廓线展示

在风廓线展示页面，选择时间段后，点击“提交”按钮，可查看该光伏电站的风廓线曲线图 4.3.4辐照强度曲线展示

在辐照强度展示页面，用户选择日期后，点击“提交”可查看该电站在某日的光辐强度曲线，并提供导出功能。4.3.5云量曲线展示

在云量曲线展示页面，用户选择日期后，点击“提交”可查看该电站在某日的云量曲线，并提供导出功能。4.3.6气温曲线展示

在气温曲线展示页面，用户选择日期后，点击“提交”可查看该电站在某日的云量曲线，并提供导出功能。

4.4报表统计模块

报表统计模块只包含上报曲线导出、光伏短期预测指标统计、限记录查询及导出、预测实际功率导出四个子模块，即光伏电站短期预测指标统计。4.4.1上报曲线导出

通过导航可进入此子模块，在上报曲线导出页面，选择日期后，点击“提交”会展示出第二天的上报预测曲线。在上报曲线页面，提供导出功能。在上报曲线展示页面，可修改上报的预测值。用户有两种方法修改，一是修改页面右侧表格中某时刻的预测值，修改后，左侧图中的曲线会按照修改后的值做出相应变化；二是用鼠标拖曳左侧图中的曲线，修改后，右侧表格中对应时刻的值会做出相应修改。修改成功后，点击左侧图中右下角的“确认修改”来完成上报曲线预测值的更新，否则点击“取消”按钮来撤销修改。如图4所示

图4上报曲线展示

4.4.2光伏短期预测指标统计

此模块的功能为依据指定时间段内的预测值和实际功率值做出的统计。统计指标包括：相关性系统，平均绝对误差，均方根误差和误差小于20%所占的比例。

a)均方根误差（RMSE）：

RMSE1nn(i1PMiPPiCapi)2

b)平均绝对误差（MAE）：

MAE1nn(i1PMiPPiCapi)

PMi—ｉ时段的实际平均功率； PPi—ｉ时段的预测功率； Capi—ｉ时段的开机总容量； n－所有样本个数。

4.4.3限电记录查询及导出

用户在“限电记录查询”页面，选择时间段后提交，系统会查找出在该时间段内所有光伏电站的限电记录信息，并提供数据导出功能。4.4.4预测实际功率导出

在预测实际功率导出页面，选择要导出的数据类型：预测功率导出，实际功率导出和预测实际功率导出，选择时间段后，点击“导出”按钮导出功率数据。

4.5系统管理

系统管理模块包含用户管理、光伏电站装机容量设置、预测开机容量设置、光伏限电设置、光伏电站管理、运行监控信息、用户操作日志、数据库导出、Tomcat日志下载和系统更新十个子模块。4.5.1用户管理

在该子模块超级管理员用户（一般系统会自动初始化一个）可以增加新的用户和对原来的用户进行编辑、删除和密码修改等操作，目前系统提供两种用户：超级管理员具有所有模块的使用功能；普通浏览用户可以浏览，不具有系统管理模块的使用权限。

4.5.2光伏电站装机容量设置

在该子模块，用户可以根据实际情况对预测系统中所有光伏组件的装机容量进行修改，提交之后，预测系统将按照新的装机容量对光伏电站进行预测，在没有填报第二天开机容量的情况下，系统会以该电站的装机容量为默认开机容量进行预测，因此修改装机容量对预测系统影响很大，需按照实际情况进行修改。4.5.3预测开机容量设置

在该子模块，用户根据实际情况设置未来一天的光伏电站开机情况，这里只需要填写某电站未来一天的总开机容量，提交之后，预测系统将根据用户填报的开机容量进行预测，如果不填，预测系统会按照默认全部开机的情况进行预测。4.5.4光伏限电设置

在该子模块的页面，管理员可以设置一段时间内调度限电记录，新增或者删除限电记录。4.5.5光伏电站管理

点击“系统管理”菜单下的“光伏电站管理”进入光伏电站列表界面，点击“编辑”进入编辑电站界面，在电站编辑界面，修改该电站的基本信息。4.5.6运行监控信息

点击“系统管理”菜单下的“运行监控信息”，进入监控信息查看页面，在该界面选择监控信息的查询条件，查询符合条件的监控信息。监控信息展示的是系统运行过程中的运行日志。4.5.7用户操作日志

点击“系统管理”菜单下的“用户操作日志信息”，进入用户操作日志页面，在该界面选择查询条件，查询符合条件的用户操作日志。界面提供导出功能，能够导出用户操作日志。4.5.8数据库导出

点击“系统管理”菜单下的“数据库导出”，进入导出界面，可将系统的数据库整体导出至本地，以便系统备份与维护。4.5.9服务器日志下载

当系统出现问题，电站管理人员可以下载tomcat服务器的日志信息，方便系统开发人员找到问题所在，解决系统问题。4.5.10系统更新

点击“系统管理”菜单下的“系统更新”，进入系统更新界面。在该界面，用户可以上传系统程序包来更新预测系统，系统包的格式为war文件格式。由我方提供更新包，然后由地方工作人员将更新包在此上传，即可完成预测系统的更新。

5产生的经济效益

光伏功率预测系统在提高电网公司光伏发电消纳能力、促进节能减排的同时也对提高光伏发电企业运营管理效率具有重要意义，可以为光伏发电企业带来直接经济效益。

1)光伏功率预测可以帮助电网调度合理安排常规电源发电计划，减少因光伏发电并网而增加的旋转备用容量，增加光伏发电上网小时数，减少温室气体排放的同时也为光伏发电企业带来直接经济效益； 2)通过对未来光伏发电功率的预测，有利于光伏发电企业提升运营效率和科学管理水平，例如可以在阴雨天气或者多云气象环境下安排检修计划，增加发电小时数，提高经济效益；

3)通过光伏功率预测，有利于电网合理安排运行方式和应对措施，提高电力系统的安全性和可靠性。

6总结

光伏发电功率预测系统基于以上功能模块设计，实现了对光伏电站的输出功率进行预测的功能。系统具有界面友好、操作方便、预测精度优良等优点，在满足光伏并网要求的同时，为光伏电站的科学有效管理提供了可靠的依据，是一款值得在光伏电站推广的功率预测产品。

参考文献：

[1] 简介[EB] EB]．http：／／www．myearth．eom．en Anintroduction0fphotovoltaicpower[EB] [2] 赵争鸣,刘建政,孙晓瑛,等.太阳能光伏发电及其应用[M ].北京:科学出版社, 2005.[3]范高峰,王伟胜,刘 纯,等.基于神经网络的风电功率预测[ J ].中国电机工程学报, 2008, 28(34).作者简介：

光伏系统接地故障的研究 篇3

关键词：光伏系统；接地故障；绝缘电阻

中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）32-0079-02

随着经济社会的发展，传统的能源日益枯竭，人类对可再生能源的需求越来越大。丰富的太阳能资源是重要的能源，是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。随着光伏组件的价格持续走低以及国家的各种支持政策，光伏项目日益增多，现场越来越多的问题与事故表明接地故障是光伏电站安全与稳定的一个

难题。

1 接地故障的原因及其危害

光伏系统布线复杂、支路多、距离长，不可避免地会有龋齿类动物咬破电缆、线缆自然老化或外力等因素而导致线缆绝缘层的破坏，使光伏线缆正极或负极对地间的绝缘电阻值降低至某一规定值，出现接地故障。

在光伏系统中，通常直流侧正负极都是对地绝缘的，在发生一极接地时由于没有构成接地电流的通路而不引起任何危害，但是一极接地长期工作是不允许的，因为另外一个地点同时发生接地时，将可能造成直流电源短路，输出熔断器熔断，开关烧毁，逆变器可能出现故障，严重影响机房内其他设备的安全运行。尤其是对于金属屋面电站，金属屋面作为一个良好的导体，直流短路后果不堪设想，严重时发生短路电弧，烧穿屋面引起火灾。

同时，电缆的绝缘下降还会造成运营维护人员的人身安全问题。另外，由于光伏系统直流输入、输出回路多，为方便安全运维，也有必要有效地监测和查找出绝缘下降的具体支路，及时处理，使系统安全稳定运行。

2 接地故障的检测

2.1 接地故障检测原理

如图1所示，光伏系统主回路正负极分别连接平衡电阻R至地，通过隔离电压变送器测量R两端电压即正负极对地电压U+和U-。

汇流箱支路、逆变器支路线缆通过高灵敏度的非接触式直流漏电流传感器。当支路绝缘情况正常时，流过传感器的正负电流大小相等、方向相反，其输出信号为零；当支路有接地时，漏电流传感器有差流流过，传感器的输出不为零。

R+和R-为支路的正负电缆的对地等效绝缘电阻，当绝缘性能降低时，对地等效电阻减小。

图1 接地故障检测原理图

假设逆变器支路正极对地绝缘下降，即R+减小。设此时测得的正极和负极对地电压分别为U+和U-，则

（1）

正对地电压偏移额定值UN/2的范围：

（2）

设正对负额定电压为UN，通过漏电流传感器的电流：

（3）

在正极绝缘R+下降的时候，通过合理的电阻R设置，可以得到漏电流传感器采样范围之内的漏电流Il1。

负极接地和正极接地基本一致，在此不再详述。

2.2 检测母线对地电压

采用隔离电压变送器分别测量正负极母线对地电压U+和U-，根据经验值设U1和U2为电压整定值的上下限。当U+U1时，说明正极绝缘下降；当U+>U1且U-

2.3 检测母线绝缘电阻

通过检测母线对地电压，判断母线绝缘下降。设正负母线绝缘电阻分别为R+和R-，则根据式（4）可以求出R+、R-和平衡电阻R及正负母线对地电压U+、U-的关系，根据数据分析绝缘电阻的范围和母线的绝缘效果。

（4）

2.4 检测支路绝缘电阻

光伏系统中的任一条汇流箱和逆变器支路，从电源正端流出的电流I+，流经全部支路负载后，返回电流负端的支路电流为I-，当该支路没有漏电流时，穿过传感器的电流大小相等、方向相反，I+和I-产生的磁场相抵消，传感器输出为零。而当该支路有接地情况时，流经传感器的正负方向电流大小不等，传感器输出一个反应该差值大小和方向的信号，该信号根据母线电压及平衡电阻值R以及Il的大小，根据式（3）可计算出该支路的接地电阻值如式（5）所示：

（5）

3 结语

在化石能源日益紧张和国家利好政策的大力支持的背景下，光伏发电发展日益迅速，对其安全与稳定的要求也越来越高。采用平衡电阻检测光伏系统的接地故障，监测装置与被监测的直流系统无任何电气联系，光伏系统不加入任何外来电气量，绝缘可靠。传感器检测的是直流差流信号，因此与系统分布电容无关，抗干扰能力强。能实现光伏系统母线对地电压、母线绝缘电阻、支路绝缘电阻的实时测量，提高了系统运行的安全和稳定性。

参考文献

[1] 李钟实.太阳能光伏发电系统设计施工与维护[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[2] 王守相，王成山.现代电力系统分析[M].北京：高等教育出版社，2007.

[3] 鲍谚，姜久春.新型直流系统绝缘在线监测方法[J].高电压技术，2011，（2）：333.

[4] 光伏系统并网技术要求（GB/T 19939-2005）[S].

[5] Jain M.B.，Srinivas M.B.，Jain，A.A novelweb based expert system architecture for on-line andoff-line fault Diagnosis and control （ FDC ） of powersystem equipment .Power System Technology and IEEEPower India Conference. New Delhi， India： IEEE， 2008：1-5.

作者简介：肖新元（1985—），男，湖北孝感人，珠海兴业新能源科技有限公司助理工程师，研究方向：电子信息科学技术。

光伏发电系统分析及典型系统设计 篇4

光伏发电系统作为新能源中重要种类的太阳能的利用方式，目前已经获得世界各国政府的重视。在化石能源危机已经到来的今天，光伏发电作为一种有效的电源补充方式，将会获得良好的发展机遇。

掌握光伏发电系统的基本分类方法以及光伏发电系统一、二次部分的构成，将有助于增强对光伏发电系统的理解，掌握典型的光伏发电系统设计内容，将有助于光伏发电相关研究工作的展开。本文介绍了光伏电站的分类、一二次系统构成，并对一个典型的20MW大型光伏电站的设计内容、系统构成进行了详细介绍，并对设计中的关键问题进行了探讨。有助于光伏发电相关研究工作的展开。

1 光伏电站的种类

光伏电站可以按照接入点的电压等级高低、是否可以向电网送电，以及光伏电站安装位置、安装方式进行划分。按照光伏电站接入点的电压等级进行划分，光伏电站可以分为大型光伏电站、中型光伏电站和小型光伏电站三种类型[1]。按照是否允许向电网送电，光伏电站可以分为：可逆式光伏电站和不可逆式光伏电站。

小型光伏电站考虑容量以及管理难度，目前多为可逆式光伏电站。对于中型光伏电站、大型光伏电站，根据安装位置、所有权等因素综合考虑，可采用可逆式或者是不可逆式，目前大型光伏电站基本采用不可逆式方式，不能自发自用和“净电表计量”，只能给出“上网电价”。

2 光伏发电系统的构成

根据电站容量大小、安装位置等不同，光伏电站的构成略有差异，但其基本构成单元基本相同，本文以大型光伏电站为例进行构成介绍。大型光伏电站主要由光伏方阵及支架系统、逆变器室、交流一次系统、二次系统构成。

2.1 光伏阵列方阵及支架系统

目前电站用电池组件多为晶硅组件和薄膜组件。其中晶硅组件又可分为单晶硅和多晶硅。其中单晶硅的效率高，但成本也较高。由于单个电池组件无论从电压等级还是容量上，均不便于发电应用，因此在光伏电站中通常采用光伏组件串并联的方式构成电池组串单元，以提高光伏组件的电压水平，以减少能量损耗及投资成本。在电池组串单元的基础上，通过直流汇流箱、直流配电柜，进一步构成光伏阵列的子方阵，从而构成一个完整的发电单元。太阳能电池板的运行方式、安装倾斜角，直接影响到光伏电站的工作效率。太阳能电池板的运行方式可分为固定式和跟踪式，目前考虑成本因素多采用固定式。方位角则多采用0°的方式。太阳能电池板安装倾斜角可以采用固定安装、单轴跟踪、双轴跟踪的方式。

2.2 逆变器

光伏并网逆变器是将太阳能电池所输出的直流电转换成电网要求的交流电，再输入电网的设备，是并网型光伏系统能量转换与控制的核心。根据有无隔离变压器，逆变器可分为隔离型和非隔离型。逆变器选择的过程中需要考虑主要因素有：逆变器效率、可靠性、防护等级、直流输入电压、交流输出电压、保护功能、转换效率、额定功率等[2]。目前我国逆变器安装通常采用的是逆变器室的方式，选择的逆变器防护等级有IP20、IP54等。这些方式需要专设逆变器室，同时为了减少直流电缆数量，采用直流汇流箱方式进行直流汇流，增加了设备投资和维护的工作量。德国单体70MW的电站目前已部分采用IP56等级的组串式逆变器，可以实现在光伏组件后安装的方式，无需汇流箱同时可以对组件故障检测做到比较高的准确度[3]。

2.3 一次系统

光伏电站的一次系统形式由电站类型而定。对于中小型光伏电站，由于其并网的电压等级较低，通常是10kV或0.4kV，因此通常仅设一级升压变压器。对于大型光伏电站，由于安装容量大、光伏阵列分布较广，如果采用一级升压方式，则会造成功率损耗较大，效率降低。因此在大型光伏电站中，通常采用两级升压的方式。站区交流系统采用10kV进行配电，设升压站完成与光伏电站与系统的并网。

2.4 二次系统

光伏电站的二次系统与常规变电站的相比，主要有如下区别。一、光伏电站中的监测点多。二、其次监测数据类型多。光伏电站二次系统主要由监控子系统、继电保护和安全自动装置、远动系统、控制电源系统、图像监视及安全警卫系统、火灾自动报警系统、环境监测系统、测量及计量、二次系统等电位接地网等部分构成。

3 大型光伏电站设计

3.1 方阵及逆变器室设计

方阵的设计需充分考虑光伏电站的安装容量、电站安装地的地形地貌。本文所介绍的光伏电站安装容量20MWp。由于安装地理条件较理想性，故采用按照容量进行分区域布置方阵的方案。以1MWP作为单元，将整个电站分为20个子方阵，而每子方阵则以500kWp为单位，构成两个发电单元。

电池组件选用460Wp的非晶硅电池组件，为了获得理想的直流电压和传输容量，电池组件通过串并联的方式构成电池组串。电池组串则通过直流电缆和直流汇流箱相连。最终由汇流箱出线至直流配电柜处汇流，接入逆变器室中。

由于逆变器是按照子方阵为单元进行配置的，所以逆变器室安装位置可以设置在子方阵的中心。子方阵由2个发电单元构成，在逆变器室中设置两台500kWp的逆变器，在逆变器交流侧设置1台交流柜，两进一出。

同时为了满足光伏电站二次系统的需要，逆变器、交流柜、直流柜、直流汇流箱中均设置监视装置，并配置RS485通信接口，完成向站内中控系统数据传送任务[4]。

3.2 一次系统设计

对于大型光伏电站在接入时通常采用专线方式接入电力系统，通常按照容量和所在地区电力供应情况接入不同电压等级，本设计中的光伏电站通过一回110kV线路接入[5]。500kWp逆变器交流侧额定电压为380/400/415V±10（可设置），每个发电单元的逆变器室室外安装1台1000kVA、10kV箱式升压变压器。10kV系统采用电缆连接，10kV变压器采用中性点不接地方式。同时考虑光伏电站调压要求，在10kV设置容量为4MVA的SVC进行无功补偿。110kV升压站的主变容量选择为25MVA。根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620中对于系统接地方式的要求，以及《国家电网公司十八项电网重大反事故措施（试行）》中对于防止变压器中性点过电压事故的要求，本系统主变压器110kV侧采用有效接地方式。厂用电系统采用10kV电源供电，一路（主电源）引自附近10kV电网，另一路（备用电源）引自站内10k V母线。两路电源在进线站处设双电源切换开关，开关设机械连锁，手动投切。

3.3 二次系统设计

光伏电站的信息一般要上传至光伏电站所在区域的省调和区调。远动信息的内容主要包括遥测和遥信两部分内容。其中遥测信息包括：110kV出线有功功率、无功功率、电流；110kV母线频率、电压；光伏电站的发电量、辐照度。遥信信息包括：所有断路器、隔离刀闸位置信号、光伏电站并网状态、逆变器保护动作信号、孤岛效应保护动作信号。

远动信息可以采用“直采直送”的方式，即直接从测控装置获取远动信息，并向调度端传送。也可以采用“监控转发”的方式，即通过站内监控系统，对采集到得站内数据向调度端转发[7]。

监控子系统采用常规变电站的监控子系统，需增加对直流汇流箱、直流柜等新增测点的监测、完成站内110kV线路、主变压器、10kV线路、站用变压器、SVC装置、光伏发电设备及逆变器等电气设备的自动监控[5]。

继电保护主要设置110kV侧线路保护。线路保护类型为相间距离、接地距离及零序电流方向保护。该保护不保护线路全长，本线路剩余部分，由所接入的变电站内的保护负责完成。主变保护则主要设置为一套电量保护和一套非电量保护。其它保护包括：站用变保护、10kV线路保护和测控装置、10kVSVC馈线保护和测控装置、10kVSVC保护以及站用变保护、并网逆变器保护。

自动装置主要设置了故障张录波装置、电能质量在线监测装置、小电流接地选线装置、微机消谐装置、10kV站用电备自投装置等。

控制电源系统包括直流控制电源系统和交流控制电源控制系统。直流控制电源系统采用220V电压等级设置1组蓄电池，1套充电/浮充电装置及1套放电装置，单母接线。

交流电源控制系统设置一套UPS交流不间断电源系统，单套配置，用于计算机监控系统场站控制层设备及现地控制单元设备的交流供电，UPS的交流输入电源取自站用电源系统。

图像监视及安全警卫系统实现对电站主要设备、光伏阵列等设备的运行状态及安全防卫环境的图像监视，全站配置监测点约为50点左右。

环境监测系统完成光伏电站气象信息采集，设置一套环境检测仪，实时监测太阳辐射度、风速、风向、温度、湿度等气象参数。

计量设置内容主要为关口计量点设置、计量装置种类等。光伏电站的关口计量点设置在110kV线路接入的变电站侧，采用I类计量装置。其余计量考核点的电能计费装置为II类计量装置。另配置一套电量采集装置，以RS485串口方式与电度表通讯，采集全站电量信息[7]。

4 小结

本文对光伏电站的构成进行了探讨，并对大型光伏电站设计中的各个环节进行研究，并介绍了典型设计的方案。该设计方案可以为中小型电站设计提供参考，同时为电站的相关研究的开展提供基础信息。

摘要：对光伏发电系统的种类、光伏发电系统的一次系统、二次系统进行分析, 对一个20MW大型光伏发电系统设计进行介绍, 对设计中关键问题进行了探讨。

关键词：光伏电站,光伏方阵,电气设计

参考文献

[1]GB/Z 19964-2005光伏电站接入电网技术规定[S].2005.

[2]张兴, 曹仁贤.太阳能光伏并网发电及其逆变控制[M].机械工业出版社, 2011.

[3]REFU Elektronik GmbH德国新型光伏电站对于逆变器的选择[EB/OL].http://www.solarbe.com/Magazine/show-688.html.2012.5/2012.12.04.

[4]陈祥.大型并网光伏电站的设计与探讨[J].电气应用, 2012, (12) .

[5]GB50059-199235~110kV变电站设计规范[S].1992.

[6]DLT-5002-2005地区电网调度自动化设计规程[S].2005.

和平阳光太阳能光伏支架系统 篇5

和平阳光彩钢瓦屋顶支架系统

该系列支架为客户提供更简单快速、更省钱的彩钢瓦电站安装方式。通用性强，适用于几乎全部彩钢瓦屋顶。高度集成的预装配件使得装配员一个人使用一种工具就可以组装所有部件，大大减少安装过程的时间和费用，是性价比极高的支架方式。技术参数 安装地点 倾斜角度 组件类型 材质 彩钢屋顶 固定角度

所有通用带框及不带框组件

AL 6063-T6 / 不锈钢

1.0 KN/m2 最大风速

雪荷载 0.8 KN/m2 优势

①不会破坏屋顶或造成屋顶渗漏，保持屋顶完好无损 ②轻型结构，但具备更强的耐用型，抗强风和雪压

③出厂前预先组装的零件和可定制的导轨，无需现场组装或切割，适用于各种屋顶和安装环境，拥有出色的普遍使用性和灵活性

④运输和安装方便，只需轻压导轨，旋紧弯钩顶部螺母，导轨可以紧密的与吊挂螺栓组件连接于一体

和平阳光地面支架系统（混凝土地基）

该系列支架广泛应用于大型地面电站。它利用混凝土地基浇注来固定支架系统，方便且成本低。系统主要结构都使用的是Q235B不锈钢，热镀锌镀层进行防腐处理，耐侯性强且外感美观大方，可耐用至少25年。根据特别需求，还可调整支架的倾斜角度。技术参数 安装地点 倾斜角度 组件类型 材质 野外

根据客户的要求

所有通用带框及不带框组件

镀锌钢

1.2 KN/m2 最大风速

雪荷载 1.0 KN/m2 优势

①最广泛使用的安装支架系统 ②单位系统面积上能安装更多的组件 ③预先组装零件，节省现场安装的时间和成本 ④安装简单、方便、快捷，且灵活性高

和平阳光地面支架系统（立柱）

该系列支架是专为大型地面电站而设计的支架系统，成本经济、安装方便，适用于任何开阔的土地。即使地面不平整，也无需花费大量时间整平地面，它牢固地固定在立柱上，不需要

混凝土地基。技术参数 安装地点 倾斜角度 组件类型 材质 野外

根据客户的要求

所有通用带框及不带框组件

镀锌钢

1.2 KN/m2 最大风速

雪荷载 1.0 KN/m2 优势

①适用于任何开放的土地

光伏发电系统最大发电量分析 篇6

关键词：光伏；最大发电量

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 18-0000-01

一、光伏发电系统

系统利用太阳能光伏效应转化太阳能为电能。相对于火力发电，光伏发电不会造成环境破坏，并且不会产生机械传动，光伏发电系统通常有太阳能电池组件、防雷汇流箱、太阳能充放电控制器、逆变器等构件。

（1）太阳能电池。太阳能电池组件是光伏发电系统中至关重要的部分，光伏组件的总投资占到了光伏电站投资成本的1/2，主要负责将太阳能转换为太阳能。太阳能电池组件转化率是光伏系统中最重要的性能参数。（2）汇流箱。太阳能光伏发电系统中，为了减少光伏方阵及其连接逆变器之间连接电缆和接点数量，使用汇流箱，串联相同型号和个数太阳能电池组成组串，根据逆变器参数确定逆变器组串，并将多个组串并联进入光伏汇流防雷箱，通过汇流箱汇集电流到一点。（3）太阳能控制器。通常在离网光伏发电系统中应用，主要用于控制蓄电池充放电，国内主流控制器主要有24V、48V、220V等几种类型。（4）逆变器。逆变器能够转换太阳能电池方阵直流电为需要频率的交流电，逆变器主要有开网和并网两种类型。

二、光伏组件安装倾角优化

太阳能光伏发电系统为了能够在全年都获得较大的太阳辐射量，光伏组件采光面通常使用面向赤道倾斜方式，北半球的光伏电站组件均向南倾斜放置。光伏发电系统光伏组件倾角对系统发电量有着很大影响，因而确定组件安装倾角是获得系统最大发电量的重要措施。

（一）太阳能辐射量计算

水平面和倾斜面上获得辐射量符合光直射散射分离原理，总辐射量等于直接辐射和散射辐射之和，但是光伏组件阵列面上获得的辐射有光线射向地面反射到组件表面的辐射，水平面上则没有，但是气象站通常只有水平面上的太阳能辐射资料。光伏组件接收平均太阳能辐射量主要受到太阳能辐射量、周围环境温度以及其他设备特性的影响，光伏组件安装通常倾斜进行，计算光伏阵列输出需要将水平面上记录辐射强度反应到倾斜面上，需要通过复杂的数学模型确定倾斜面上的辐射量。

倾角β下斜面太阳能辐射强度模型如下：

倾斜面和水平面直接辐射之比如下：

式中φ-当地纬度；

δ-太陽赤纬；

ω-时角；

n-一年从1月1日其算天数；

ρ-地表反射率。

根据当地纬度和气象资料，就能够求出赤道放置倾斜角β时的倾斜太阳能辐射量。

（二）太阳能电池电力输出计算

太阳能电池输出为曲线特性，温度、光照强度和用电负荷等均会对输出曲线造成影响。温度和光照强度一定的情况下只有在某一个特定输出电压下光伏系统输出功率才能够得出最大值，这就是光伏发电系统最大功率跟踪技术。太阳能电池发电率主要受光照影响，在夜晚或者多云情况下电池输出较少，温度较高时太阳能电池功率将会下降。如下是一种比较实用的模型。

式中E-光伏电池电力输出；

Ht-入射太阳辐射强度；

T-光伏电池表面温度；

c1-实验标定常数；

Hf-标定太阳辐射强度；

C2-太阳能电池组件温度系数。

（三）最佳倾角计算

离网光伏系统通常要求在冬季保持较大的发电量，但是对于一些特殊的离网供电系统要求全年不断电，对于这种系统要保证全面最小辐射量的那天也能够保证光伏的正常工作。冬至日是夜晚时间最长的一天，因而要求光伏阵列倾角需要调整到冬季接收辐射量最大保证冬至日也能够提供相当的发电量。对于并网光伏电站，通常有着较大的装机容量，想要获得最大的发电量，需要选择合适的倾角。使用固定式安装方法倾角越大，装机容量一定情况下，需要占用的面积越大。

三、自动跟踪系统

（1）平单轴跟踪系统。使用一根轴改变电池组件角度，调整太阳光使之垂直与电池组件面板，提高光伏转化率。单轴跟踪系统使用固定转速旋转，通过单轴跟踪支架使太阳能电池面板法线方向和太阳能电池面板法线夹角最小，从而提高光伏系统的发电效率。（2）斜单轴跟踪系统。单轴系统转动轴和地面成一定倾角被称为极轴单轴跟踪。倾斜单轴跟踪直接固定在太阳电池组件倾角上，围绕倾斜周追踪太阳方位，争取获得更大发电效率。（3）双轴跟踪系统。双轴跟踪系统沿着两个旋转轴运动，和斜单轴不同，倾斜角度同样能够调整，因而在理论上能够获得零入射角。电机动力输出通过涡轮蜗杆转化为水平面回转运动馆，并通过位置传感器进行系统转动角度的采集，双轴跟踪是两个角度的跟踪，跟踪效果优于单轴跟踪。对比以上几种跟踪系统，相同容量和规格情况下，双轴系统安装占地面积最大，斜单轴次之，平单轴系统占地面积最小。光伏电站纬度越高，支架投入将越大，获得的发电量越不经济。

四、方阵设计

组件串接方式多种多样，但是为了降低施工复杂程度，采用双联排排列方式，减少占地面积，节省施工线缆长度，并且后期维护工作量少，工作难度小。使用固定方式安装光伏电池组件单元时，需要考虑两排光伏点知组件之间的相互遮挡，会造成光伏单元发电效率的下降。组件前后排最小距离D计算公式如下：

通过计算，能够获得最合理的方阵间距。

五、结束语

迫于能源危机的压力，各国家纷纷开始研究化石能源的替代能源，但是光伏发电系统的效率和经济性问题仍然未能得到很好的解决，研究光伏发电系统最大发电量，对提高光伏发电系统发电效率，促进光伏发电系统的建设和发展有着重要的意义。

参考文献：

东莞地区光伏接入系统研究 篇7

该工程建设于东莞茶山镇某公司厂房屋顶, 工厂已建成并投入使用, 本次利用总部屋顶、厂房屋顶、宿舍楼A-F屋顶进行建设。屋顶类型为混凝土, 安装容量共为1.4MW。工厂共有8个屋顶可用以光伏组件的安装, 规模如表1所示。

2 厂区配电系统概况

根据研究, 该厂仅有1条10k V高压线路供电, 除向该公司供电外, 同时向其他用户供电。

该厂区只有1个配电房, 变压器总容量1#主变315k VA、2#主变1000 k VA、3#主变2500k VA, 整个厂区主要由3#主变供电, 1#、2#主变已经报停。

3 特殊时段10k V馈线电力分析

由于光伏系统主要在白天8点至16点左右发电, 因此, 光伏发电对10k V系统的影响主要考虑8点至16点左右的最大负荷及最小负荷, 对夜晚最小负荷不予考虑。经统计, 周六、日及夏季假期, 该10k V高压线路均能吸纳本工程光伏系统出力, 冬季假期, 需要10k V母线上其他10k V线路消纳本光伏系统出力。

4 负荷预测

110k V变电站1#主变负荷预测表如表2所示。

5 电力平衡

平衡原则: (1) 按照配电房进行平衡; (2) 光伏系统的发电效率按0.8考虑。

由上述平衡可见, 该站1#主变能够完全消纳光伏发电, 且光伏发电容量与茶园站1#主变容量的占比为2.86%。

6 接入系统方案

接入方式见图1, 光伏系统通过升压变升至10k V线路, 供当地用户及其他用户用电。本工程光伏发电容量与1#主变容量的占比为2.86%, 远小于25%的要求。

7 短路电流计算

目前, 该变电站110k V三相短路电流为22k A, 该厂配电房10k V母线三相短路电流为4.7k A。

计算时, 光伏系统提供的短路电流按逆变器额定电流的1.2倍考虑, 经计算, 光伏接入点0.4k V母线、高压配电房10k V母线短路电流为4.78k A。光伏系统提供的短路电流不超过母线短路电流的10%。

8 结论

1) 光伏系统接入当地配电网, 对电网运行基本无影响, 目前东莞地区具备开展屋顶光伏项目的条件。

2) 为减少损耗, 建议光伏采用自发自用方式, 但是由于该厂区情况复杂, 同时还有其他工厂用电, 卖电受到限制, 资本投资光伏市场的热情受到一定压制, 但是随着电改的进行, 私人企业具备卖电资格, 将对光伏市场的发展具有积极作用。

摘要：光伏发电作为我国能源的重要补充, 得到国家的大力发展。但是由于区域差异, 西部地区光照足, 空间面积大, 一般采用大容量光伏发电, 而珠三角地区, 经济发达, 土地资源紧张, 一般采用屋顶发电的方式。以具体工程作为研究对象, 对东莞地区的光伏接入系统展开研究, 对该地区的光伏接入具有一定意义。

关键词：光伏系统,负荷,电力平衡

参考文献

[1]GB/T 50886-2013光伏发电站接入电力系统设计规范[S].

车载简易光伏发电系统 篇8

1 光伏电池组

目前,市面上占有主导地位的光伏电池是多晶硅太阳能电池,工业规模生产的多晶硅能量转换效率可以达到17%,性价比较高。电池组的电压输出于电池片的体积和日照强度有关。本系统采用柔性太阳能电池板。于普通用铝合金封装的太阳能电池板相比柔性电池板重量轻,便于携带,可以轻微弯曲,更适合外出使用。设计输出18V的额定电压和3A的最大电流。

电池组展开面积约2M2,发电时,可以把光电池组放在汽车的顶部,接收太阳光。

2 充电控制器

充电控制器电路是一个采用UC3906芯片控制的充电电路。UC3906是一个为免维护铅酸蓄电池充电的专用控制芯片,它具有实现铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能。更重要的是它能使充电器各种转换电压随蓄电池电压温度系数的变化而变化,从而使蓄电池在很宽的温度范围内都能达到最佳充电状态。在由UC3906组成的双电平浮充充电电路中,过充终止电流IOCT和最大充电电流IMAX的由芯片2,3脚之间的电阻RS决定。浮充电压VF和过充电压Voc由电阻Ra,Rb和RC决定,其中Ra位于电池正极和13脚之间的,Rb位于13脚和地之间,RC位于10脚13脚之间。

3 蓄电池

蓄电池采用普通免维护铅酸蓄电池,额定输出为12V/36Ah。12V的蓄电池应用较为广泛,鉴于本系统是一个车载光伏系统,12V可以由独立的蓄电池提供,也可以由汽车蓄电池提供。两个电池可以交替使用,增加系统的灵活性。

4 逆变器

逆变器部分分为三大部分,分别是“功率板”,“SPWM驱动板”,“DC-DC驱动板”。

4.1 功率板

功率主板包括DC-DC升压和H桥逆变两个部分。本逆变器的主要电能来源是12V的铅酸蓄电池,电池电压允许输出范围为11-14V, 满功率时,前级工作电流可以达到50A以上。主变压器采用EE42的磁芯。前级并联增大电流,后极串联增加带负载能力。高压整流快速二极管,用的是TO220封装的RHRP8120。后面跟的高压滤波电容的参数,在可能的情况下,尽可能用的容量大一些,对改善高压部分的负载特性和减少干扰都有好处。

4.2 DC-DC 驱动板

DC-DC升压驱动部分电路以集成电路SG3525为核心。SG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片,它简单可靠,使用方便灵活,输出驱动为推拉输出形式,增加了驱动能力 ;内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器,有过流保护功能,频率可调,同时能限制最大占空比。由SG3525输出两路互补对称的驱动信号 :=73k Hz两路信号分别加两个推挽电路上,驱动后级的4个NCE01H14T,由于前面输出的互补对称的脉冲波,将每路脉冲分别驱动两个NCE01H14T,经变压器升压通过二极管叠加的电压可达到峰峰值为334V的高频电压。为保持DC/DC变换器输出电压的稳定,升压后的输出电压与设定电压进行比较,该误差经PI调节器后控制SG3525输出驱动信号的占空比。而当检查到DC/DC变换器输出电流过大时,SG3525将减小门极脉冲的宽度,降低输出电压,进而降低输出电流。当输出电压过高时,会停止DC/DC变换器的工作。

4.3 SPWM 驱动板

SPWM的核心部分采用了TDS2285单片机芯片。该芯片是一款DIP-14封装的CMOS工艺的纯正正弦波逆变控制芯片。末级输出用的时候使用4个250光藕达到隔离的目的,将输出的SPWM信号与功率板的SPWM接口相连接。

5 产品调试及使用

使用时,柔性太阳能电池板可以置于汽车的车顶,或者置于帐篷顶部等倾斜面,方向正对太阳。太阳能电池板通过充电控制器与12V蓄电池连接,蓄电池的正负极在与逆变器的直流输入端连接。逆变器的交流输出端连接电源接线板,可以将市电用电设备直接插到接线板上取点。在实际中,太阳能电池空载最高可输出20.132V电压和3A的电流,略高于设计时的理论值。在用太阳能电池通过充电器给标称容量为12V/36Ah蓄电池充电时,最高充电电流为1.05A; 充满时,浮充电流为30m A左右,充满时间约为10h,充满时间与太阳光照强度有关。将太阳能电池板和蓄电池断开,仅利用蓄电池给逆变器供电,等逆变器工作稳定后,最大功率可达500W。如果用电器为200W,可持续工作2个小时。具体带负载时间与用电器功率有关。

摘要：太阳能作为一种可再生能源,是解决能源危机的一个重要途径。目前光伏系统的整体解决方案都已成熟,将来会更多的进入老百姓的日常生活。本文介绍的是一个独立车载光伏发电系统,系统由光电池,充电控制器,蓄电池和逆变器组成,输出为220V的市电。适用于野外科考和露营,或远离电网的情况下给中小功率用电器供电。

水泥厂车间屋顶光伏系统 篇9

关键词：太阳能组件,光伏发电,逆变器

我国能源紧缺已成为制约国民经济发展的一个重要因素，水泥工业是我国各工业部门中的耗能大户，占全国总能耗的5%～8%，因此解决好水泥厂的能源供给至关重要。太阳能是一种清洁、可再生能源，太阳能光伏发电实现了直接将太阳能转化为电能，既不释放污染物，也不会产生温室气体，破坏大气环境，因此利用光伏发电具有良好的环保和节能效果。利用水泥厂各车间厂房屋顶建设光伏发电系统，既可节省建设光伏电站需要的大面积土地，又可为厂区提供大量的电能，还可减少火电供能过程中产生的二氧化碳、二氧化硫等大气污染物，非常具有开发价值。

1 光伏系统的形式

光伏发电系统一般有离网光伏系统和并网光伏系统两种形式。离网光伏发电系统常用于边远地区的村庄供电、微波中继站电源、太阳能路灯系统等独立电源场合，一般配有蓄电池，以保证供电的连续性。不可调度式并网光伏系统是指可并网运行的光伏发电系统，不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接反向馈入电网。因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用太阳能所发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。同时，根据是否允许向公用电网逆向发电来划分，可分为可逆流并网系统和不可逆流并网系统。

对可逆流并网系统，光伏系统总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域的最大负荷的25%，并需要将原有的计量系统改装为双向表，以便发电、用电都能计量;不可逆流发电系统，光伏系统发出的电能只给本地负荷供电，多余的电需通过防逆流装置控制逆变器的发电功能，不允许通过配电变压器向公用电网馈电。本设计采用不可逆流的并网光伏发电方式，如图1所示。

2 光伏系统的组成及设计方案

太阳能光伏发电系统通常由光伏组件、防雷系统、直流配电柜、光伏逆变器、交流配电柜、并网升压变压器等组成。本系统中将光伏组件平铺于车间屋顶上，合理布置形成光伏阵列，将光伏组件进行合理串并联后，接入防雷汇流箱，后接至配电房直流配电柜，直流电缆通过厂房北侧墙引下至厂区原有电缆沟。本系统对上海某水泥厂混合材及石膏堆场车间进行设计，整个光伏方阵经过并网逆变器逆变后通过0.27/10kV升压变压器升压至10kV，经10kV汇集后拟采用分散式并网方式并网，每个部分的均一回10kV线路接入厂区变电站的10kV侧。

3 太阳能电池组件的选型

太阳电池组件是由高效晶体硅太阳能电池片、超白布纹钢化玻璃、EVA(光伏电池封装胶膜)、透明TPT背板以及铝合金边框组成。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管。当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。商用太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、碲化镉电池、铜铟硒电池等。上述各类型电池主要性能如表1所示。

非晶硅薄膜太阳电池由于稳定性较差、光电转化效率相对较低、使用寿命相对较短的原因，在兆瓦级太阳能光伏系统的应用受到一定的限制。光伏电站太阳能电池种类应选用技术成熟、转化效率较高、已规模化生产的且在国内有工程应用实例的太阳能电池组件作为光电转换的核心器件。但单晶硅组件的价格比多晶硅组件的价格高10%左右，且两种电池组件的电性能、寿命等重要指标相差不大，执行的标准也相同。因此，本工程选用多晶硅类太阳能电池。

本系统采用275W多晶硅电池组件，电池组件均固定安装在屋顶上。

4 光伏阵列设计

(1)组件安装方式

电池组件均沿建筑物走势平铺在彩钢瓦屋顶上，最大限度地利用有限的屋顶面积。采用专用夹具夹住彩钢瓦角驰，上面铺铝合金横梁，用压块将组件与横梁连接，组件自带光伏电缆、直流电缆，可以沿横梁敷设。此布置与安装支架固定组件的方式相比，节省了支架的制作和安装成本，缩短了工期，同时可最大化地利用有限的屋顶使用面积(每两串组件为一组，每组组件间距为500mm，安装支架的组件每组之间间隔在2m左右)，但由于没有使组件处于最佳倾角，降低了方阵的发电效率(如图2所示)。

(2)逆变器选型

系统容量为8.1081MWp，从工程运行及维护考虑，若选用单台容量大的逆变设备，则设备数量较少，配电间布置适宜，和小容量的逆变设备相比，可在一定程度上降低总投资。因此，本工程选用国内常见标准型的500kW逆变器。逆变器各项性能指标见表3。

(3)组件阵列布置

并网逆变器直流工作电压范围为500～820V。考虑到光伏组件电压-温度变化特性，25℃工作电压为36.7V，逆变器最佳工作电压为550～690V。太阳能光伏组件串联的组件数量Ns=(550～690)/36.7≈15～18。若光伏组件串联数量为18块，当工作温度为25℃时，光伏组件串最高开路电压分别为799.2V，超出逆变器最佳直流工作范围;若光伏组件串联数量为16块，光伏组件串最高开路电压为710.4V，未超出逆变器直流工作范围;当光伏组件串联数量为单数时不利于接线，故不考虑选用15块、17块串联。因此选用16块光伏组件串联是合适的。单列串联功率P=。

本工程项目建设所选用的建筑为水泥生产线的厂区石灰石预均化堆场，砂岩、钢渣、粉煤灰堆场，煤预均化堆场，混合材及石膏堆场4栋厂房建筑屋面，屋面成圆拱形，展开面积约为113701m2，无杂物设备堆积存放。其中光伏方阵安装面积65617.165m2，太阳电池组件有效利用面积57472.572m2。

光伏阵列由多晶硅光伏组件组成，共计29484块电池板，分成阵列，每个厂房屋面均以每16块组件串联组成一个串组，10或13个串组进汇流箱(其中石灰石预均化堆场屋顶48个，砂岩、钢渣、粉煤灰屋顶24个，煤预均化堆场屋顶36个，混合材及石膏堆场37个)，后接至配电房直流配电柜，直流电缆通过厂房北侧墙引下至厂区原有电缆沟，经电缆沟引至新建于厂房之间的配电房。在配电房经过500kW并网逆变器逆变后通过0.27/10kV升压变压器升压至10kV。

5 理论发电量

(1)光伏阵列效率η1

组件匹配损失：对于精心设计、精心施工的系统，约有4%的损失。

太阳辐射损失：包括组件表面尘埃遮挡及不可利用的低、弱太阳辐射损失，取值5%。

偏离最大功率点损失：如温度的影响、最大功率点跟踪(MPPT)精度等，取值4%。

直流线路损失：按有关标准规定，应小于3%。

(2)逆变器的转换效率η2

逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比，逆变器转换效率可取η2=97%。

(3)其他因素折减η3

除上述各因素外，影响光伏电站发电量的还包括不可利用的太阳辐射损失及电网吸纳等其他不确定因素，相应的折减修正系数取为96%。

系统的总效率等于上述各部分效率的乘积：

综上所述，在未考虑电站设备元器件老化导致的效率衰减情况下，本太阳能光伏系统总效率为79.1%。

由表4可知，上海年峰值日照小时数为1391.71h，由于给出的电池板平铺在大棚顶部，没有在最佳照射角度，故按80%效率计算，考虑年峰值日照小时数为1113.4h，每日的峰值日照小时数为3.048 h。

年理论发电量=峰值日照小时数×电站总规模×系统的总效率≈714万kWh。光伏系统按25年运营期考虑，随着运营年限的增加，由于站内元器件设备老化导致系统效率降低，损耗加大，最终致使电站发电量减少，本阶段根据设备厂家调研成果，综合分析后按光伏发电系统25年运行期内的电能输出衰减幅度为每年-0.8%考虑。本系统25年理论发电量为16238.84万kWh，年均发电量为649.5万kWh。

6 结语

太阳能发电有着广泛的发展前景，太阳辐射地球表面的能量约为17万亿千瓦，相当于目前全世界一年能源总消耗量的3.5万倍。同时，光伏系统发电对于当地的环境保护、减少大气污染具有积极的作用。

本系统预计每年可为电网提供电量649.5万kWh，与相同发电量的火电相比，相当于每年可节约标煤1919.3006t(与先进燃煤机组相比，按供电标煤煤耗为302g/kWh计)，相应每年可减少多种大气污染物的排放，其中减少CO2排放量约5421.0709t、减少SO2排放量约46.39369t、NOx9.53295t、粉尘680.017t、灰渣808.39416t。由此可见，合理利用水泥厂车间的闲置屋顶有实际的开发价值。

参考文献

[1]李宁峰, 于国才.屋顶太阳能光伏发电系统的设计[J].江苏电机工程, 2012, 31 (3) :43-45.

[2]冯垛生.太阳能发电原理与应用[M].北京:人民邮电出版社, 2007, 7.

独立光伏发电跟踪系统的设计 篇10

光伏发电系统存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化、最大输出功率随温度变化等问题, 且硅的光电转化效率虽有不断提升, 但迫于价格因素, 高转化效率的太阳能板未能大范围使用, 这对硅光电池的有效利用提出了更高的要求。目前很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的, 且主功率电路的设计也很少考虑到温度变化导致的最大功率点的移动, 发电效率低下, 太阳能面板利用率不高。因此对太阳位置和宽温度范围最大功率点的跟踪都是十分有必要的。文章提供一个完整的独立光伏最大功率点跟踪系统设计, 并将之实现。该系统不仅能自动根据太阳光方向来调整太阳能电池板朝向, 获得最大辐照度, 而且在跟踪过程中能自动记忆不同时间的坐标位置, 判断阴晴天, 无需人工调整, 适合天气变化的复杂情况。用负温度系数电阻调节限流点实现最大功率跟踪, 并能对蓄电池进行三段式充电, 使整个系统的效率得到大幅提升。

1 最大辐照度跟踪

最大辐照度有多种跟踪方法, 如:时钟法、压差法、光电法等。

(1) 时钟法根据太阳运动角度, 确定电动机转速, 使太阳能面板根据太阳位置相应变动。其主要缺点是:跟踪精度不够, 太阳高度角、方位角和区域、季节都有关系, 普适性不高, 且累积误差比较大, 需要定期进行校正。

(2) 压差法在太阳能面板周围设有一组空气管作为时角的跟踪传感器。太阳偏移时, 两根空气管受太阳的照射不同, 管内产生压差, 压差执行器就发出跟踪信号。当镜面对准太阳时, 管内压力平衡, 压差执行器又发出停止跟踪信号, 这种跟踪器的跟踪灵敏度高。与此相类似的太阳跟踪装置还有重力差式跟踪器和液压式跟踪器。

(3) 光电法用光敏传感器来测定入射太阳光线和跟踪装置主光轴间的偏差, 当偏差超过一个阈值时, 执行机构调整, 直到使太阳光线与太阳能面板垂直, 实现对太阳高度角和方位角的跟踪。与前两种跟踪装置相比, 光电式跟踪器可通过反馈消除误差, 控制较精确, 电路也比较容易实现。

本文将时钟法和光电法结合, 太阳能面板以预定日行轨迹行进到粗调坐标, 然后用光电传感器判断光线是否垂直, 在细调区间内进行精细的位置调整。从而解决了时钟式的累积误差问题。细调区间又预防了光电式存在的误动作。在入夜之后, 太阳能面板根据预设值, 调回早晨的方位, 并进入掉电模式。

1.1 双轴跟踪机构

双轴跟踪器的机械结构图如图1, 其中一个电机带动太阳能面板绕日轴转动, 跟踪太阳的赤经运动;另一个电机带动反射器绕季轴旋转, 跟踪太阳的赤纬运动。这样太阳能面板就能全年尽可能和入射阳光相垂直, 达到跟踪太阳的目的。

1.2 传感器原理及设计

1.2.1 传感器原理

传感器由光电二极管设计而成。有光照射时, 光电二极管的PN结附近受光子的轰击, 半导体内被束缚的价电子吸收光子能量而被击发产生电子一空穴对, 使少数载流子的浓度大大提高, 反向饱和漏电流大大增加, 形成光电流, 光电流随入射光照度的变化而相应变化。光电流通过负载RL时, 在电阻两端将得到随入射光变化的电压信号, 完成光电转换[1]。

图2 (a) 是光电二极管的伏安特性曲线。由于光电二极管掺杂度较小, 工作时要给其加反向电压。即取其工作在第三象限时的特性, 如图2 (b) 。串入可调电阻, 电阻工作曲线与光电二极管特性曲线的交点即其工作点。

当太阳光线与光电二极管平面的法线有一定夹角θ时, 光电二极管输出电动势:

式中φ为光通量, 即通过截面S的光能量, K为比例常数。

式中I为光照度, 即单位面积上的光通量 (-π/2≤θ≤π/2) 。

式中U0=KIS0。

当光线垂直照射固定面时, 左右光电二极管输出电压U1=U2=U0cosα, 固定α为45° (如图3) 。本文用两对图3所示的光电二极管方法来分别跟踪太阳的高度角和方位角[2]。

当太阳光线偏离二极管固定面β角度时[3], 若-π/2≤β≤-π/4,

由式 (4-6) 可知, 电压差输出ΔU与β的曲线图如图4 (a) 所示, []中表示的区间是时钟法所能精确到的近似区间, 即图4 (b) , 传感器的细调区间。θ1和θ2的范围分别为[-π/12, -π/18]、π[/18, π/12], 即± (10~15°) 。

1.2.2 传感器信号调理电路

由运放、仪用放大器[3]调理采回电压, 如图5。用单片机自带的6路10位AD进行模数转换。理论精度为5*1 (/2^10) /10*1 000=0.49mV, 由实验数据对应的角度精度为1°。

2 软件设计

标注1:1 302走时误差仅为16s/月, 故采用串口校正, 软件开始可以加读串口操作。视精度要求定时 (如一季, 一年) 校正就可。

标注2:由外部中断唤醒进入正常模式。

流程图如图6。

3 宽温度范围的MPPT设计

太阳能面板最大功率点随着环境温度的变化处于非线性变化状态, 图7示出了太阳能板性能指标随温度的变化曲线, 可见最大功率Pmax与太阳能板的最大功率点输出电压Vpm变化趋势非常接近, 因此我们只需要跟踪控制Vpm电压就能跟踪太阳能面板的最大功率点。

传统的恒压跟踪法 (CVT) 忽略温度对太阳能面板开路电压的影响, 仅通过设定正常温度下太阳能电池的最佳工作开路电压来保证太阳能面板能够输出最大功率。文献[4]利用采样普通二极管随温度变化的压降来提供太阳能面板MPP的变化趋势, 但采样电路精度要求高, 控制复杂。加入负温度系数电阻 (NTC) 实时采样太阳能面板的环境温度, 动态调节主功率电路的限流点, 使太阳能面板的输出电压保持在最优工作电压, 很好地解决了这个问题。作者采用文献[5]提出的宽温度补偿太阳能面板最大功率跟踪电路控制方法, 当输入电压是17V、输出电压为12V时, 效率可达90%以上。

实物图如图8。

4 结束语

文章完成了用双轴机构跟踪太阳方位角和高度角, 使太阳光直射太阳能面板, 获得最大辐照度;用负温度系数热敏电阻动态调节主功率电路限流点, 在宽温度范围内巧妙跟踪最大功率点的工作。大幅提高了发电效率和太阳能板的利用率。

参考文献

[1]郭培源, 付扬.光电检测技术与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2011.

[2]夏小燕.大范围太阳光线跟踪传感器及跟踪方法研究[D].南京:河海大学, 2007.

[3]马明健.数据采集与处理技术[M].西安:西安交通大学出版社, 2012.

[4]丰瀚麟.低成本小功率光伏并网逆变器研究[D].南京:南京航空航天大学, 2010.

光伏系统 篇11

关键词：光伏并网  太阳能  电网  影响

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（b）-0088-01

作为社会发展与科技进步的动力，能源是当前社会进步与发展的基础，与人民生产生活的发展与提高息息相关，随着近年来能源问题的逐渐凸显，诸如对化石能源的利用会造成大量有害气体的产生，进而会导致和加强环境污染和温室效应等等。作为一个发展中的工业大国，我国正面临着工业发展中资源能源不足的严重问题，所以，开发新能源已经成为当前发展中的首要策略。由于太阳能资源丰富，且光伏发电过程具有低碳、清洁的优势，成为了新能源开发利用中的首选。为应对国内局部电荒及部分电力资源浪费的局面，需要研究分析光伏并网发电系统对电网的影响，并制定出针对性的对策，进而推动对光伏并网发电系统的良好应用。

1 光伏并网发电系统的优势

首先，光伏并网组件的安装需要大量的地基，因此可将其建设在荒漠中等，有效减少了地面的蒸发量和对生产用地的占用，在系统的光伏板下种植喜阴类植物，可以保持所在地面的水分等;其次，并网后所发电馈入电网，使得不通过蓄电池就可进行运用，在建设的过程中节省了部分投资，促成了成本的有效降低，还减少了蓄电池对环境所造成的污染，具有良好的环保性;再次，除了大型光伏系统外，光伏并网发电系统还可以实施分布式建设，不仅增强了电力系统对自然灾害的抵御能力，还有效改善了电力系统的负载平衡，进退电网灵活性高，作用巨大[1]。

2 光伏并网发电系统对电网的影响分析

2.1 对继电保护的影响

在光伏电网发电系统运行时，由于处在电能传输的最末端，所以相应的电压等级就较低，加之目前大多为放射型的配电网络，所以其使用中很少会产生转移电流，这一特点使得在电网中早已大量存在的多数继电器不具备方向敏感性。随着现代科技的发展，大量分布式发电系统被大量投入使用，使配电线路上的潮流具有了双向流动的显示可操性。就当前电力系统发展而言，不会因为新增了分布式发电系统而大幅度改动现有的继电保护体系，若其不能与原有的继电保护协调配合以及形成相互适应的关系，就会导致当其他并联分支出现故障时，安装有光伏并网发电系统分支上的继电器出现误动现象。而这种误动，会进一步造成该无故障分支失去主电源。除上述影响外，当光伏并电网发电系统中的功率注入电网时，会导致原来的继电器保护区逐渐变小，对继电保护装置的正常运行造成一定的影响[2]。

2.2 对供电可靠性的影响

光伏并网发电系统在运行时，会影响电力系统尤其是处在网络最末端的配电系统，对其运行的可靠性造成一定的阻碍。例如，当光伏并网系统所处的交流电停电，同时遇到日光照射强度较低的情况，造成最需要电能的输送却不能有效满足需求的结果。除上述情况外，安装地点及与电网的连接方式和配置容量等也严重影响着光伏发电系统的运用可靠性。

2.3 对配电系统实时监控、控制和调节的影响

对比主网，配电网的开关操作以及能源调度和信息采集等相对简单，由供电部门统一管理，统一执行对其的监控和调度。光伏并网电力系统接入后，将大大加重了这一过程的复杂性。为了实现高效的监视、控制和调度，既要增加监控和調度所需的信息，又要以光伏并网发电系统的并网规程为基础重新划分监控和调度的管理职责及责任部门等[3]。

2.4 对电能计量方面的影响

光伏发电并网前，单一方向为电网中电能的基本流向。光伏发电并网后，个别配电网区域内的潮流流向出现了双向的情况。这导致原有的电能计量模式无法满足新时期的电能计量需求，需要针对其运行方式将单项计量模式改为双向计量模式，以适应电能计量的需要。

除此之外，基于光伏并网发电系统的发电成本较高的现状，在其运用的过程中，也要考虑到计量系统中合理地反映电价差别等方面，这也是对电网发展的影响。

2.5 对电网运行经济性的影响

作为常规能源的补充，光伏发电运用了太阳能这种取之不尽的清洁能源，从近期或远期的应用来看，其对环境的保护和对能源战略的实施都具有很重大的现实意义，对对电网的运行影响体现在下几方面：

从环境保护来看，因为光伏发电运用的是太阳能，具有季节性的特点，不会威胁到人类的生存环境，还可为人类的节约大量的环保开销。

从太阳能使用的广泛性和方便性来看，阳光无处不在，运用方便，可以解决诸如通信、信号电源等需求的特殊需要，应用领域十分广泛，也会产生巨大的经济效益。

2.6 其他方面的影响

在光伏并网发电系统的运行过程中，当电网发生故障时，光伏并网发电系统可能会解列运行。当再次接入电网时，在同期过程中，应考虑其对电网产生的冲击作用，应当通过一定的控制策略和手段，来尽量减少对电网的冲击。此外，光伏并网发电系统最大发电效率的孤岛系统，其检测技术、跟踪技术等也会对该类系统运行的稳定性造成一定的影响，进而对电网的静态及动态安全特性产生影响，不利于两者的结合运用。

3 结语

综上所述，新时期的电力系统发展中，光伏并网发电系统对电网的影响涉及到用电的方方面面，诸如对继电保护的影响、对配电系统的实时监控、控制和调节的影响等等，在未来的电力发展中占有重要的位置。基于此，我们应对其对电网的积极影响积极应用，进而改善其不利方面的影响，为我国的电力发展和人民生产生活水平的提高打下坚实的基础。

参考文献

[1] 陈炜，艾欣，吴涛，等.光伏并网发电系统对电网的影响研究综述[J].电力自动化设备，2013（2）：26-32+39.

[2] 刘建涛，张建成，马杰，等.储能技术在光伏并网发电系统中的应用分析[J].电网与清洁能源，2011（7）：62-66.

光伏并网系统最大功率追踪控制 篇12

针对光伏最大功率追踪的研究,文献[4]提出一种改进的自适应占空比扰动法,保证光伏快速、稳定、准确地跟踪上最大功率点;文献[5]采用自适应滑模观测器,实现光伏电池实时、精确追踪功率最优电压点;文献[6]针对不同光照强度、不同负载及内部参数变化对光伏输出特性进行了研究,得出光伏输出功率特性呈非线性且功率最优点只有一个;文献[7]基于滑模控制技术实现功率最大点的实时跟踪,采用交错Boost结构减小功率输出波纹;文献[8]基于Newton-Raphson算法提出一种dq轴解耦与网侧逆变器相结合的控制方法,并研发一台模拟光伏并网采样机。本文在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了光伏并网系统模型,基于电压扰动法实现光伏最优功率点准确追踪,并通过仿真结果验证了光伏并网系统模型及控制策略的有效性。

1 光伏阵列建模及分析

光伏阵列温度为

式中:Tc为光伏阵列温度;Ta为环境温度;G为太阳照射强度。

光伏阵列V-I方程为[9]

其中

式中:Um和Im分别为最大功率点对应电压和电流;Uoc和Ipvsc分别为开路电压和短路电流;a与b分别为给定辐射强度下的电流温度变化系数和电压温度变化系数;Np与Ns分别为光伏阵列中组件的并联数和串联数;tc为温度变化系数;Rs为组件的串联电阻。

光伏阵列输出功率为

式中:P光伏阵列输出功率,Kl为光伏组件串并联损耗系数。

基于不同太阳光照强度,光伏阵列I-V和P-V特性曲线如图1所示。由图1可知:I-V曲线在最大功率点附近是高度非线性的,并且短路电流与太阳光照强度呈显著正相关,开路电压并无明显变化;P-V曲线表明,随着太阳辐射强度的增大光伏输出功率相应增加,故光伏阵列输出最大功率跟踪可通过扰动光伏阵列端电压来实现。

为了适应太阳辐射强度的快速变化,本文提出基于功率变化率改进电压扰动法,进行最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)。改进电压扰动法算法流程如图2所示。

结合本次测量的电压V(k)与电流I(k)和上次测量记录的电压V(k-1)和电流I(k-1),计算可得到功率变化率d P。如果d P<ε1,则认为功率输出不变,无需电压扰动;否则,再进行判断d P是否大于功率变化率最大值ε2,若是,则对d P进行修正,然后按变步长的功率变化率进行电压扰动。

2 光伏并网发电系统控制策略

光伏并网发电协调控制如图3所示。光伏并网发电系统可分为两个联系密切的子系统:光伏控制系统与并网逆变控制系统。光伏控制系统中:UPV和UPVm分别为光伏控制系统中端电压和最大功率点对应的端电压;IPV和DPV分别为光伏控制系统中电感电流与DC-DC变流器的控制信号。并网控制系统中:md和mq分别为并网系统中dq轴坐标下d轴控制信号和q轴控制信号;Id和Id ref分别为d轴电流矢量的实际值与参考值;Iq和Iq ref为q轴电流矢量的实际值与参考值;Udc和Udcref分别为直流电压的实际值与参考值;Ud分别为网侧电压在d轴分量;L为dq轴滤波电感;W为电气角速度;Qref为并网控制系统无功功率参考值;La、Lb、Lc,Ia、Ib、Ic和Ua、Ub、Uc分别为网侧abc三相交流系统中电感、电流和电压;S1-S6为网侧变流器IGBT脉冲信号。

PV单元中:通过改进的电导增量法锁定最大功率点电压参考值UPVm,UPV与UPVm采用电压外环控制,快速稳定实现光伏最大功率的输出。DC/AC并网单元中:应用锁相环(Phase Locked Loops,PLL)测量技术,保证同步旋转参考坐标系d轴与电压矢量方向重合,于是有ud=U,uq=0,实现dq轴解耦控制。d轴采用双环控制确保直流母线电压平稳,其中Udc和Udcref作为电压外环,Id和Id ref作为电流内环。q轴采用电流内环控制,快速稳定追踪上无功功率参考Qref(根据实际运行情况设定,一般设为0)。

光伏并网发电系统的协调控制策略,保证了上网功率最优利用了光能(即实现了光伏的MPPT控制),稳定了直流母线电压,平滑了上网功率,保证了系统的电能品质。

3 算例分析

基于PSCAD/EMTDC仿真平台建立额定容量为0.5 MW的光伏系统仿真模型,光伏发电系统参数设置如表1所示。

太阳辐射强度初始值为800 W/m2,最优输出功率约为24.5 k W,仿真运行到4 s时,太阳辐射强度跃升到1000 W/m2,最优输出功率约为49.5 k W。具体变化情况如图4所示。

由图4分析可知,当太阳辐射强度发生阶跃性变化时,功率控制器的有功、无功功率实际值跟踪其参考值的速度较快约10 ms,无稳态跟踪误差,鲁棒性较好。

光照强度发生阶跃变化时,光伏出力、端电压及电感电流跟踪情况如图5所示。

由图5分析可知,4 s时,光照强度发生阶跃性变化,光伏出力、端电压及电感电流实际值快速稳定地跟踪上了参考值,且三者趋势一致,验证了光伏最大功率追踪控制策略的有效性。

4 s时光照强度发生阶跃变化时,直流母线电压动态响应情况如图6所示。

由图6可知,光照强度发生阶跃性变化时,直流母线电压几乎无波动,跟踪速度快,鲁棒性较强。

基于光伏控制单元和并网逆变器控制单元的网侧有功功率和无功功率输出情况如图7所示。

由图7可知:注入电网的功率与光伏最优输出功率一致,0~4 s上网功率约为24.5 k W,4~8 s上网功率约为49.5 k W;网侧无功功率的实际值与参考值一致,为0 kvar。dq轴电流的变化跟踪趋势与有功功率和无功功率变化趋势相同,且有功功率、无功功率、dq轴电流的实际值跟踪参考值速度较快,无稳态误差,鲁棒性较强。

4 结语

本文建立了光伏数学模型,基于在光伏运行最优点I-V处于高度非线性,提出了一种改进的电压扰动法,保证光伏稳定且迅速追踪上最优点;采用电压扰动法与网侧功率外环电流内环双环控制实现了最优功率注入电网;PSCAD/EMTDC中的仿真结果验证了本文提出的光伏并网系统控制方法的有效性。

参考文献

[1]GAO W,ZHEGLOV V.PV-wind-fuel cell-electrolyzer micro-grid modeling and control in real time digital simulator[C]//International Conference on Clean Electrical Power.Capri:IEEE,2009:29-34.

[2]DING Ming,WANG Bo.Stabilizing control strategy of complementary energy storage in renewable energy system[C]//Innovative Smart Grid Technologies-Asia(ISGT Asia).Tianjin:IEEE,2012:1-5.

[3]HAMZEH M,GHAZANFARI A.Integrating hybrid power source into an islanded MV microgrid using CHB multilevel inverter under unbalanced and nonlinear load conditions[J].IEEE Transactions on Engergy Conversion,2013,28(3):643-651.

[4]栗秋华,周林,刘强,等.电力系统节点电压稳定指标的研究光伏并网发电系统最大功率跟踪新算法及其仿真[J].电力自动化设备,2008,28(7):21-24.LI Qiuhua,ZHOU Lin,LIU Qiang,et al.Simulative research of MPPT for photovoltaic power system[J].Electric Power Automation System,2008,28(7):21-24.

[5]周雒维,杨柳.光伏电池的最大功率跟踪以及并网逆变[J].重庆大学学报,2010,33(2):16-21.ZHOU Luowei,YANG Liu.MPPT control of photovoltaic grid connected system[J].Journal of Chongqing University,2010,33(2):16-21.

[6]禹华军,潘俊民.光伏电池输出特性与最大功率跟踪的仿真分析[J].计算机仿真,2005,22(6):248-251.YU Huajun,PAN Junmin.Simulation analysis of output features and the maximum power point tracking of PV cells[J].Computer Simulation,2005,22(6):248-251.

[7]张小平,唐宇,周玉荣,等.光伏发电系统最大功率跟踪的研究[J].电子科技大学学报,2010,39(4):30-34.ZHANG Xiaoping,TANG Yu,ZHOU Yurong,et al.Research on MPPT for photovoltaic power system[J].Journal of University of Electronic Science and Technology,2010,39(4):30-34.

[8]周德佳,赵争鸣,袁立强,等.具有改进最大功率跟踪算法的光伏并网控制系统及其实现[J].中国电机工程学报,2008,28(31):95-100.ZHOU Dejia,ZHAO Zhengming,YUAN Liqiang,et al.Implementation of a photovoltaic grid-connected system based on improved maximum power point tracking[J].Proceedings of the CSEE,2008,28(31):95-100.