光伏并网发电（共12篇）
光伏并网发电 篇1
摘要：阐述了太阳能光伏发电系统的基本结构和工作原理,综述了国内外光伏发电技术的发展现状及发展趋势。
关键词：太阳能,光伏电池,光伏阵列,光伏发电系统
0 引言
众所周知,太阳能是一种用之不竭、储量巨大的清洁可再生能源,每天到达地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量[1],太阳能开发与利用正逐步成为各国政府重点发展的战略。热能和光能利用是太阳能应用的两种重要形式。“光伏发电”是利用光伏电池的光伏效应将太阳光的光能直接转换为电能的一种可再生、无污染的发电方式,正在全球范围内迅猛发展,其不仅要替代部分化石能源,而且未来将成为世界能源供应的主体,是世界各国可再生能源发展的重点。本文阐述了太阳能光伏发电系统的基本结构和工作原理,综述了国内外光伏发电技术的发展现状及发展趋势。
1 光伏电池的原理及发展现状
1839年,法国的Edmond Becquerel发现了“光伏效应”,即光照能使半导体材料内部的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流。光伏电池是基于半导体P-N结接受太阳光照产生光伏效应,直接将光能转换成电能的能量转换器。1954年,美国Bell实验室的G. Pearson等发明了单晶硅光伏电池,其原理如图1所示。
图1中,太阳光照射到光伏电池表面,其吸收具有一定能量的光子,在内部产生处于非平衡状态的电子-空穴对;在P-N结内建电场的作用下,电子、空穴分别被驱向N,P区,从而在P-N结附近形成与内建电场方向相反的光生电场;光生电场抵消P-N结内建电场后的多余部分使P,N区分别带正、负电,于是产生由N区指向P区的光生电动势; 当外接负载后,则有电流从P区流出,经负载从N区流入光伏电池。
图2为光伏电池等效电路,其中,Iph为与光伏电池面积、入射光辐照度成正比的光生电流(1cm2硅光伏电池的Iph值为16～30mA[1]);ID,Ish分别为P-N结的正向电流、漏电流;串联电阻RS主要由电池体电阻、电极导体电阻等组成(RS一般<1Ω);旁漏电阻Rsh由硅片边缘不清洁或体内缺陷所致(Rsh一般为几kΩ);RL为外接负载电阻,IL,UO分别为光伏电池输出电压、电流;当负载开路(RL=∞)时, UO即为开路电压Uoc,其与环境温度成反比、与电池面积无关(在100mW/cm2的光谱辐照度下,硅光伏电池的Uoc一般为450～600mV[2])。
与图2对应的光伏电池解析模型为[1]:
上式中,Isc为RL=0时的短路电流(A);T为环境温度(K);Tref为参考温度(一般取298K);S为实际太阳光辐照度(W/m2); CT为温度系数(A/K);q=1.6×10-29C;k=1.38×10-23J/K;n,ID0分别为二极管排放系数、反向电流;Eg为表征半导体禁带宽度的常量(V)。
实用中,为了满足负载需要的电压、电流,需将多个容量较小的单体光伏电池串、并联成数瓦到数百瓦的光伏模块(其输出电压一般在十几～几十V),进一步可将多个光伏模块串、并联成光伏阵列。图3为在环境温度25℃(T=298K) ,太阳光辐照度S=1000W/m2条件下某光伏模块(其解析模型参数参见文献[1])的仿真输出特性。
图3表明,一定的温度、照度下,光伏电池对应存在一个可能的最大功率输出运行点(Pmax=UpmaxIpmax),但实际工作点则是光伏电池伏安特性与负载伏安特性的交点。图3(a)中,给出了3条不同阻值RL1,R*L,RL2的电阻负载伏安特性(RL1<R*L<RL2),其与光伏电池伏安特性的3个交点A,M,B则为对应的3个实际工作点,只有当负载电阻RL=R*L时光伏电池才运行在最大功率点M,输出最大功率Pmax(UpmaxIpmax)。事实上, 光伏电池的短路电流与辐照度成正比,开路电压与温度成反比, 辐照度增加、温度降低将使其最大功率增加[1,2,3,12],故随着天气(辐照度、温度)变化,应实时调整负载的伏安特性使其相交于光伏电池伏安特性的最大功率输出点处,以实现“最大功率点跟踪(MPPT)”。
自1954年实用光伏电池问世至今,晶体硅光伏电池占了光伏电池总产量的80%以上,广泛应用的单晶硅光伏电池光电转换效率已接近25%;多晶硅光伏电池的光电转换效率虽较低,但其材料成本较低,可望成为主导产品之一[1,2,5]。随着光伏产业的迅猛发展,具有半导体材料消耗少、易批量生产、低成本、对弱光转化率高、易实现光伏建筑一体化等优势的薄膜光伏电池成为第二代光伏电池研发的重点,其中,1976年问世的非晶硅薄膜光伏电池实验室效率已达12.8%[2];20世纪80年代兴起的铜铟硒(CIS) 多晶薄膜光伏电池实验室效率已接近20% [5]。进入21世纪,以提高光电转换效率、降低成本为目标的第三代光伏电池,如叠层、玻璃窗式、纳米光伏电池等研究方兴未艾[1,5]。
2 光伏发电系统的结构和工作原理
2.1 离网型光伏发电系统
离网型光伏发电系统亦称为独立光伏发电系统,图4为其典型结构示意图。
图4中的蓄电池是离网型光伏发电系统中必不可少的储能器件,光伏阵列受太阳光照发出的电能通过控制器、DC/DC变换器对蓄电池进行高效、快速充电;而蓄电池储存的电能可通过放电器向直流负载馈电或经DC/AC变换向交流负载供电。控制器根据当前工况通过对DC/DC变换器控制调整光伏阵列等效负载的大小,实现MPPT; 另一方面,控制器采用正弦波调制(SPWM)或空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术对电压源型DC/AC逆变器进行控制以输出总谐波畸变率低、稳定可靠的交流电。防反充二极管可防止蓄电池对光伏阵列放电,以避免反向电流损坏光伏阵列。
离网型光伏发电系统主要应用于远离公共电网的无电地区[2]或容量较小(一般不超过几百瓦)的户用光伏系统[1]。
2.2 并网型光伏发电系统
并网型光伏发电系统与公共电网相联接,其典型结构示意图如图5所示。
图5中,实现MPPT的前级DC/DC变换控制与实现逆变、并网控制的后级DC/AC PWM控制独立,降低了后级逆变器并网工作与光伏阵列输出功率的相互影响,在提高太阳能利用率的同时,提高并网电流品质[12]。
并网型光伏发电系统具有太阳能利用率高、可省略蓄电池储能环节、发电成本较独立型光伏发电显著降低等优点[10],其是光伏发电技术发展的趋势,主要有大型联网光伏电站和住宅联网型光伏系统两大类,其中,光伏系统与建筑相结合(BAPV)的住宅屋顶联网型光伏系统已成为光伏产业的一个热点[2,4]。
并网型光伏发电系统的关键技术包括光伏阵列MPPT、逆变、并网控制、并网保护及孤岛效应检测等[1,11,12]。
3 光伏发电技术的发展趋势
光伏发电技术研究始于1839年“光伏效应”的发现。1954年, G. Pearson 等开发出光电转换效率为6%的单晶硅光伏电池,其为现代晶体硅光伏电池的雏形。目前,高效晶体硅光伏电池和各类薄膜光伏电池是世界光伏产业的热点之一[1,2,3]。
在光伏发电技术开发之初的20世纪70年代,由于制造成本高,光伏发电仅用于人造卫星、海岛灯塔等场所,1976年全球光伏电池 年产量仅几百千瓦[2]。20世纪80年代以来,随着光伏电池技术的不断进步、成本不断降低(2003年,国际市场光伏模块的售价已降至2.5～3美元/瓦;2008年,美国First Solar公司CdTe薄膜光伏电池成本为1美元/瓦),光伏产业迅猛发展, 1997年全球光伏电池年产量为163.3MW,2007年则增至3733MW[1,2]。近年来,世界光伏产业以每年超过30%的速度递增,成为发展速度最快的行业之一。到2009年底,全球光伏发电装机容量累计达2300万千瓦,当年新增装机约为700万千瓦[6]。
近年来,并网光伏发电的应用比例快速增长,已成为光伏发电的主导市场。1996年,并网光伏系统比例仅为7.9%,而2007年则增加至80%左右。目前,光伏与建筑相结合的分布式并网系统市场份额远大于大型联网光伏电站;而大型联网光伏电站是可再生能源发电的重要发展方向,其容量可达MW或GW级,所发电能可直接并入高压电网[7,11]。据国际能源组织(IEA)预测[13]:2020年世界光伏发电的发电量占总发电量的1%,2040年则占总发电量的20%。
我国对光伏电池的研究始于1958年。20世纪80年代以前,光伏电池年产量一直低于10kW。进入21世纪以来,我国光伏产业的生产能力快速扩大,2000年光伏电池年产量猛增至3MW;2007年,成为世界最大的光伏电池生产国,占世界总产量的27.2%;2008年产量达2000MWP,仍居世界第一[15]。2007年,无锡尚德位居世界光伏电池生产厂产量第3。2007年,我国光伏发电装机容量累计达10万千瓦;2008年约为15万千瓦;2009年则增为31万千瓦。目前,我国光伏发电系统主要为离网型,今后将逐步向并网型光伏发电系统方向发展。据《可再生能源中长期规划》,到2020年全国建成2万个屋顶光伏发电项目,总容量100万千瓦[2]。
综观世界光伏发电技术几十年来的发展历程,呈现出如下发展趋势[1,2,13,14,15,16,17]:晶体硅光伏电池光电转换效率和生产技术水平持续提高; 随着晶体硅光伏电池的硅片厚度不断降低,硅材料消耗不断减小,光伏电池生产成本大幅降低; CdTe、非晶硅、CIS等薄膜光伏电池已逐步进入市场,随着薄膜光伏电池技术不断进步,薄膜光伏电池的市场份额将快速增长;多晶硅薄膜光伏电池的光电转换效率不断接近晶体硅光伏电池,成本远低于晶体硅光伏电池,发展前景广阔;叠层、量子点、多能带、热光伏、多载流子光伏电池等方兴未艾的新一代光伏电池将克服第一代硅光伏电池成本高、第二代非晶硅等薄膜光伏电池光电转换效率低的局限,且有原材料丰富、无毒等优点;光伏发电产业专用设备和仪器制造技术不断进步,光伏电池生产规模及生产能力快速增长,光伏模块价格大幅降低;并网型光伏发电的应用比例不断增加,逐步成为光伏发电的主流, 光伏系统与建筑相结合的太阳能建筑逐步进入商品化生产时期。
尽管与传统发电方式相比,目前光伏发电的成本仍偏高,尚不具备大规模商业开发的条件,但以太阳能为主体的新能源将成为21世纪世界能源供应的主体,可以预测随着光伏产业的快速发展,光伏发电的成本将不断下降并逐步逼近传统发电成本的水平,从而成为具备竞争能力的可再生能源[13]。
光伏并网发电 篇2
业务流程：
并网申请→供电局出接入方案→由施工单位出系统方案→施工单位工程施工→电网验收→并网发电 并网流程：
提出并网申请→电网收里并网申请→电网指定接入系统方案→电网确认接入系统方案→电网出具接网意见函→项目工程建设→向电网提出并网验收申请→电网受理并验收调试→电网安装电能计量装置→电网签定购售电合同→并网验收→并网运行→备案
办理需提供手续：
1)企业办理
2)企业法人、经办人居民身份证原件及复印件 3)法人授权委托书原件
4)企业法人营业执照/组织机构代码证、土地证、房产证原件及复印件等合法支持文件
5)省或市或县（区）级政府投资主管部门同意项目开展前期工作的批复（需核准项目）分布式电源项目接入申请表
6)项目前期工作相关资料 7)主要电器设备一览表 接入方案确定：
受理申请后，约定时间擦爱看接入条件，并在规定不期限答复接入系统方案，并在25个工作日内完成提供接入方案。分布式发电项目主体工程和接入系统工程竣工后，项目单位（业主）向所在地供电公司提出并网验收和并网调试申请，供电公司自受理申请起10个工作日内完成关口电能计量装置安装服务，并网运行，并签收购售电、并网发电在系统完成后，电力部门将在10个工作日内完成验收和调试工作。电力部门在并网及后续服务中，不得收取任何服务费用，电力部门向政府能源主管部门进行备案。
1、投资方可先向当地电网公司了解和提出并网意向，并填写申请光伏并网表格，并网表格可由当地电网公司提供协助，投资方是以居民个人申请的，还需提供本人身份证原件以及复印件、户口本、房产证等证件；投资方最好事先就向电网企业咨询，了解清楚。、如以居民个人申请的项目占据的是小区公共空间，还需要提供申请人及其所在单元所有住户的书面签字证明（包括所有参与人的签名、电话、身份证号）以及所在小区物业、业主委员会同意的证明，并由其所在社区居委会盖章。
3、当电网公司接受你的申请后，会安排工作人员上门现场勘察，做一套接入系统方案；如你所在区域的电源点（多少KVWV电压）、电网企业会按你所在申请区域的电网、电压、进行编制接入方案，方案完成后，投资业主尽快把电网公司编制的接入方案交给我光伏生产厂家进行评估，有异议光伏厂家会及时提出与电网公司沟通，双方最终确定并网方案。
4、光伏厂家接到最终确定方案后，会按电网公司编制接入的方案，和投资方的要求进行光伏并网设备设计生产，光伏发电厂家并会到并网的地点进行场地勘察、做统一规格的组件，根据项目容量选择匹配逆变器、控制器、防雷器、汇流箱、电箱、计量装置、连接导线、支撑安装的水泥墩、三角支架等基础设施。
5、提出并网申请受理后，电网公司会派人上门安装电表、和用户签并网合同，并进行并网调试。“从并网申请到并网调试、安装计量装置，所有这些电力公司提供的服务都是免费的，国家电网公司承诺整个流程在45个工作日内完成。同时电 网公司会免费为用户安装一个可顺逆转的电流计量表，（或两个顺转电流计量表，一块是计算光伏电站的发电量，另一块是计用户用电量电表）即用户自己用电和卖到电网的电量计量电表。这样用户可以直观的看到自己每天的发电量、用电情 况以及输送到电网上的电量情况信息。
6、在工程建设过程中，施工设备质量、接入、输出、相关参数等，光伏发电厂家都必须按照电网公司编写的接入方案执行，防止不附合电网公司接入要求，发生停工，返工的现象。
7、投资方在填写申请调试验收的申请表时，可请求电网企业协助填写。
8、目前家庭安装并网电站的想盈利投资的，至少需要投入数十万元、到数百万、数千万元才会有可观收益。如果单是自家用电，作为行业人士建议，做离网系统就可以了，不必做并网发电，因为够自家用就可以了，也没有多余的电卖，不必做并网发电，这样可免去电网企业的繁琐流程，相对投入成本也小得多。而且离网发电技术成熟，设计更先进，现在设计的离网发电都有市电互补的了，也就是说有太阳能电，优先使用太阳能电，太阳能没电了自动转换使用电网电，这也是离网发电，不是并网发电，所以大家要弄清楚，不要以为和电网串联就是并网发电了啊。
9、了解并网发电后，如果真正要做，我们要收到电网公司的接入方案后才能做详细报价的，不然，只能给你笼络报价。
光伏发电并网运行应用的研究 篇3
太阳能发电是传统发电形式的补充形式，但是，太阳能发电其优势要远远超出传统发电，太阳能属于可再生能源，清洁无污染，在保护自然环境、维护生态平衡中发挥着至关重要的作用。我国目前正在加大对光伏发电并网运行的支持力度。众所周知，光伏发电，可以灵活选择功率，维护工作也非常简单，拆卸也更加方便，光伏发电系统的应用领域不断得到拓展。我们当前需要的是正视光伏发电并网运行应用中存在的问题，并且及时改善和优化控制策略，全面提升光伏发电并网运行的稳定性。以下是我结合自己的工作实践，提出自己的几点拙见。
关于光伏发电并网运行的分析
光伏发电得以并网运行，是需要必要条件的，那就是必须要保证逆变器所输出的电流相位、频率和整个电网电压的相位、频率是有着高度的一致性的。在现阶段的光伏发电系统中，并网形式主要有两种：一是分散式的光伏发电并网运行形式，二是集中式的光伏发电并网运行形式。我将就集中式的光伏发电并网运行形式进行深入的分析：
之所以单独提出集中式的光伏发电并网运行形式，其原因就在于这种并网形式有着一个非常重要的优势，它能够直接将电能传送到大电网当中，而且还可以根据大电网的调度来传输和使用电能。大电网和集中式光伏发电，二者之间是单向的电能传输，其原理是将逆变器380v交流电连接到升压之前的母线之上，在此基础上升压入电网，这样整个系统的升压比为0.4/10.5kv，集中式光伏发电并网运行系统的应用范围是比较大或者大型的电站并网上面。
光伏发电并网运行系统的发电量
电池的安装方向。通常情况下，电池的朝向不同，发电量也会存在着不同，我建议，将光伏电池安装在向南倾斜纬度角的位置上面，其他位置的发电量都会存在着不同程度的减少。
电池升温。经过科学的研究表明，光伏电池一般由晶体硅构成，以27度为基础，每上升1度，功率就会损失5%左右，所以，我们必须要将光伏电池的通风问题考虑到位，切忌因为温度的问题而降低了光伏电池的发电功率。
辐射量。众所周知，太阳光子的分布是存在着非常大的不确定型的，这就会产生一个非常严重的现象，那就是在不同的时间段，光伏发电系统当中的光伏电池组所接受的太阳辐射是不同的，这对于我们的工作来说是一个非常大的阻碍因素，我们必须要严格根据光伏电池组的倾斜角度，再配合气象台提供的水平面上的辐射量来进行科学的估算，但是，其精准性还是难以得到有效的把控。
光伏发电并网运行在实际的应用过程中出现的问题分析
谐波。光伏发电的并网逆变器在电能的转化过程中会产生非常大量的谐波，这就要求我们在其技术的实际应用过程中必须要进行科学合理的监测，这样做的目的在于此系统在运行过程中能够控制好畸变率，在光伏发电并网运行的过程中，一旦将直流电并入到电网，可能其产生的畸变率还处于国家电网标准中所规定的允许范围，但是，我们需要注意的是电压在变入电流时会因为接入点的原因而产生非常多的谐波，渐渐地，畸变率越来越高，最终超出电网标准规定中的上限，因此，我们在使用该项技术时必须要做好监测工作。
电压波動。我们都知道，光照强度是影响光伏发电系统的输出功率的重要因素，不同季节、不同天气下光照强度是完全不同的，因此，必然会产生光伏发电输出功率不稳定的现象。在我国电网的相关技术原则中，有着非常明确的规定，一定要充分考虑清楚从电网中瞬间脱离会对系统电压产生什么样的影响，这必然会直接影响到光伏发电并网运行系统的使用周期、安全性能以及稳定性能。
影响到电网的控制。光伏电网有着非常显著的不稳定性，在配电网中接入光伏发电系统之后，电网中的电源点数必然会增加很多，但是这些电源点并不是均匀分布其中的，相反，它们会非常分散地分布其中，这就会大大增加协调和控制电源的难度，一些常规的电压和无功补偿方式很难再适用其中，所以，当光伏发电系统大规模地进入到配电网之后，对于配电网的整体控制能力来说会是一个非常大威胁因素。
如何全面提升光伏发电并网运行的发电效率
首先，纵观我国目前的发展情况，在我国太阳比较充足的城市和地区，太阳能光伏发电已经得到了非常广泛的引用，但是，对于我国而言，太阳能光伏发电项目还属于一个新兴产业，这也就意味着我们必须要为此投入更多的时间、精力、财力和人力，专门去研究关于太阳能电池板的新材料，借助太阳能电池板来推动光伏发电效率的提升。
然后，在投入资源的基础上，我们还需要继续加大太阳能电池板本身阵列的优化研究力度，从太阳能电池板本身着手来提高太阳能光伏发电系统的发电效率。
最后，我们必须要高度重视起此项目的重要价值和意义，加大推广力度，更加积极地投入到光伏发电并网运行技术的研究工作当中，为我国光伏发电事业贡献自己的一份力量。
光伏并网发电模拟装置(2) 篇4
一、方案论证与比较
太阳能电池板价格昂贵，且光电转换效率低，因此并网型光伏发电系统的效率、最大功率跟踪MPPT、输出电压/电流的THD、锁频锁相等性能为关键核心指标。根据设计任务要求，以上述指标为方案评估指标，论证系统关键的方案如下：
1. 光伏逆变器的SPWM控制波形产生方案评估
方案一：用分立器件电路产生，主要由三角波发生器、正弦波发生器和比较器组成，
但由于其电路复杂、灵活性差、抗干扰能力弱、调试困难等缺点，因此一般很少采用。
方案二：用专有集成芯片产生，虽然功能较强，输出波形质量较高，但是灵活性差、采用性能优良的控制方法能力差、成本较高，不适合小系统的设计需要。
方案三：用单片机或者数据信号处理器等数字控制器实现，目前许多单片机都具有产生SPWM波的功能。采用单片机具有电路简单可靠、灵活性好、可以采用性能优良的控制方法，而且方便实现系统状态监控、显示和处理，使整个系统控制非常方便。
鉴于上述分析，选用方案三。考虑到运算速度、性价比等因素, 采用dsPIC30F2010单片机作为系统微控制器, 该单片机嵌入DSP引擎, 具有一个高速的硬件乘法器, 拥有数字信号处理器的计算能力和数据吞吐能力, 指令执行速度可达30MIPS, 且性价比高, 适合作为该系统的核心控制器件。
2. SPWM控制方法及功率电路评估
方案一：单极性控制方式，该控制方式仅用到一对高频开关，相对于双极性逆变具有损耗低、电磁干扰少;但其控制方式较为复杂。
方案二：双极性控制方式，该控制方式电流谐波分量小、易于消除，且其控制方式简单得到广泛应用。虽然本发电模拟装置功率小，但由于全桥电路不存在半桥电路的中点电压可能不平衡问题(如果中点电压不平衡，将使逆变输出的正弦波有直流偏量)，所以功率电路采用全桥电路。
鉴于上述分析，选用方案二以及全桥功率电路。
根据论证的方案，设计的光伏发电模拟装置系统框图如图1所示。系统各模块的设计见第二部分。
二、系统各模块设计
1. DC/AC主电路
主回路拓扑选择全桥逆变电路，上桥壁两个管子的漏极端需要一个浮点电压，因此选择IR2110实现高端驱动。开关管可以选择Power-MOSFET或者IGBT，考虑到此设计的电压较低等原因采用Power-MOSFET。由于非阻性负载有无功功率回馈到输入侧，且功率场效应管体二极管性能差，全桥逆变电路的功率场效应管反并肖特基二极管来提高效率。主回路如图2所示。
全桥电路输出端为高频方波，为了得到正弦波需要经过LC低通滤波器进行滤波，设计其谐振频率为10～20倍的基波频率(截至频率为开关频率的1/10)，为减少输出功率的无功分量，滤波电容的电流不大于额定输出电流的1/5。满载时输出电流Io，则电容电流不能大于1/5Io, 滤波电容C为:
在滤波电容C设计基础上，根据滤波器截止频率以及电感电流纹波要求，设计输出滤波电感。
本设计采用双极性SPWM来驱动开关管。采用规则采样法实现SPWM波，如三角波两个正峰值之间为一个采样周期Tc见图3。在负峰值点处对正弦波进行采样得到D点，过点D做水平线与三角波交于A, B两点，在这两点处控制开关器件的通断。
设正弦调制信号波为
其中M为调制度，0
控制生成SPWM主要利用dsPIC30F2010上的电机控制PWM模块，此模块有3对互补的PWM输出，本设计使用PWM1H/L来产生互补PWM驱动信号，并利用此模块的死区发生器来产生死区时间。其数字实现流程图如图4所示。
2. MPPT控制策略及实现
在本题条件下对光伏电池进行模拟，要使得DC/AC逆变器具有最大功率点跟踪(MPPT)功能，就是要使得Ud=Us/2;利用电压跟随电路对直流稳压电源Us和输入电压值Ud同时进行精确采样，输入电压通过电阻R3、R5分压使得运放同相输入电压小于5V，电路如图5所示。
MPPT的实现：计算输入电压值Ud与Us/2的误差;将其误差转化为调制载波比的增量，对调制载波比采用增量式PI算法Δu (k) =u (k) -u (k-1) =Kp*[e (k) -e (k-1) ]+Ki*e (k) 进行调节;通过调节调制载波比来调节功率输出的大小来实现：当输出电压Ud>Us/2时，增大调制载波比，使输出电流增大，从而使Ud (Us-Id*Rs) 下降;当输出电压Ud
3. 数字锁相（同频、同相）控制策略及实现
本次设计用软件方式实现锁相，具体实现方法为：利用两个正弦电压过零检测电路将模拟电网电压的正弦参考基准信号和电流反馈正弦信号分别转换为与其同频同相的方波信号，再利用dsPIC30F2010单片机的输入捕捉功能分别对两个方波信号的下降沿双次捕捉后进行中断处理。图7为过零检测电路，由LM311构成滞回比较电路，电路中引入正反馈，滞回电压图8过零检测电路的电压传输特性, 输出的高电平幅值
(1)锁频的实现：利用单片机的IC2口对模拟电网电压对应的方波信号的两次下降沿进行捕获，在中断子程序中读取捕捉缓冲器中IC2BUF的值，计算相邻的两次值的时间为模拟电压正弦信号的周期，产生新的正弦输出周期，实现同频。
(2)锁相的实现：在程序里面有个作为逆变器正弦波输出计数点的指针sin_v_n，为了防止波形的畸变，可以在一定范围内通过连续改变sin_v_n的值来实现相位的调整。利用单片机的IC1、IC2口分别对模拟电网电压和电流反馈正弦信号对应的方波信号下降沿进行捕获，在中断子程序中读取捕捉缓冲器中并计算此时的相位偏移(IC1BUF_res ult2-IC2BUF_result1)，将其转化为指针sin_v_n同量级的误差，在以后的数个正弦周期里对指针sin_v_n进行微调整，直到消除相位偏移为止，从而实现输出正弦电压信号与模拟电网电压正弦信号的同相。
4. 保护电路
欠压保护：将Ud的采样值与设定的保护阈值比较，如果超过阈值，单片机停止输出SPWM，实现欠压保护。当欠压保护后，单片机将间隔5秒不断采样，如果欠压故障排除，则恢复工作，即采用打嗝方式保护。
过流保护：故障保护思想与欠压时相同，也是采用打嗝方式保护。
三、实验调试
根据前面分析，设计了硬件电路，并进行软件调试，主程序的流程图如图9所示。
通过实验调试，设计的系统绝大部分指标满足设计指标要求，模拟光伏电池的最大功率跟踪、在任何负载下相位差都小于5°，额定条件下输出电压THD为3.5%，效率为89.7%。阻感负载下基准正弦波和逆变器输出波形如图10所示。
在调试过程中，碰到的主要问题及解决方案：
(1)光伏发电装置的主要损耗有功率开关器件、滤波电感以及控制电路功耗。为提高系统效率，可采取选择合适的开关频率、性能优越的开关器件(通态电阻小、开关时间短)、增大滤波电感以减小电流纹波以及开关器件吸收电路。提高MPPT精度可以提高光伏电池利用率，即也提高效率。
(2)输出电压THD、锁相精度为光伏发电装置的关键核心指标;为降低THD值，可采用减小死区时间、合理设计LC低通滤波器以及提高开关频率;因为锁相是通过过零检测来实现的，过零点易受到干扰，为防止锁相被干扰，通过减小驱动电阻增加开关管的上升沿时间减少干扰，以及合理的PCB布线来减少对锁相电路的干扰。
四、小结
光伏发电核准请示 篇5
为落实×××ד以电为主，多元协同”，持续发展新能源战略，我公司积极推进××××风光同场20MWp光伏发电项目。项目于20XX年7月取得内蒙古自治区发展和改革委员会《关于××××光伏发电项目开展前期工作的通知》(内发改能源函„×××‟8×××号)，目前项目已取得全部支持性文件建设条件已全部落实，具备上报核准条件，现将项目基本情况报告如下:
一、项目单位情况
*****股份有限公司于20XX年在内蒙古地区设立的专业化全资子公司“*****风电开发有限公司”，归口*****公司管理,代表****在内蒙地区从事风电开发、建设、运营管理。截至20XX年共管理***个全资子公司，已经投入运行×××个风电项目******万千瓦。
二、项目名称及场址
****************风光同场20MWp光伏发电项目位于乌兰察布市**县*****镇*****风电场场址区域内。
三、太阳能资源
20XX年12月，****在卓资风电场1号升压站安装一台测光站进行测光。测光年总辐射量为****MJ/㎡，测光设备离****光伏项目直线距离约3公里。光伏电站所在地区太阳能资源属于“丰富”区，非常接近“很丰富”区。
四、建设规模
电站规划总规模为xxxMWp，分期建设。本期建设xxxMWp光伏发电项目，拟安装240Wp的多晶硅光伏组件，逆变器采用单机容量为500KW大型逆变器。
五、接入系统
本项目接入***升压站主变35KV侧，不新增主变及出线，可以大幅度降低项目造价，符合自治区发展风光同场政策。***风电场两期风电场均已投产，风电场所发电V风电场升压站至V220kV变送入蒙西电网，该线路导线型号为LGJ-2×240，额定输电容量约450MW。
六、投资概算及资金来源
项目总投资概算为工程动态投资：***万元，工程可行性研究暂按资本金占工程动态总投资的20%考虑。资本金以外建设资金考虑为银行融资，融资年利率按照现行商业银行长期贷款利率6.55%，还贷年限为，本金等额偿还。
七、经济和社会效益分析
该项目运营期限为25年，建成投产运营后年均上网电量31188554.62KWh。计算期内全部投资内部收益率(税后)为
8.42%，资本金内部收益率为12.76%，在计算期内全部投资回收期为11.。项目具有较强盈利能力、抗风险能力和偿债能力。
八、支持性文件
项目已经取得《内蒙古自治区太阳能电站建设指导意见》规定的全部支持性文件，具体是：
1、项目核准申请报告和可行性研究报告审定版;
2、内蒙古电力(集团)有限责任公司出具的《接入系统审查意见》;
3、国土资源厅出具的《土地预审意见》(内国土资函【20XX】***号)和《关于****************风光同场2OMWp光伏发电工程建设项目拟选址用地范围内不压覆己查明重要矿产资源的函》(内国土资函【20XX】***号);
光伏并网发电 篇6
【关键词】光伏发电；并网逆变器；SPWM；MPPT；孤岛检测
1.概述
太阳能光伏发电分为独立发电系统和并网发电系统，不论哪种系统，都是通常由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，辅以保护电路和辅助电源等，其中并网逆变器是系统的核心。其系统组成框图如图1所示。
由图1可见，光伏并网发电系统是利用太阳能电池板将太阳能转化为直流电能，再利用并网逆变器的受控电流源特性，将直流电转换成符合市电电网要求的交流电后直接接入公共电网。近年来，户式小型并网光伏系统由于投资小、建设快、占地面积小等优点，加上国家政策的大力支持，将成为并网光伏发电的主流。
2.逆变主电路的设计
在光伏并网系统中，并网逆变器是核心部分。要求将太阳能电池板发出的直流电逆变成交流电，而且在负载和日照变化幅度较大的情况下能够高效运行，同时使光伏方阵工作在最大功率点附近，并且体积小、可靠性高等。
本系统采用的是典型的电压源电流控制的单相光伏全桥并网逆变电路。整个系统能量的变换及传递过程，是利用智能型功率模块（IPM）构成的并网逆变器路来实现的，.IPM不仅把驱动电路和功率开关器件集成在一起，而且还内藏有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成，拥有自保护功能，IPM一般使用IGBT作为功率开关元件，特点是高可靠性，使用方便。
为了减小输出谐波，逆变器采用正弦波脉宽调制（SPWM），如图2所示，即主电路逆变桥的对管是互补高频开通和关断的。逆变器输出和电网之间的电感L004，主要用途是滤除高次谐波电流，平衡逆变器和电网基波之间的电压差，是整个系统控制策略的关键。经过交流侧滤波后，通过控制逆变器的输出电流频率和相位跟踪电网电压的频率和相位，幅值保持正弦波输出，即可达到并网运行的目的。直流侧电容不仅可以稳定太阳能电池阵列电压，缓解并网系统中太阳能电池和电网的能量交换，还可以抑制直流侧谐波电压。功率器件组成是Q1～Q4逆变桥，D1～D4是对应的反并联二极管，LEM是霍尔传感器，采集交流输出电流信号送到控制电路；交流侧电感用以滤除高频谐波电流，保证并网电流品质。
本系统采用日本富士公司生产的智能功率模块6MBP50RA060A设计光伏并网发电系统的逆变主电路。将太阳能输出的直流电压逆变成110V的正弦交流电压，然后通过隔离变压器既能将110V电压升压为220V的标准正弦交流电压，又可以利用隔离变压器实现了抑制高次谐波成分。
3.光伏并网系统的控制电路设计
在控制电路的设计中，利用TI公司生产的高速的数字信号处理器TMS320LF2407 DSP，它们具有硬件集成度高、保护功能强大、性能可靠等特点，大大地简化了并网发电装置的硬件电路，降低了生产成本，符合设计理念，同时提高了装置运行的可靠性。周围附加辅助电源、过零检测电路、采样调理电路实现并网运行。
在控制电路中的一个关键技术是最大功率点跟踪（MPPT），它的目的是使太阳电池阵列始终工作在最大功率点电压，使太阳电池阵列始终能保持最大的功率输出，这对于提高系统的整体转换效率有至关重要的作用。本系统采用导纳增量法的控制方法完成最大功率跟踪器的功能。原理是根据太阳能电池的输出功率对电压微分在最大功率点必然是零这一原则。这种微分控制法，可以不考虑太阳能电池的温度变化和幅射强度对控制的直接影响。把导出的非线性状态方程经线性化处理后，将检测出的太阳能电池的输出功率和电压值代入求解，计算其微分及误差，然后根据误差结果通过自动控制使上述微分值始终趋向和保持为零。由此可见，高精度、快速地求得太阳能电池的输出功率对电压的微分是问题的关键所在。从对状态方程的分析，得出了改变PWM波的占空比就可以改变太阳能电池的输出电压的结论，然后利用太阳能电池在最大功率点的输出功率对电压微分是零进行控制。
4.系统的软件设计
本系统中采用数字化SPWM控制方式，并网工作的基本过程主要由TMS320LF2407芯片的捕捉中断（CAPINT）和PWM载波周期的定时中断完成。电网电压产生的过零脉冲信号加至TMS320LF2407的捕捉中断输入口CAP1上，以此时间点作为基准给定正弦波信号的时间起点，同时根据目前PWM的实际脉宽值与理论脉宽值修正载波周期，从而使并网系统的并网输出电流与电网电压保持同频、同相。
另外系统还要实现反孤岛效应检测功能。所谓孤岛效应，指当电力公司的供电，因故障事故或停电维修而跳脱时，各个用户端的太阳能并网发电系统未能即时检测出停电状态而将自身切离市电网路，而形成由太阳能并网发电系统和周围的负载形成的一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛。一般来说，孤岛效应可能对整个配电系统设备及用户端的设备造成不利的影响。本系统是通过检测电网电压和电网电流反馈信号来判断电网是否失电，并利用系統软硬件所规定的电网电压的过（欠）电压保护设置点及过（欠）频率保护设置点来检测电网断电，从而防止孤岛效应。
5.结语
通过对仿真结果的分析，该控制系统能确保逆变电源的输出功率因数接近1，输出电流为正弦波形。系统的输出正弦交流电压幅值在220V±20V范围内，频率在50±0.1Hz范围内。同时，逆变器输出并网电流顺利跟踪了电网电压，谐波含量小，系统具有较好工作稳定性，动态响应快，工作效率高等优点。当然，在降低功耗和继续降低成本方面本设计还存在一些不足。
参考文献
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光伏并网发电逆变技术研究 篇7
关键词：光伏,并网,发电,逆变技术
常规能源具有不可再生性,而现代工业发展又需要大量能源,因此,新能源就成为重点开发对象,在诸多的新能源中,太阳能备受青睐,它不仅满足了可持续发展需要,其清洁环保性能也十分良好。要发挥太阳能的作用,应发挥自然能源的作用,构建新型光伏站,以便为人民提供生产生活所需要的电能。
1光伏并网发电逆变技术
对于太阳能的光伏并网逆变来说,逆变器是串联光伏阵列模块与电网的重要部件,其主要作用是控制光伏阵列模块,加强最大功率点在电网电流中的作用。一般来讲,在应用光伏并网发电逆变设备的过程中,应根据应用方式与范围的不同可以划分为3种类型:首先,服务于大型电站的集中式逆变器;其次,服务于组件支路的逆变器;最后,与光伏组件共同构成的交流模块[1]。对于集中式逆变器来说,多被应用到大型光伏电站中,并应用了数字信号处理器,以便更好的改善并网波形,之所以要应用该逆变器主要是由于其效率较高,所需投入较少,但有时也会因一些光伏组件无法接受阳光照射,而出现组件与逆变器不相映衬的情况,在影响了光伏发电站可靠性的同时,也不利于光伏发电站的正常运转。而支路式并网逆变器与组件逆变器则不会出现这些情况,并一度成为应用最广泛的系统。
2光伏并网技术
所谓的光伏并网逆变技术,实际上就是无源逆变技术,无源逆变技术多独立于电网系统外。随着能源供应的减少,环境保护问题越来越突出,可再生能源发电系统的应用范围也在扩大,尤其是并网发电系统的应用,不仅降低了造价成本,还减少了不必要的损耗,提高了蓄电池使用年限,使得环境质量逐渐改善。通常情况下,光伏发电系统多被应用到缺电或少电地区,主要是为居民提供日常生活所需的电能,随着社会发展,并网发电技术的应用也逐渐扩大,这对促进太阳能光伏发电发展具有重要意义。
光伏发电并网在运行的过程中,主要构成部分为逆变器输出电压、电网电压、电阻以及串联电感等,为确保回馈功率因素一致,就要加强回馈,保证回馈电流与相位具有一致性,并将电网电压作为基本参考[2]。对于光伏并网发电系统来说,应控制好电网所处相位,适当降低其频率,通过这样的方式就可以控制好逆变器,保证电流与电压无论是在相位上还是在频率上都保持在同一位置,这也是做好同步锁相的关键,这样不仅会减少对设备的冲击,还可以延长设备使用周期,避免发生设备损坏的情况。因此,在这一过程中,应将TI企业所生产的信号处理器应用其中,适当缩减其体积,降低功耗,提高其可靠性,只有这样才能使其控制好PWM信号,构成锁相环,在应用锁相环的过程中,应确定好信号与频率,落实好相位,发挥锁相环作用,并在该技术的作用下完成信号输出与控制。
在输出信号的过程中,可以用倍频器整实现倍频整数与分数,确定好两者之间的差异,尤其是环路滤波器在其中的应用,不仅能够降低低通特征,还可以减少电压信号与高频信号所带来的不利影响,并在电压与频率的作用下完成变换,这也就成为锁相中一份十分重要的组成部分。如果出现特殊情况,就要适当控制好倍频器,保证输出信号和输入信号完整,获得必要锁相。
通常情况下,锁相有2种:一种是模拟锁相,另一种是数字锁相,在这些锁相中,可以根据锁相性能划分为3个指标,分别为锁相范围、速度以及稳定性[3]。对于传统模拟锁相来说,其电路构造较为复杂,经常需要调整参数,温度也存在较大流动性,缺乏一定的精度,针对这种情况,就需要将数字锁相应用其中,只有这样才能弥补传统锁相中存在的不足,不仅可以有利于控制,还可以促进装置升级,同时也可以完成在线修改,在提高可靠性的同时,也有利于维护,满足现代科技发展需要。
3光伏逆变技术
对于光伏发电系统来说,最明显的不足就是最初阶段需要大量资金投入,且对成本要求较高,所以这就需要强化光伏性能,降低造价成本,以便为光电转换奠定基础,同时也要缩减光伏发电所出现的损耗,强化运行效率,只有这样才能实现合理配置,选择合适的设备[4]。由此可见,逆变器也就成为了实现光伏并网发电的主要设备,因此,有必要强化发电效率,缩减投入成本。对于光伏并网发电系统来说,其主要构成部分为阵列模块、控制设备与逆变器,其中,逆变器是将其余两者联系在一起的重点部件,更是强化控制的关键。
为保证光伏并网逆变器可以和电网连接在一起,就要将电网电能质量放在首位,减少光伏并网系统所带来的污染,这就要求逆变器能够将最真实的正弦波显示出来,通常情况下,对波形失真度影响最大的就是逆变器开关的使用次数,所以,在这一过程中,应将高速DSP处理器应用其中,进而强化并网逆变器开关性能。同时,在设计逆变器的过程中,应尽量缩小其体积,提高其可靠性,尤其是对于应用到家庭中的光伏系统,应将逆变器安装到室内或墙壁上,这也就决定了其体积与质量都要受到限制,此外,为保证高利用率,应适当增强整机可靠性,并将太阳能电池使用寿命控制在20年以上,这样就可以控制好配套设备的使用寿命,使其始终处于良性运行状态。
为保证逆变器能够安全稳定运行,可以将SPWM技术应用到逆变器中,以便控制好电压与电流。对于SPWM来说,拥有PWM控制技术,它的主要作用就是调整脉冲宽度,以便获得有利波形。一般来讲,可以将SPWM分为2种调制,一种为单极性,另一种为双极性,双极性波形的相位始终处于互补状态,这也就常说的双极性控制[5]。此外,在设计逆变电路设计的过程中,还要加强电路保护,保证输出交流电高于电网电压,设计好输出电流最高瓦数,一旦发现高于6 000W的情况,系统应自动立即停止工作,通过这样的方式减少不必要的损失,以便为促进经济发展奠定基础,这也是确保逆变器安全运行最重要的工作。
4结论
经济的快速发展带动了科技进步,人们对电能的需求也在增多,因此,太阳能光伏发电设备的数量也在不断增多,为优化光伏发电系统,保证光伏并网发电逆变技术能够发挥应用作用,还需要在现有技术基础上进行创新,设计好合适的逆变方法,只有这样才能为光伏电网逆变技术的进一步发展奠定基础。
参考文献
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风力发电和光伏发电并网问题探究 篇8
1 风力发电和光伏发电并网过程中所存在的问题
我国风力发电和光伏发电的起步较晚, 但是发展迅速。据统计:截至2012年底, 风电累计核准10670万千瓦, 装机容量7021万千瓦, 并网容量6266万千瓦。2014年我国光伏发电累计并网装机容量2805万千瓦, 同比增长60%, 其中, 光伏电站2338万千瓦, 分布式467万千瓦。光伏年发电量约250亿千瓦时, 同比增长超过200%。由此, 我们可以知道, 我国风力发电和光伏发电的发展是非常迅速的, 但同时, 其在并网的过程中也存在着很多的问题, 具体有以下几点:
1.1 极易产生孤岛效应
电力企业出于维修或者出现故障时导致电力出现中断, 但是用户端的发电系统又无法及时的对这种停电行为进行检测, 导致自身切离市电网络, 进而引起周围的风力及光伏发电网络脱离电力企业形成一个孤岛, 称之为孤岛效应。这种效应会随着电力发电量的增大而增大, 当出现这种孤岛效应时, 会给电力企业的线路维修和及其工作人员造成很大的威胁, 影响配电系统中的保护开关动作程度, 损害系统设备。
1.2 缺乏可靠性
风力及光伏发电在实际应用的过程中还存在着很大的不可靠性。这对于两种发电方式影响最大就是风速会根据天气的变化而影响风力发电, 以及光照会根据天气以及季节的变化而影响光伏发电, 从而造成这两种发电方式电压变化大, 很难控制和预测。除此之外, 还有一些其他的因素, 影响这两种发电方式的可靠性。例如:如果电力系统出现停电情况, 就会导致风力和光伏发电工作暂停, 无法保证供电工作的可靠性;同时, 如果这两种发电方式的继电保护方面没有很好的落实, 就会很容易导致继电保护出现误动作的情况, 影响发电工作的可靠性;另外, 在发电安装环节, 如果没有选择好安装的连接方式和安装地点, 会对整个系统的可靠性产生影响。
1.3 并网效益问题
在风力发电和光伏发电并网之后, 会将配网中的原有部分设备变成备用或者闲置状态, 比如这两种发电方式运行过程中与配电系统相连接的电缆线路以及配电变压器往往会由于自身所具备的负荷情况较小而出现轻载的情况, 从而导致配电设备成为这两种新能源发电方式的备用设备, 造成整个配电网的成本增加, 降低了电网经济效益。
2 应对风力发电和光伏发电并网问题的具体解决措施
针对上述风力发电和光伏发电存在的问题, 下面是笔者结合自身的工作实践提出的一些应对解决措施, 具体有以下几点:
2.1 加强对风力发电和光伏发电系统与电网共同作用的机理研究
风力发电和光伏发电并网连接之后, 其对于电网系统的运行特性有着是较大的影响, 其具体作用也是十分复杂的, 对于这种情况需要通过全新的方式对影响情况进行分析, 同时通过全新的分析方式对配电系统的稳定性和同电网之间的影响进行研究, 以通过这种形势来找到主网和微网之间的区别和各自的发展方式。
2.2 加强对新型配电系统方式的研究
在掌握风力发电和光伏发电并网所具有的特点后, 就需要对配电系统的方法以及规划理论进行一定的研究。第一步需要做的就是找出风力发电以及光伏发电的电源的优化位置、容量以及选址情况, 并在此基础上进一步对风力发电及光伏发电的控制方式和并网方式以及接入位置等进行相应的研究并更好分析电网对于电压波动以及电压谐波所产生的影响。
2.3 对于风力发电及光伏发电电网运行的控制设备及技术
对于风力及光伏发电系统来说, 其通过微网接入到系统之中, 会以一种非常彻底的方式对系统故障原有的特征进行改变, , 也使得在电网出现故障时原有的故障检测方法以及保护措施也会受到较大的影响, 对此我们就需要根据实际情况不断地加强电网保护的方式和技术。以确保当整个电网系统出现故障时, 并网分布式电源一般会与主网断开, 并能够继续以独立运行的方式向本地进行供电。
3 结束语
电力资源是目前我国社会与经济发展过程中一个非常重要的资源, 而风力发电以及光伏发电更是保障我国电力事业发展, 保护我国环境能源安全的一个有效方式, 需要我们加以充分重视。当前, 我国在风力发电及光伏发电的并网方面还存在着很多的问题, 需要我们加强这方面的研究和投入, 以新知识和新技术的应用来应对这些问题, 促进风力及光伏发电的发展。
摘要：随着我国社会和经济的快速发展, 我国的能源问题也变得日益严峻, 面临的能源压力也逐渐增大。大力开发新能源和可再生能源是解决我国能源问题的一个重要举措, 伴随着我国经济实力的增强和科学技术水平的提高, 我国的电力能源方面取得了巨大的发展, 其中风力发电和光伏发电作为新能源、新技术也有了较大的发展, 但是, 这两种能源与常规使用能源相比有着很大的差异性和特殊性, 导致在实际调度中存在很大困难, 在并网的过程中也出现很多的问题。本文从风力发电和光伏发电并网过程中所存在的问题出发, 详细探讨了风力发电和光伏发电并网问题的解决措施, 以期促进我国风力发电和光伏发电的发展, 改善我国的能源结构。
关键词：能源问题,风力发电,光伏发电,并网
参考文献
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光伏并网发电 篇9
太阳能光伏电池所发出的电能是随太阳光辐照度、环境温度、负载等变化而变化的不稳定直流电,是难以满足用电负载对电源品质要求的“粗电”[1],为此需要应用电力电子变流技术对其进行直流-直流(DC-DC)或直流-交流(DC-AC)变换,以获得稳定的高品质直流电或交流电供给负载或电网,如图1所示。
众所周知,电力电子电路功率变换技术是和电力电子器件同步发展的[2]。1957年硅晶闸管(SCR)问世,标志着以半控型电力电子器件(SCR)为主的传统电力电子技术形成;而自20世纪80年代以来,以全控型电力电子器件(GTO,GTR,功率MOSFET,IGBT,MOS场控晶闸管(MCT),集成门极换流可关断晶闸管(IGCT))及功率集成电路为主的现代电力电子技术发展尤为迅速,DC-DC变换(降压、升压、降压-升压、升压-降压)电路拓扑、DC-AC变换(逆变)控制技术(SPWM,SVPWM)及逆变器多电平、多重化技术均得到长足发展。
事实上,电力电子功率变换器及其控制技术是实现光伏发电系统能够理想地向负载或电网提供电力这一最终目标的重要物质基础之一。
本文阐述了光伏直流变换电路、光伏逆变电路的的基本结构和工作原理,综述了光伏发电系统中电力电子变流技术的发展现状及发展趋势。
1 光伏直流变换电路
光伏电池是一种输出特性迥异于常规电源的直流电源,对电压接受型负载(如蓄电池)、电流接受型(如永磁直流电动机)、纯阻性负载3种不同类型的负载,其匹配特性也迥然相异[3]。随着天气(辐照度、温度)变化,实时调整负载的伏安特性使其相交于光伏电池伏安特性的最大功率输出点处,降低负载失配功率损失,实现“最大功率点跟踪(MPPT)”是光伏直流变换电路的主要功能之一。
光伏直流变换电路主要有脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)两种方法,其中,PWM为常用控制方法。光伏直流变换器主电路分直接变换(直流斩波器,无变压器隔离)和间接变换(开关电源型DC/DC变换器,有变压器隔离)两大类[1],如表1。
Buck(降压)、Boost(升压)主电路是最基本的变换器拓扑,由此可派生出多种组合结构。表1所列4种直流斩波器的输入输出的一根线均是共用的,故统称为“三端开关式稳压器”[4]。
带高频变压器隔离的多种间接变换器拓扑分别派生于各基本DC-DC变换器,亦称为直-交-直变换器,其克服了直流斩波器输入输出不隔离、输入输出电压或电流比受限制、不能实现多路输出的局限,常用于直流光伏输电线路、逆变器和负荷间的电压匹配变换等场合。表1中的全桥、半桥、正激、推挽变换器是基于Buck的隔离变换器拓扑;反激式变换器则是Buck- Boost变换器的隔离方案。
2 光伏逆变电路
“逆变”是将直流电变换为极性周期改变的交流电,其为“整流”的“逆向”过程。逆变电路有多种分类方法[1,2,3]:按直流侧滤波器,分为电压源型(采用大电容滤波)和电流源型(采用大电感滤波);按主电路拓扑,分为推挽、桥式(全桥、半桥)、组合式、多电平逆变器;按输出电压波形要求,分为方波、阶梯波、正弦波逆变器。
离网型光伏发电系统中的逆变器多采用电压源型逆变器。随着全控型电力电子器件和脉宽调制技术的进步,采用桥式主电路、以标准正弦波作为PWM调制波的正弦脉宽调制(SPWM)技术是目前应用最广泛的电压源逆变器控制技术,为了使逆变器输出电压滤波后尽量正弦化,出现了选择性消谐波等优化的PWM技术[2]。在此基础上,进一步出现了以控制输出电流正弦化为目标的电流瞬时值滞环跟踪PWM控制技术和针对三相桥式电压型逆变器的电压空间矢量PWM(SVPWM)技术。SVPWM具有直流电压利用率高、动态响应快、开关损耗低、输出电压波形的总谐波畸变率低等优点[5],在三相电压型逆变器控制中的应用日益广泛。
2.1 离网型光伏发电逆变电路
离网型光伏发电逆变电路一般采用电压源型逆变器。图6为单相全桥电压源型逆变器结构示意图。
图6中,CS为直流侧滤波电容,L1、C1为交流输出滤波器,T为变压器。
离网型三相光伏发电系统中的逆变器主要有两种形式[5]:其一,采用图6所示的三个单相全桥逆变器组合(例如并联)为三相电压源逆变器,其存在元器件多、成本高、体积大的缺点;其二,采用图7所示的三相半桥电压源型逆变器,其利用三桥臂构成的变换器取替三组单相全桥逆变器,具有结构简单、成本低、体积小的优点,应用广泛。
2.2 并网型光伏发电逆变电路
并网型光伏发电逆变电路的控制目标是使逆变器输出电压幅值、频率、相位与电网一致,输出电流波形谐波小,实现向电网无扰动平滑供电[6]。按功率级数,并网型光伏发电系统中的功率变换器有单级式、两级式两种结构,其中,单级式结构简单,无DC-DC环节,光伏阵列直接经逆变器并网,但电网与光伏发电系统直流母线间无能量解耦环节,使实现MPPT、逆变、并网控制的算法复杂;如图1(b)所示,两级式先通过前级的DC-DC变换实现MPPT,然后再经后级的DC-AC变换进行逆变、并网控制,两级控制可以解耦,控制算法较为简单易行。按逆变器输出与电网之间是否接有隔离变压器分为隔离型和非隔离型,隔离型不仅提高了安全性,且可通过选择隔离变压器变比调节电压变换范围,增大了直流母线电压的输入范围,故可根据场地要求进行光伏阵列优化设计[7]。图8为电压源型三相大功率并网逆变器的结构示意图。
3 光伏发电中电力电子技术的发展
3.1 光伏发电中的多电平逆变器
在交流大功率变换领域,常采用开关器件串/并联、多重化(功率变换装置串/并联)及多电平变换等技术以解决电力电子器件耐压与功率变换电压等级的矛盾,其中,多电平变换技术已成为研究热点[2]。传统的逆变器亦称为二电平逆变器,其在一个开关周期内逆变桥臂的相电压输出电平仅为二电平。多电平技术源于日本学者1981年提出的中点箝位型多电平逆变电路。目前,多电平逆变电路主要有二极管箝位型、电容箝位型和独立直流源级联型3种拓扑类型。
光伏阵列可灵活组合,故光伏并网系统易实现3电平和级联方式并网以改善并网电流波形[1]。为了解决阴影问题和光伏模块之间不匹配问题,一些学者提出采用二极管箝位型多电平逆变器、级联H桥型变换器实现独立控制每一个光伏模块,使其各自工作在最大功率点,从而提高系统效率,减少输出电压谐波[8]。
3.2Z源光伏并网逆变器
目前,应用中的并网型光伏发电逆变电路拓扑以电压源型逆变器为主。电压源型、电流源型逆变器存在的共同缺点为[9]:输出交流电压受到限制;桥臂开关器件的开关状态受限,均需加入相应死区时间。对传统逆变器直流侧的单级储能电路(并联电容或串联电感)采用如图9所示的Z源(阻抗源)储能网络替换,则构成“Z源逆变器”[9]。
由图9可见,Z源逆变器的直流侧储能电路是由电感、电容组成的对称交叉型阻抗源网络,其结合了传统电压源型、电流源型逆变器直流侧缓冲和储能电路的特点,从而满足了逆变电路桥臂可开路和短路的条件,克服了传统逆变器的局限。因Z源逆变器可靠性高、效率高、结构简单,且具有升降压变换功能,故在光伏发电系统中应用前景广阔。文献[10]提出基于Z源逆变器的单相离网型光伏发电系统的电流滞环跟踪控制策略,兼有电流瞬时值滞环跟踪PWM控制和Z源的优点。针对常规Z源光伏并网发电系统中,为实现升压,Z源储能网络中的电容电压需高于输入电压的问题,文献[11]在并网型光伏发电系统中引入串联型Z源逆变器,提高了系统的功率密度。
摘要：阐述了太阳能光伏发电系统中电力电子功率变换器的基本结构和工作原理,综述了国内外光伏发电系统中电力电子变流技术的发展现状及发展趋势。
关键词：电力电子技术,变换器,光伏发电系统
参考文献
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[3]王长贵,王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M].北京:化学工业出版社,2009,第2版.
[4]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社,1999,第1版.
[5]李畸勇.基于模糊控制的最大功率点跟踪三相光伏发电系统研究[D].河海大学博士学位论文,2010.
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[8]陈阿莲,王玮誉,董圣英,等.光伏发电系统中的多电平变换技术[J].电力电子技术,2010,6:34-36.
[9]单竹杰.Z源光伏并网逆变器的仿真分析及控制系统设计[D].东南大学硕士学位论文,2009.
[10]黄金军,郑建勇.基于电流滞环控制的Z源光伏独立发电系统[J].电力电子技术,2010,6:37-39.
光伏并网发电 篇10
近日, 连云港市首个“渔光互补”水上光伏电站正式并网发电, 预计每年上网电量可达1000多万千瓦时, 节约标煤3500吨, 相应减少二氧化碳排放9200吨。该水上光伏发电项目占地面积15万平方米, 4万多块太阳能光伏板架设在300亩鱼塘上方, 设计总装机容量8兆瓦, 总投资约1.2亿元。
短评:“渔光互补”这种新型光伏发电形式, 上层用于光伏发电, 下层用于水产养殖。只需将光伏面板支架立体布置于水面上方及鱼塘沿岸, 因此无需占用农业、工业、住宅用地。该光伏发电形式提高了单位面积土地经济价值, 在发电的同时不影响水产养殖, 具有“一地两用, 渔光互补”的特点, 实现了社会效益、经济效益和环境效益的共赢。
光伏并网发电 篇11
关键词：光伏发电；光伏并网；电能质量
中图分类号：TM615文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）20-0095-01
光伏发电作为一个新兴的发电市场，对于我国电能质量治理领域来讲有着极为重要的涵义，光伏发电是一种利用太阳能电池串联成太阳电池组件再配以功率控制器等部件，形成光伏发电装置将光能直接转化为电能的一种先进技术，在目前发电能源缺乏的情况之下，光伏发电将代替风力发电、潮汐发电、水能发电、煤炭发电及核能发电成为新兴的可再生发电形式。
1光伏发电带来的电能质量问题
随着近年来我国能源资源的不断减少，即将面临的资源枯竭问题日益严重，因而各行业各部门都在积极寻找新的可再生资源来维持生产生活活动，随着全球对太阳能的重视和不断研发，光伏发电技术得以快速发展，人们开始将光伏电源接入现有的电力系统之中，其通过大量的电力电子器件与传统的发电网路进行并联，不仅是对传统发电技术的一次重大冲击，也是现有电网的一次重大突破，现有的电网将会迎来许多新的电能质量问题，光伏发电并网所带来的电能质量问题将成为一个极具研究价值的新论点。光伏发电并网将会产生的电能质量问题主要有电压波动、闪变、谐波等，并且影响有功和无功潮流、频率控制等特性。要了解光伏发电并网所带来的电能质量问题，首先要明确影响太阳能发电的几个因素。
1.1影响太阳能发电的因素
太阳能虽然作为一种可再生且绿色环保的新型能源，但受到各方面因素的影响极不稳定，影响太阳能发电的因素很多，主要包括有周期性，即白天和黑夜的交替，太阳能发电的时间只停留在白天；阴雨雪天与晴天的交替也会影响到太阳能发电；光伏板上的灰尘，光伏板安装的位置以及角度，对其也有一定的影响；整个环境的温度亦是影响太阳能发电的一个因素。如在多云的天气中，太阳能发电受气温的影响较大，在气温急剧回升的10点到15点间，发电输出的功率会出现快速变化。
1.2逆变器控制方式的影响
要将光伏电源接入到现有的电网之中，并网所需的应用器材便是逆变器，逆变器的使用能有效地对光伏发电并入电网的质量品质进行控制，目前并网中逆变器的功率因素为0.99，是最大利用逆变器的容量和最大发电量。当然，逆变器的使用并不是十分完美的，在光伏电站装机容量增加之后，光伏发电的功率就会受到影响，从而出现波动现象，高功率因数的运行将对整个电网的稳定造成不可估量的威胁甚至破坏；另外，逆变器的安装使用还需要额外的无功来维持电压，这也是造成电能质量问题的又一因素。
逆变器的大规模安装及运行也会带来多台逆变器之间“孤岛保护”问题，PV容量相对于负载比例较小时，电压、频率会在电网消失之后快速减弱，从而使得孤岛得以准确地检查；但是当PV容量不断增加之后，就容易出现发电功率与负载基本平衡的状况，孤岛检测的时间会受此影响而不断延长，甚至可能出现孤岛检测失败的现象，这一现象在PV由多种类型的并网逆变器并入同一并网点时尤为明显，主要原因在于并入同一并网点各逆变器间的相互干扰过于强烈，就容易导致孤岛检测时间的延长甚至失败。
1.3大规模PV对配电网的影响
大规模PV的载入容易带来对系统电压形态、网损、电压闪变、谐波、电路元件热负荷、短路电流、频率控制、动态稳定等影响。PV的接入改变了电网潮流的方向，对于现有电网的规划、调度运行方式都产生了影响，并且在调度运行时，PV单元由于不具备自动调度的功能，因而不能够参与电网频率、电压的调整，在对加大电网控制和调度运行之上也产生了一定的难度。另外，随着太阳光照强度的变化，PV发电功率也会产生变化，也将对电网的负荷特性产生影响。
2可行的解决方案
光伏发电并网系统中电能质量问题的产生主要表现为稳定发电问题、无功问题、谐波问题和多类型并网逆变器的孤岛保护问题。光伏发电的发电功率取决于太阳的光照辐射量上，受气候环境的影响极大，因而具有不稳定和不确定性的特点；另外在逆变器功率因数超过0.99时，有功不变的情况下需要额外的无功进行电网频率和电压调节；并且受逆变器开关元件技术所限，并网之后的电流中将产生谐波电流并注入电网；多种类型逆变器接入同一并网中所产生的孤岛问题也将成为亟待解决的电能质量问题。另外，考虑到我国现目前光伏发电并网所应达到的标准（涉及对电压、波形、频率、想为、谐波等）与国际标准之间的差距，国内光伏发电的发展模式与国外的差异，都会对电能质量产生影响。
要做到有效解决光伏发电并网所带来的电能质量问题，就要应对不同的问题作出相应的对策。首先，对于大规模集中开发、中高压电源的并入和分散开发的就地接入，对不同电压进行电压等级的评估以明确电压的偏差，从而对其作出规定；其次，由于光伏发电在大规模设置上具有较强的频率耐受力，以此决定了我国光伏发电站的发电频率所允许的偏差较大；因此，为了适应大规模、高容量的PV并入电网运行之中，又要保证电网的稳定与安全，就有必要对于光伏发电并网所要求的新技术进行研发，这也延伸出了新技术研发的相关内容，即储能技术、谐波抑制、新型并网逆变器等研究方向。
①储能技术。储能技术作为一种更加适用于高比例、大容量PV系统的未来电力系统中的重要新技术，其主要的储能设备包括蓄电池、超级电容器、超导储能装备以及压缩空气储能等，不仅可以进行能量的释放和储能，以实现对频率的调节，也可以平衡和控制电网功率的波动，提高电网系统的稳定性和安全性。
②谐波抑制。谐波抑制主要是通过将电网进行标准化控制，将逆变器进行标准化统一及安置，从而实现电力的真正绿色化。针对现有的并网逆变器，谐波抑制的控制方式有“群控技术（多台逆变器并联运行）”和“综合补偿控制（在逆变器中使用交流滤波器APF）”两种，这两种控制方式都需要数据采集器来完成。
③无谐波输入电网的实现可以通过高性能并网逆变器来实现，需要考虑光伏发电接入的配电保护算法、光伏发电的无功控制以及配电无功调节装置的协调。
参考文献：
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光伏并网发电系统反孤岛技术研究 篇12
光伏并网发电系统是光伏发电的发展方向,代表了21世纪最有前景和吸引力的新能源利用技术。并网发电系统有一种特殊故障状态,即孤岛效应,除了通常的电压、电流和频率检测保护,还要进行反孤岛保护。孤岛现象,即当电网系统由于自然因素或电气故障等原因而断电时,光伏系统仍然继续向负载提供电能,形成一个电力公司无法控制的自给供电的孤岛。光伏并网发电系统处于孤岛状态下运行会导致严重后果,因此研究反孤岛保护措施具有十分重要的意义。
1被动式孤岛检测方法
1.1过/欠频率、过/欠电压检测
具有过压、欠压、过频、欠频继电保护功能的光伏并网逆变器已经具备基本的孤岛保护功能。当系统检测到电网电压有效值或频率超出预设的正常范围时,即认为电网出现了故障,强制逆变器停止运行,终止孤岛状态下持续运行。在电网断开的情况下,当光伏阵列输出功率与负载功率基本平衡时,并网逆变器输出电压的幅值或频率不会产生明显变化,于是孤岛状态出现。
1.2相位跳变检测
相位跳变检测是通过监控并网逆变器端电压与输出电流之间的相位差来检测孤岛效应的一种方法。相位跳变检测算法实现方便,成本低;但检测盲区比较大,容易发生误动作,可靠性不高。当负载阻抗角接近零,即负载近似成阻性时,该方法失效。
1.3电压谐波检测
当分布式发电系统与电网断开时,并网逆变器的输出电流会使线路电压出现较大的谐波分量。当检测到线路电压谐波含量突然增加时,就认为孤岛现象发生了。使用该方法检测孤岛现象盲区比较小,而且不影响并网逆变器输出的电能质量。但电网在正常运行时为非线性负载,而非线性负载往往也可能产生很多谐波,因此该检测方法可能会出现判断失误的情况。
2主动式孤岛检测方法
2.1滑模频率偏移法
滑模频移反孤岛保护是运用正反馈使并网逆变器输出电流和输出电压的相位偏移进而使频率发生偏移,而电网的频率则不受并网逆变器的影响。该反孤岛保护方法易于实现,检测盲区相对较小,但逆变电源输出电能的质量在一定程度上会受到影响。在Qf较大时,滑模频率偏移的孤岛检测效率降低,效果接近被动式孤岛检测方法;并且逆变器扰动的相位变化慢于RLC负载的相位增加变化时,会导致孤岛检测的失败。
2.2有源频率偏移法
有源频率偏移法是通过光伏并网系统将略有点变形的电流注入电网,使频率连续改变。当逆变器与电网正常连接时,电网频率是不会发生变化的。而逆变器与电网断开后,逆变器输出端电压的频率被迫向上或向下偏移,通过检测逆变器输出电压频率的变化,来判断孤岛现象是否发生。有源频率偏移法容易实现,减小了被动孤岛检测的盲区,但是该方法降低了并网逆变器输出电能的质量。在多台光伏并网系统同时运行时,如果频率偏移方向不一致,其综合效果可能使频率偏移的情况相互抵消,从而产生一定的稀释作用。
2.3输出功率扰动法
输出功率扰动方法是控制光伏系统周期性输出无功功率或有功功率扰动,当逆变器与电网断开后,该功率扰动会使光伏发电系统的电压频率变化明显超出预设阈值,从而检测出孤岛效应的发生。该检测方法要求多台光伏发电系统进行同步扰动,光伏并网发电系统之间进行通信才能实现同步扰动。若无法保证系统的同步扰动,则该方法很可能失效。
3功率正反馈检测法
通常光伏并网逆变器都具有最大功率点跟踪(MPPT)的功能,使得光伏阵列始终工作在最大功率点上。因此无论是减小工作点电压,还是增大工作点电压,都会使输出功率减小。由于孤岛状态下负载不变,根据P=Ua2/R,功率变小进而公共点电压减小,功率正反馈原理如图1所示,直到电压变化超过阈值范围。当Ua<0.8Um时,逆变器报低电压故障保护。该检测方法克服了常用检测方法存在检测盲区、产生谐波、影响电能质量的问题,并且能快速检测到孤岛现象的发生,实现保护功能。
为准确进行反孤岛保护和实现高品质并网电流、单位功率因数,本系统采用如图2所示的电压环。
电压外环控制的目的主要是稳定直流侧电压。为保证逆变器输出的并网电流与电网电压的频率和相位严格相同,在电压内环引入了锁相环反馈控制。在电压内环中加入电网电压前馈控制,以便准确跟踪电网电压的变化,其前馈系数为Kf,Kf=1/KPWM。该前馈的引入使系统能快速跟踪公共点电压的变化,判断孤岛现象是否发生。
4 Matlab/Simulink仿真
对提出的方法在Matlab/Simulink中设置参数进行仿真,仿真波形如图3所示。
图3(a)对应电网电压仿真图,图3(b)对应逆变器输出电流仿真图,图3(c)对应逆变器输出电压仿真图。由图3(a)可以看到,设置在0.6 s时逆变器与电网断开,孤岛现象发生。如图3(b)所示,在0.72 s时,系统进行反孤岛动作,光伏并网发电系统停止运行,光伏并网发电系统负载电流衰减至0。由图3(c)可见,并网逆变器的输出电压在一个周期内很快降到194 V(额定电压的88%)以下,系统可及时启动欠压保护。从孤岛发生到检测到孤岛现象并进行反孤岛保护只用了0.72-0.6=0.12 s,该时间远远小于标准规定的2 s,从而在短时间内有效实现了光伏系统的反孤岛保护。
5结语
由于传统孤岛检测方法存在一定的不足,本文提出了一种新的孤岛检测方法,并对提出的方法进行仿真实验。通过仿真结果可以看出,该方法能快速准确地判断出孤岛现象的发生,并采取保护措施。
摘要：首先介绍了孤岛现象产生的原理,并分析了传统的被动式孤岛检测方法和主动式孤岛检测方法。针对常用的孤岛检测方法的不足,提出了功率正反馈孤岛检测方法,该方法具有检测速度快、对电能质量无影响、无检测盲区等优点。对提出的检测方法进行了仿真实验,结果验证了该方法的有效性。
关键词：光伏并网系统,孤岛检测,功率正反馈,仿真
参考文献