太陽能光伏發(fā)電與控制技術(shù)-經(jīng)典

1、第4章太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),機(jī)械工業(yè)出版社,2,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),4.1 太陽的輻射及太陽能簡介 4.2 太陽能的轉(zhuǎn)換與應(yīng)用4.3 太陽能電池與光伏發(fā)電原理4.4 MPPT光伏變換與控制技術(shù)4.5 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)與控制策略4.6 光伏發(fā)電的制約因素與經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價(jià),本章主要內(nèi)容,機(jī)械工業(yè)出版社,3,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),4

2、,4.1太陽的輻射及太陽能簡介 4.1.1太陽簡介,圖4-1 太陽的結(jié)構(gòu),機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),太陽是太陽系的中心天體，是離地球最近的一顆恒星，是熾熱的氣態(tài)球體。 太陽內(nèi)部持續(xù)進(jìn)行著氫聚合成氦的核聚變反應(yīng)，不斷釋放巨大的能量，并以輻射和對流的方式由核心向表面?zhèn)鬟f熱量，溫度也從中心向表面逐漸降低。,5,地面輻射的時空變化特點(diǎn)是：① 全年以赤道獲得的輻射最多，極地最少。這種熱量不均勻分布，必然

3、導(dǎo)致地表各緯度的氣溫產(chǎn)生差異，在地球表面出現(xiàn)熱帶、溫帶和寒帶氣候；② 太陽輻射夏天大冬天小，它導(dǎo)致夏季溫度高而冬季溫度低。,4.1.2 太陽輻射,,不同地區(qū)太陽平均輻射強(qiáng)度,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),太陽輻射能量在可見光（0.4-0.76um）、紅外線（>0.76um）和紫外線（<0.4um）分別占50%、43%和7%，即集中于短波波段，因此太陽輻射稱為短波輻射,6,地球上的能流,機(jī)械工業(yè)出版社,

4、第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),圖4-4 地球上的能流,據(jù)測算，經(jīng)過大氣層削弱到達(dá)地球的總輻射能高達(dá)173000TW，即每秒鐘照射到地球的能量相當(dāng)于500萬t煤，地球上的生物依賴這些能量生存。廣義上講：地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、生物質(zhì)能等都來源于太陽能，即使煤、石油等化石燃料也可以說是遠(yuǎn)古儲存的太陽能。狹義上講：太陽能限于太陽輻射的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換,7,4.2 太陽能的技術(shù)應(yīng)用,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽

5、能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),1．太陽能采集,※ （1）平板集熱器 平板吸熱，熱損耗大※ （2）真空管集熱器 吸熱體封閉在真空管內(nèi)，提高熱性能※ （3）聚光集熱器 光學(xué)原理聚光，需要 跟蹤太陽,8,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),2．太陽能的轉(zhuǎn)換,※ （ 1）太陽能――熱能轉(zhuǎn)換 選擇合適涂層使其吸收性能好且向外輻射小。※ （2）太陽能――電能轉(zhuǎn)換 方便能量的

6、利用、傳輸和分配，太陽能電池效率低(20%)※ （3）太陽能――氫能轉(zhuǎn)換 通過分解水轉(zhuǎn)換成氫能?！?（4）太陽能――生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換 通過光合作用將二氧化碳和水合成有機(jī)物。※ （5）太陽能－－機(jī)械能轉(zhuǎn)換,2．太陽能的轉(zhuǎn)換,9,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),3．太陽能貯存,※ （1）熱能貯熱 ※ （2）電能貯存※ （3）氫能貯存※ （4）機(jī)械能貯存,10,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章

7、太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),4．太陽能傳輸,※ （1）直接傳輸（光學(xué)原理：反射折射傳輸）※ （2）間接傳輸（轉(zhuǎn)為熱能、電能等傳輸。）,11,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),5. 太陽能的利用,※ （1）太陽輻射的熱能利用※ （2）太陽能光熱利用 ※ （3）太陽能熱發(fā)電※ （4）太陽能綜合利用 ※ （5）太陽能光伏發(fā)電技術(shù),12,太陽能的利用,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),13,機(jī)械

8、工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),14,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),15,尚德大型太陽能發(fā)電幕墻,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),16,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),17,美國最大的光伏發(fā)電站-1,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),18,美國最大的光伏發(fā)電站-2,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),19,機(jī)械工業(yè)

9、出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),20,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),21,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),22,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),23,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),24,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),25,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),26,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太

10、陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),27,4.3 太陽能電池與光伏 發(fā)電原理,4.3.1 太陽能電池 太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等種類。單晶和多晶電池用量最大，非晶電池用于一些小系統(tǒng)和計(jì)算器輔助電源等。,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),28,太陽能電池原理 太陽能電池的原理是基于半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)，將太陽輻射直接轉(zhuǎn)換為電能。

11、 所謂光電效應(yīng)，就是指物體在吸收光能后，其內(nèi)部能傳導(dǎo)電流的載流子分布狀態(tài)和濃度發(fā)生變化，由此產(chǎn)生出電流和電動勢的效應(yīng)。在氣體、液體和固體中均可產(chǎn)生這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體光伏效應(yīng)的效率最高。,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),29,1. 半導(dǎo)體的內(nèi)部結(jié)構(gòu),機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),圖4-5 一般的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),30,2. P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu),機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),

12、圖4-6 P型半導(dǎo)體,31,3. N型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu),機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),圖4-7 N型半導(dǎo)體,32,4. 太陽能電池晶片的組成,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),圖4-8 太陽電池晶片,33,5. 太陽能晶片受光的物理過程,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),圖4-9 太陽能晶片受光的物理過程,34,太陽能電池的分類,單晶硅太陽能電池 效率高（可

13、達(dá)20%）2. 多晶硅太陽能電池 電池含多個不同晶粒組成，效率低（13-15%） 但工藝簡單，可大規(guī)模生成3. 非晶硅太陽能電池 主要應(yīng)用于消費(fèi)市場，如手表、玩具。效率（5-7）%,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),35,4.3.2 太陽能光伏發(fā)電原理,機(jī)械工業(yè)出版社,太陽能電池陣列逆變器用電設(shè)備進(jìn)戶計(jì)量儀表,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),36,3. 光伏系統(tǒng)分類,（1）

14、小型太陽能供電系統(tǒng)（Small DC） 該系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中只有直流負(fù)載而且負(fù)載功率比較小，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便。如在我國的西北地區(qū)大面積推廣使用了這種類型的光伏系統(tǒng)，負(fù)載為直流節(jié)能燈、家用電器等，用來解決無電地區(qū)家庭的基本照明和供電問題。,,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),圖4-11 小型太陽能供電系統(tǒng),37,（2）簡單直流系統(tǒng)（Simple DC）,該系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中負(fù)載為直流負(fù)

15、載，而且負(fù)載的使用時間沒有特別要求，負(fù)載主要在日間使用，系統(tǒng)中沒有蓄電池，也不需要控制器。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，直接使用太陽能電池陣列給負(fù)載供電，光伏發(fā)電的整體效率較高。如光伏水泵就使用了這種類型的光伏系統(tǒng)。,,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),圖4-12 簡單直流供電系統(tǒng),38,（3）大型太陽能供電系統(tǒng)（Large DC）,該系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中用電器也是直流負(fù)載，但負(fù)載功率比較大，整個系統(tǒng)的規(guī)模也比較大，需要配備較大

16、的太陽能光伏陣列和較大的蓄電池組。常應(yīng)用于通信、遙測、監(jiān)測設(shè)備電源，農(nóng)村集中供電站，航標(biāo)燈塔、路燈等領(lǐng)域。如在我國的西部地區(qū)部分鄉(xiāng)村光伏電站使用了這種類型的光伏系統(tǒng)，中國移動和中國聯(lián)通公司在偏僻無電地區(qū)的通信基站等。,,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),圖4-13 大型太陽能供電系統(tǒng),39,該系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中同時含有直流負(fù)載和交流負(fù)載，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，整個系統(tǒng)的規(guī)模也比較大，同樣需要配備較大的太陽能光伏陣列和

17、較大的蓄電池組。如在一些同時具有交流和直流負(fù)載的通信基站或其他一些含有交流和直流負(fù)載的光伏電站中使用了這種類型的光伏系統(tǒng)。,（4）交流、直流供電系統(tǒng)（AC/DC）,,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),圖4-14 交流、直流供電系統(tǒng),40,,（5）并網(wǎng)系統(tǒng)（Utility Grid Connect）,這種系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是太陽能電池陣列轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的直流電經(jīng)過三相逆變器（DC/AC）轉(zhuǎn)換成為符合公共電網(wǎng)要求的交流電并直接并

18、入公共電網(wǎng)，供公共電網(wǎng)用電設(shè)備使用和遠(yuǎn)程調(diào)配。這種系統(tǒng)中所用的逆變器必需是專用的并網(wǎng)逆變器，以保證逆變器輸出的電力滿足公共電網(wǎng)的電壓、頻率和相位等性能指標(biāo)的要求。這種系統(tǒng)通常能夠并行使用市電和太陽能電池陣列作為本地交流負(fù)載的電源，降低了整個系統(tǒng)的負(fù)載缺電率；而在夜晚或陰雨天氣，本地交流負(fù)載的供電可以從公共電網(wǎng)獲得。,,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),圖4-15 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),討論,如果太陽能發(fā)電給交流負(fù)載供電，則

19、采用獨(dú)立發(fā)電形式和并網(wǎng)發(fā)電形式電路結(jié)構(gòu)有何區(qū)別？控制方式有何區(qū)別？,42,圖4-10 典型的光伏發(fā)電系統(tǒng),6. 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu),機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),43,2 .系統(tǒng)組成,（1）太陽能電池組件：由太陽能電池（也稱光伏電池）按照系統(tǒng)的需要串聯(lián)或并聯(lián)而組成的矩陣或方陣，在太陽光照射下將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，它是光伏發(fā)電的核心部件。 （2）充放電控制器、逆變器控制 本部分除了對蓄電池或其他

20、中間蓄能元件進(jìn)行充放電控制外，一般還要按照負(fù)載電源的需求進(jìn)行逆變，使光伏陣列轉(zhuǎn)換的電能經(jīng)過變換后可以供一般的用電設(shè)備使用。 （3）蓄電池、蓄能元件及輔助發(fā)電設(shè)備 蓄電池或其他蓄能元件如超導(dǎo)、超級電容器等是將太陽能電池陣列轉(zhuǎn)換后的電能儲存起來，以使無光照時也能夠連續(xù)并且穩(wěn)定的輸出電能，滿足用電負(fù)載的需求。,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),4.4.1 光伏陣列的組成與輸出特性,機(jī)械工業(yè)出版社,44,第4章 太陽能

21、、光伏發(fā)電與控制技術(shù),4.4 MPPT光伏發(fā)電變換與控制技術(shù),1．光伏電池的電特性,光伏電池的等效電路如圖4-18.,45,,電流I為太陽能電池輸出電流，Id等效為光電池的暗電流，IRsh 為漏電流，ILG為光電池電流源，Rsh為光伏電池的并聯(lián)等效電阻；Rs：光伏電池的串聯(lián)等效電阻。,圖4-18 光伏電池等效電路圖,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),46,光伏電池的輸出特性方程：,式中：,,,并聯(lián)電阻Rsh越大，不

22、會影響短路電流的數(shù)值。所以下面設(shè)計(jì)中忽略Rsh，得到簡化的光伏電池輸出特性方程：,I：光伏電池輸出電流；V：光伏電池輸出電壓；IOS：光伏電池暗飽和電流 ；T：光伏電池的表面溫度；k：波爾茲曼常數(shù) (1.38*10-23 J/K) ；q：單位電荷(1.6*10-19C)；K1 ：短路電流的溫度系數(shù)；ISCR：標(biāo)準(zhǔn)測試條件（光伏電池溫度25℃，日照強(qiáng)度為1000W/m2）下，光伏電池的短路電流；ILG：光電流；EGO：半導(dǎo)體材料的禁帶寬度

23、；Tr：參考溫度(301.18。K)；Ior：Tr下的暗飽和電流；A,B：理想因子，一般介于1和2之間,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),47,光伏電池模型,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),參考文獻(xiàn)：茆美琴，余世杰，蘇建徽.帶有MPPT 功能的光伏陣列Matlab 通用仿真模型[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào).2005.17（5）:1248-1251.,48,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制

24、技術(shù),2．光伏電池的伏安特性,2．光伏電池的伏安特性,圖4－20 光伏電池的伏――安特性 `,機(jī)械工業(yè)出版社,49,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),,當(dāng)負(fù)載RL從0變化到無窮大時，即可得到如圖所示太陽能電池輸出特性曲線。調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL到某一值Rm時，在曲線上得到一點(diǎn)M，其對應(yīng)的工作電壓和工作電流之積最大，即Pm=Im*Vm，將此M點(diǎn)定義為最大功率輸出點(diǎn)（MPP）。,光伏電池的輸出特性圖,50,MPPT本質(zhì)上是一個尋優(yōu)過程。通過測

25、量電壓、電流和功率，比較它們之間的變化關(guān)系，決定當(dāng)前工作點(diǎn)與峰值點(diǎn)的位置關(guān)系，然后控制電流（或電壓）向當(dāng)前工作點(diǎn)與峰值功率點(diǎn)移動，最后控制電流（或電壓）在峰值功率點(diǎn)附近一定范圍內(nèi)來回?cái)[動。,圖4-22 不同光照強(qiáng)度下的光伏電池最大功率點(diǎn),機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),4.4.1 光伏陣列的組成與輸出特性,3．MPPT工作原理,51,在光伏系統(tǒng)中，通常要求光伏電池的輸出功率保持在最大，也就是讓光伏電池工作在最大功

26、率點(diǎn)，從而提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率。MPPT就是一個不斷測量和不斷調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)的過程，它不需要知道光伏陣列精確的數(shù)學(xué)模型，而是在運(yùn)行過程中不斷改變可控參數(shù)的整定值，使得當(dāng)前工作點(diǎn)逐漸向峰值功率點(diǎn)靠近，使光伏系統(tǒng)運(yùn)作在峰值功率點(diǎn)附近。,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),,常用的MPPT控制算法,1、定電壓跟蹤法： 先求得或設(shè)置某一中心電壓，通過控制使光伏陣列的輸出電壓一直保持該電壓，從而使光伏系

27、統(tǒng)輸出功率達(dá)到或接近最大功率輸出值。2 、擾動觀察法：,,3、增量電導(dǎo)法 根據(jù)光伏陣列的P/U曲線，當(dāng)輸出功率為P最大時，即Pmax處的斜率為零。可得：4、模糊邏輯控制法：根據(jù)溫度、光照等參數(shù)進(jìn)行邏輯推算。5、最優(yōu)梯度法： 以梯度算法為基礎(chǔ)的多維無約束最優(yōu)化問題的數(shù)值計(jì)算方法。,54,4.4.2 光伏發(fā)電充電控制策略,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),,1 鉛酸蓄電池工作

28、原理,蓄電池的兩組極板都浸在稀硫酸溶液里，如果通以適當(dāng)電流，則正極板上的硫酸鉛就變成棕褐色的二氧化鉛（PbO2，也稱過氧化鉛），負(fù)極板上的硫酸鉛變成灰色的海綿狀鉛（Pb）。放電時，正負(fù)極板上的活性物質(zhì)都吸收硫酸，逐漸變成硫酸鉛（PbSO4）。當(dāng)大部分活性物質(zhì)變成硫酸鉛（PbSO4）后，蓄電池的電壓就下降到不能再放電了。蓄電池到了這個時候就需要充電，使硫酸鉛重新恢復(fù)為正極的二氧化鉛和負(fù)極的海綿狀鉛，供繼續(xù)放電使用。,正極板,負(fù)極板,2

29、 鉛酸蓄電池充電過程分析,,3 鉛酸蓄電池充電控制策略,,,缺點(diǎn)：由于光伏電池輸出特性依賴于外界環(huán)境，實(shí)際應(yīng)用中往往不能使光伏電池輸出最大電流，從而延長充電時間。,光伏發(fā)電蓄電池充電策略,,1）充電開始階段，設(shè)置最大充電電流為C/10，此時只要充電電流不超過最大允許充電電流，進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤，光伏電池輸出最大功率給蓄電池充電，如果由于光照強(qiáng)度較大引起充電電流大于最大允許充電電流，則退出最大功率點(diǎn)跟蹤控制，此時以最大允許充電電流給蓄

30、電池充電；一旦光照強(qiáng)度減弱導(dǎo)致充電電流小于最大允許充電電流，此時重新進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤控制，使光伏電池輸出最大功率。2）充電過程中，一旦蓄電池兩端電壓上升到某一設(shè)定值，逐步減小最大允許充電電流，如圖中曲線C2、C3、… Cn所示。以不同充電速率重復(fù)上面充電過程，經(jīng)過若干次循環(huán)后，最大允許充電電流下降到C/100，此時蓄電池完全充滿。,4 充電控制器電路設(shè)計(jì),,?uk充電控制器主電路,工作原理,,,開關(guān)管Vr導(dǎo)通期間,開關(guān)管Vr截止期間

31、,基于DSP的充電電路結(jié)構(gòu),,,4.5 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)與控制策略,機(jī)械工業(yè)出版社,64,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)1．電壓源型光伏陣列的逆變并網(wǎng),圖4－40 光伏陣列并網(wǎng)的電壓源型電路結(jié)構(gòu),機(jī)械工業(yè)出版社,65,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),4.

32、5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),2．電流源型光伏陣列的逆變并網(wǎng),圖4－41 光伏陣列電流源型并網(wǎng)逆變電路拓?fù)?機(jī)械工業(yè)出版社,66,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),3．單級式并網(wǎng)逆變器,圖4－42單級式并網(wǎng)逆變器的電路拓?fù)?機(jī)械工

33、業(yè)出版社,67,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4．兩級式并網(wǎng)逆變器,圖4－43 兩級式并網(wǎng)逆變器的電路拓?fù)?機(jī)械工業(yè)出版社,68,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),圖4－44 一種改進(jìn)型

34、兩級式并網(wǎng)逆變器拓?fù)?機(jī)械工業(yè)出版社,69,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),5．多級式并網(wǎng)逆變器,圖4－45 多級式并網(wǎng)逆變器的電路拓?fù)?機(jī)械工業(yè)出版社,70,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu),4.5.1 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的結(jié)

35、構(gòu),4.5.2 光伏陣列并網(wǎng)逆變器的控制策略,1．并網(wǎng)波形的跟蹤與控制策略,具體有五個條件：,①波形相同；,②幅值相同；,③頻率相同；,④相序相同；,⑤相位相同。,,,由于C1的容量較小，流過C1的工頻電流很小可以忽略，則逆變H橋輸出基波電壓和工頻電網(wǎng)電壓可表示為：,,,并網(wǎng)控制策略,,3．仿真（參見示例）,4．軟硬件設(shè)計(jì)1.主電路2.處理器3.驅(qū)動設(shè)計(jì)4.電源設(shè)計(jì)5.信號采集,,信號采集,其中R82=R89=R;R87=R

36、83=2R,程序設(shè)計(jì),1）電壓變化控制策略(脈沖產(chǎn)生)；DC/DC, DC/AC2）控制算法（離散PI控制）3）小數(shù)點(diǎn)控制（Q值）（電壓、電流）,3．并網(wǎng)系統(tǒng)的保護(hù)與光伏發(fā)電并網(wǎng)的孤島問題,,,孤島下發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行存在的問題,1)對人身安全的危害，用戶或線路維修人員不一定意識到分布式發(fā)電系統(tǒng)的存在；2)供電質(zhì)量，沒有大電網(wǎng)的支持，分布式發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量難以符合各方面的需求，例如電壓波動、頻率波動以及諧波等技術(shù)指標(biāo)；

37、3) 分布式發(fā)電系統(tǒng)(指逆變系統(tǒng))為了提高逆變器的效率而設(shè)定單位功率因數(shù)輸出，但是本地負(fù)載總是有對無功功率的需求，這就導(dǎo)致在孤島運(yùn)行時負(fù)載無功需求不能滿足，系統(tǒng)電壓和頻率可能發(fā)生波動甚至崩潰；4)電力公司對電網(wǎng)的管理要求，由于孤島狀態(tài)意味著脫離了電力管理部門的監(jiān)控而獨(dú)立運(yùn)行，是不可控和高隱患的操作；,,5) 對于利用太陽能或者風(fēng)力發(fā)電的分布式供電系統(tǒng)存在輸出功率不穩(wěn)定(尤其是發(fā)電系統(tǒng)本身沒有儲能設(shè)備時)的問題，甚至在某一段時間內(nèi)有可能

38、無功率輸出； 6) 電網(wǎng)恢復(fù)時分布式發(fā)電系統(tǒng)重新并網(wǎng)會遇到困難，非同步并網(wǎng)會引起大的電流沖擊。,主要的孤島檢測方法：,電力系統(tǒng)端檢測法 1）傳輸斷路器跳閘信號檢測孤島 2）電力線路載波通信檢測孤島電力變換器端檢測法 1）被動式孤島檢測 通過監(jiān)測并網(wǎng)公用連接點(diǎn)PCC(the point of common coupling)的狀態(tài)（如電壓、頻率、諧波）來判斷是否出現(xiàn)孤島；

39、 2）主動式孤島檢測 在電力變換器內(nèi)迭加一個干擾，再觀察PCC點(diǎn)狀態(tài)以判斷孤島是否出現(xiàn)。,4.6 光伏發(fā)電的制約因素與經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價(jià),機(jī)械工業(yè)出版社,83,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),,,表4－2 地面用光伏電池組件的成本與價(jià)格（1990～2010年）,機(jī)械工業(yè)出版社,84,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),,,,表4－3 光伏電池組件的效率,機(jī)械工業(yè)出版社,85,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制

40、技術(shù),光伏陣列發(fā)電主要存在以下問題：１．光伏陣列發(fā)電效率低２．光伏陣列發(fā)電系統(tǒng)的造價(jià)成本高３．光伏陣列發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行受氣候環(huán)境因素影響大４．光伏電池組件的制造需要消耗大量能源,機(jī)械工業(yè)出版社,86,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),目前大多數(shù)的風(fēng)—光，風(fēng)—光—柴油以及風(fēng)—光—柴—蓄等脫離大電網(wǎng)的混合局部并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)都具有獨(dú)立和并網(wǎng)兩種工作模式，因而以太陽能光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行互補(bǔ)，綜合天燃?xì)馊紮C(jī)發(fā)電或柴油發(fā)電，而形成

41、大型新能源綜合發(fā)電是未來重要的發(fā)展方向。,87,機(jī)械工業(yè)出版社,小結(jié),本章介紹太陽能光伏發(fā)電的相關(guān)知識，從太陽能的利用方面初步了解太陽能電池的基本原理和特性，介紹 了MPPT及其控制的原理和方法；并進(jìn)一步簡述的在太陽能應(yīng)用中常用 的DC－DC變換或DC－AC變換，最后列舉了一些知名廠商的太陽能逆變器產(chǎn)品。,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),88,SUNNY BOY 700,SUNNY BOY 3800,附錄： 光伏逆變器實(shí)物及一

42、些重要指標(biāo),SMA公司,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),89,SUNNY BOY 2100TL,SUNNY BOY 2800i,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),90,SUNNY MINI CENTRAL 5000A/6000A,SUNNY MINI CENTRAL 7000HV,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),91,Sunny Tower,Sunny Central SC

43、350 /350HE,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),92,DELTA（臺逹）公司,Solar Inverter SI 1900,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),93,Solar Inverter SI 3300,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),94,Central Inverter CI 100,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),95,XANTREX

44、公司（加拿大）,GT Series Grid Tie Solar Inverter,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),96,GT Series Grid Tie Solar Inverter 參數(shù),機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),97,GT30E Inverter,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),98,BP SOLAR公司（英國）,GC INVERTER,機(jī)械工業(yè)出版社,第

45、4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),99,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),100,sunways公司,Sunways NT 6000, NT 5000, NT 4000 and NT 2600 Solar Inverters,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),101,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),102,Fronius IG 15 / 20 / 30,Fronius公司,

46、機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),103,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),104,Fronius IG 40 / 60 HV,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),105,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),106,Fronius IG Central Inverters,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),107,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太

47、陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),108,Fronius IG Plus 35,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),109,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),110,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),111,The MS Series Pure Sine Wave Inverter/Charger,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù),112,機(jī)械工業(yè)出版社,第4章 太