《电力电子技术与光伏并网发电综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子技术与光伏并网发电综述（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电力电子技术与能源利用电力电子技术与光伏并网发电综述摘要：随着社会的日益发展，能源已经成为了的最重要的话题。太阳能得天独厚的优势，使 得太阳能发电的优势日趋明显。本文先对国内外太阳能发展现状进行了简要的介绍，随后介 绍了光伏发电系统的分类及组成，最后对光伏并网发电的关键技术-PWM技术、MPPT技 术及孤岛检测技术一做了简单的介绍及研究。键字：光伏并网发电、MPPT技术、孤岛检测技术Power Electronics and Energy UsageReview of Power Electronics and grid-connectedphotovoltaicpower generatio
2、nAbstract: With the development of the society,energy has become the most important topic.Solarenergy has the advantage that other energy can not compare with,which makes the advantage ofphotovoltaic power generation more and more obvious.This article firstly gives a briefintroduction about the situ
3、ation of the development of both domestic and abroad.Then itintroduces the sorts and configuration of photovoltaic power generation system.At last,it showsyou a brief introduction and research of some key technology in grid-connected photovoltaicpower generation,such as PWM technology,MPPT technolog
4、y and islanding detection.Key words: Grid-connected photovoltaic power generation, MPPT(Maximum Power Point Tracking)， Islanding detection1引言随着世界不可再生能源的日益枯竭，人们正在积极寻找一种新型可再生的绿色能源，以 保证社会的可持续发展。2011年3月日本大地震造成的核电危机，迫使世界各有核电国家 不得不重新审视其核电发展战略；水力发电由于受到资源和季节性限制，一定程度上制约了 进一步发展；而风力发电存在并网接入稳定性差等问题 短期内也很难形成一定的规
5、模。在 这种情况下，太阳能发电越来越受到重视。2光伏发电的现状概述2.1国外光伏发电现状1997年美国提出“百万太阳能光伏屋顶”计划预计2010年完成。同年日本提出“新阳 光计划”到2010年将生产43亿W光伏电池。同年欧盟提出“百万光伏屋顶计划“ 1999年 德国实施“十万光伏屋顶计划”，并实行低息贷款并且以0.50.6欧元/kWh的高价收购 输入电网的光伏电量。近年，发达国家还制定了“光伏研发路线图”。各国为保证光伏产业的发展，对光伏发电技术的研发和市场培育纷纷给予了财政投入, 并在税收、收购电价、补贴等方面给予政策上的支持。如美国提出对购置和使用光伏发电等 再生能源装置的公司，可根据使用
6、新能源的情况减少10. 35%的公司税，并免除公司相应 的营业税；民用住宅、工商业、公共设施等领域如果使用可再生能源装置，可以得到7到 10年的低息或无息贷款。除了上述措施，美国政府还在应用可再生能源上身体力行，大量 使用可再生能源，并规定美国联邦机构到2011年可再生能源的比例要占到总能耗的7.5%。2.2国内光伏发电现状20世纪80年代末，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，年生产能力达4.5MW。 投资主要来自中央和地方政府以及国有大型企业，实现了光伏产业的第一次跳跃性发展。21 世纪初，在国际大环境、政府项目的启动和市场拉动等共同作用下，光伏产业进入快速发展 阶段。2002年由国家发改
7、委实施的“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程以及2006年 实施的送点到村工程均采用了太阳能光伏发电技术。在这些措施的引导下，中国光伏发电产 业快速发展。2010年末，国内光伏电力装机容量达到893MW，同比增长139.4%，占世界 光伏电力装机容量的2.2%。根据“十二五”规划，2015年光伏发电装机容量将达1X104MW， 2020 年将达 5X104MW。3光伏并网发电系统及技术3.1太阳能光伏发电系统概述通过太阳能电池（又称光伏电池）将太阳能转换为电能的发电系统称为太阳能电池发电 系统（又称太阳能光伏发电系统）。光伏发电系统，是利用光伏电池方阵将太阳能转化为电 能并储存到系统的蓄电池
8、中或直接供负载使用的可再生能源装置。3.1.1光伏发电系统的原理光伏发电系统的工作原理是：白天，光伏电池组件接收太阳光，转换为电能，一部分供 给直流或交流负载工作；另一部分多余的点亮可通过防反充二极管给蓄电池组充电，在夜晚 或阴雨天，光伏电池组件无法工作时，蓄电池组供电给直流或交流负载工作。3.1.2光伏发电系统的分类根据不同场合的需求，光伏发电系统可分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统和混 合型光伏发电系统三种。独立光伏发电系统是指光伏发电系统不与电网连接，其输出功率提供给本地交流负载的 发电系统。并网光伏发电系统与电网连接，当日照较强时，光伏发电系统首先满足交流负载用电， 然后将多余的电
9、能回送电网；当日照不足时，根据负载需要也可从电网索取电能。混合型光伏发电系统则是在独立型基础上增加一台备用发电机组，它既可直接给交流负 载供电，又可经整流后给蓄电池充电。本文将重点介绍并网光伏发电系统及其技术。3.1.3光伏并网发电系统的基本组成光伏发电系统一般由太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器、交流配电设 备等组成。图1是并网光伏发电系统的基本结构图，其中主要包括了两部分：光伏电池方阵(PV array)和功率控制单元(Power Conditioning Unit)。功率控制单元PCU包括：1、最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking)电路，允
10、许光伏电池方阵输出最大功 率。2、功率因数(Power Factor)控制电路，能够跟踪负载电压相位，并提供给逆变器与负载电 压同步的参考电流。i nnlTI uinbLPCU3、转换器(Converter)，可以由DCDC升压电路、能够保证直流不被吸收进电网的独立 式DCAC逆变器以及能限制有害的高频成分电流进入电网的滤波器构成。llgFig. I . Sulimjal R diagram PV giiiJ-niwctd fiyslicna.图1 PV并网系统3.2光伏并网发电系统概述3.2.1光伏并网发电系统分类光伏并网发电系统一般具有两种典型的系统结构:单级式并网发电系统和两级式并网发
11、电系统。3.2.2单级式并网发电系统单级式并网发电系统发电系统结构示意图如图2所示，其主要由光伏阵列、逆变器、 控制器、滤波器等组成。其工作原理：光伏电池组件产生的直流电通过DC/AC光伏逆变 器变换为交流电馈送到电网。光伏电池阵列通过串联将直流电压提升到足够的电压等级以保 证光伏逆变器正常工作所需的直流母线电压。与此同时，通过对光伏逆变器并网功率的控制 实现对光伏电池最大功率点的跟踪。a 2-1具型的单级式弁同光状发电系筑靖利图光伏阵列图2单级式并网光伏发电系统3.2.3两级式并网发电系统两级式并网光伏发电系统结构示意图如图3所示，其主要由光伏电池阵列、DC/DC变I削构梆信号f期勒信号换器
12、、DC/AC逆变器、控制器、滤波装置等组成。其工作原理是光伏电池阵列产生的直流 电通过DC/DC变换器后变换成另外一个电压等级的直流电（一般情况下升压变换），然后 再通过DC/AC光伏并网逆变器变换为交流电输入电网。第一级变换将光伏电池阵列所产生 的直流电通过DC/DC变换后，将其变换成受控的直流电存储到储能单元中或者提供给后 级的光伏并网逆变器，第一级变换同时要实现对光伏的最大功率跟踪功能。第二级光伏并网 逆变器将直流母线上的直流电逆变为交流电，提供给本地负载并将多余的能量馈送到电网， 同时要实现中间直流母线电压的稳压功能。Mfrr 口逆变器户控制器控刹器LLJpv 12-2两级式井网恶状发
13、电塞统皓御旭图3两级式并网光伏发电系统两级式并网光伏发电的优点：两级变换环节可以分开独立控制，系统前后级之间耦合不 紧密，因此系统的控制环节比较容易设计和实现；由于单独具有一级最大功率跟踪环节，系 统中相当于设置了电压预调整单元，系统可以具有比较宽的输入范围；同时，最大功率跟踪 环节的设置可以使逆变环节的输入相对稳定，而且输入的电压较高，这样都有利于提高逆变 环节的转换效率。两级式并网光伏发电的缺点：由于系统结构相对单级式拓扑比较复杂，所需的元器件相 对多一些，同时增加了储能环节，整个系统投资成本也会增加；整个系统需要通过两个变换 环节实现并网，多了一级能量损耗环节，这样系统的整机效率没有单级
14、式高。3.3光伏多路并网发电技术单组光伏阵列容量有限，为获得更大容量，可采用多组光阵列串联或并联，当光伏阵列 特性差异过大，或某部分被光照遮挡，光伏阵列组的最大输出功率就会远小于各部分最大功 率之和。因此提出了多路并网系统的概念。下图为基于Boost的多支路光伏并网发电系统。它由 前级Boost DC/DC环节和后级逆变电路组成。Boost负责实现最大功率点跟踪；逆变电路制 并网电流为正弦电流，并和电网电压同步。各光伏阵列的调节由相应的Boost完成，因而 MPPT控制是独立的，理论上可使每组光伏阵列都运行在最大功率点。S 2 基于艮心1的多支躇咒伏井间发瑁辩姓H玮 2 CcmriuritaL
15、auii of ihrFViinribrcuiE图4基于Boost的多支路光伏并网发电系统3.4光伏并网发电系统设计综述3.4.1 PV 阵列光伏电池阵列，是指将太阳能电池组件以一定的排列方式组合起来（如方阵列，圆形阵 列等）以便于更好的采集光能用于发电，提高光能利用率。影响光伏电池组件输出的因素包 括：负载阻抗、日照强度、光伏电池温度、阴影等。光伏电池的等效电路图如下所示。图客7光伏电池的等效电路图5光伏电池的等效电路图由此可得:L = lsCl - C1(expv / C2Voc- 1) 式中：C1 = (1 - lm/ Isc)exP-Vm/ EH C2 = (Vm / Voc-2)ln(1 - lm/ lsc)-1 再由P=VI,可画出P-V曲线：FP-v 特忡施殁图6标准温度下P-V特性曲线图2-9 Jtyfi F pf村性国浅图7标准光强下P-V特性曲线由图6.、7可看出，在每种光强和每种温度下，光伏电池每条P-V特性曲线上都有一 个最大功率点，因此，我们需设计出功率变换电路，使光伏电池阵列的输出始终保持在最大 功率点附近，以达到充分利用光伏电池高效的光电转换。3.4.2 DCDC变换电路DC-DC转换电路在直流电源和负载之间，通过控制电压的方法将不控的直流输入变为 可控的直流输出的一种变换电路，被广泛用于开关电源、逆变系统和用直流电动机驱动的设 备中。DC-DC
