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1、摘要太阳能是一种不会枯竭的绿色能源，在能源匮乏的今天受到很多国家的重 视，但是对于太阳能的开发利用全人类还做的不够。目前对太阳能的利用主要在 于光伏系统，而光伏阵列则是光伏系统的核心，是实现太阳能到电能转换的重要 部分。但是由于光伏阵列的研究成本高、效率很低、占地面积大，这给科学研究 带来了很大的困难。本文介绍直流微电网与光伏模拟器的发展现状及前景，了解 直流微电网与光伏阵列的结构与特点，介绍一种数字式的直流微电网光伏模拟 器，了解这种模拟器的基本原理及结构，说明对于这种模拟器研究的必要性与经 济性。关键词：直流微电网；光伏模拟器；微电网；光伏阵列ABSTRACTSolar energy is
2、 a green energy that can not be depleted .lacking of energy is in the attention of many countries today,but humanity has not done enough for the development and utilization of solar energy.Current use of solar energy mainly in photovoltaic systems,while the PV array is the core of the PV system and
3、is an important part of the realization of solar energy to electrical energy conversion.However, due to the high research costs of the PV array,low efficiency,large area,which gives science t great difficulties.This article describes the current situation and prospects of the development of the DC m
4、icro-grid PV simulator to understand the structure and characteristics of the DC micro-grid photo voltaic arrays,introduced a digital DC micro-grid photo voltaic simulator,to understand the basic principles and structure of this simulator, indicating the necessity for this simulator studies and econ
5、omics.Keywords:Micro DC-Grid；Solar Simulator；Micro-Grid ；PV Array1绪论 11.1 课题的背景及意义 11.2 直流微电网的研究现状 21.3 直流微电网的研究前景 31.4 光伏发电的研究现状 31.5 光伏发电的研究前景 41.6 本文的主要工作 42 直流微电网 52.1 直流微电网的结构 52.2 直流微电网的特点 62.3 直流微电网供电系统的研究 72.4 直流微电网供电系统的关键问题. 82.5 直流微电网的并网方式及控制方法 82.6 微电网的使用3 光伏模拟器 113.1 光伏电池 113.2 太阳能电池光伏阵列
6、输出的主要参数 113.3 太阳能电池光伏阵列最大功率点跟踪 123.4 光伏电池的仿真 133.5 太阳能电池光伏阵列模拟器的组成 153.6 太阳能电池光伏阵列模拟器设计要求 173.7 太阳能电池光伏阵列模拟器的原理 173.8 一种数字式光伏模拟器 193.9 太阳能电池光伏阵列模拟器的作用 214 光伏发电系统 234.1 光伏发电的特点 234.2 光伏发电系统的几种结构 234.3 直流微电网在光伏发电系统中的应用 25 总结 27致谢28参考文献 291 绪论1.1课题的背景及意义在当今世界上，各个国家都将经济的发展作为主要任务，故而，对能源的需 求也是日益增大，可以说经济增长
7、离不开能源的开发利用。目前世界范围内的国 家都已煤、石油、天然气等化石能源为主。但这些化石能源都是不可再生且及其 有限的能源。据联合国能源署的报告称，以目前地球上各国开采化石能源的速度 和地球化石能源的存储量来计算，煤炭资源可供开采 30年，石油资源可供开 采 30 年，天然气资源可供开采50 年。可以说未来五十年，人类将把地球上几 亿年 储存的化石能源消耗殆尽。而且开采能源也会引发一系列的环境问题。可 以说人类面临的不仅仅是能源的匮乏，还有生存环境的挑战。人类对化石能源的使用排放了大量的二氧化碳1，这就造成全球气候变暖， 南北极冰川融化，陆地的干旱、沙漠化逐年加重。可以说未来如果人类还是如此
8、 依赖化石能源必将造成十分严重的环境、气候问题。解决能源问题、保护生态环 境是人类急需解决的两件大事，各国也在积极开发新能源。目前对一些可再生的 能源如水力、风能、潮汐、地热能等的开发利用受到了广泛的关注。但是这些能 源的利用很容易受到天气、地域的影响，严重时甚至对当地的生态环境造成影响。 而还有一种比较特别的能源核能也受到广泛的研究，但是随着前苏联切尔诺贝利 核泄漏事件和2011年日本地震引起的核泄漏事情给社会造成了极大的危害，人 们对核能利用的副作用更加关注，这就要求对核能的利用的技术必须更加成熟过 关。根据这些情况，为了解决能源和环境压力，人类必须开发出一种清洁可靠的 可再生能源2，如此
9、方能满足社会对能源的需求已经对生态环境的保护。目前来说，最为清洁可靠的可再生能源当属太阳能。太阳能获取简单方便， 人类取之不尽。据相关计算，太阳每一秒钟发出的能量相当于地球上1.3 亿亿吨 煤燃烧产生的热量，而其中照射到地球表面的约为全球发电力总和的20万倍。 更为关键的是太阳能发电没有废物排放，清洁绿色，利于人类生态环境的保护， 而其发电形式多种多样，不会受到空间地域的影响。从上个世纪开始，各国已经 开始了对太阳能的研究利用。上世纪90 年代许多国家开始实行光伏屋顶计划3 让光伏发电伴随建筑物。光伏屋顶是指将光伏电池阵列安装在屋顶或者墙壁，就 地发电用电。这样可以节省电网的许多架线送点设施，
10、安全高效。这种发电用电 方式安装简单利于推广，受到许多国家的重视。虽然有光伏屋顶计划对太阳能的 利用,但是总体来讲对太阳能的利用还远远不够，因而研究出高效的太阳能发电 系统是十分有必要的。目前世界上的太阳能光伏发电技术主要核心是光伏发电系 统中的光伏阵列，只要研究出能适应各种条件下的光伏阵列，就能将太阳能的利 用效率最大化。光伏阵列因其占地面积大、效率较低、成本大给科研带来了很大不便，这是 设计一种模拟器，模拟出光伏阵列在各个环境下的工作状况对科研机构开展光伏 发电的研究是时分有必要的。而利用直流微电网的光伏模拟器对于太阳能的利用 又尤其独特的优越性，从直流微电网的特点来讲可以归纳为以下几个方
11、面：（1） 直流微电网中不需考虑交流微源的输出电压、相位、频率等，可直接接入直流母 线。只需一次 AC/DC 或者 DC/DC 换流，换流简单，损耗小。而母线也只需一次 DC/AC 逆变器即可。整个系统成本低损耗小。（2）直流微网中因其能量只与直流 母线电压有关，利于各个微源的协调控制。（3）在主网故障时，直流微网只需利 于并网换流器闭锁功能，即可迅速从大电网切断，进入孤岛运行状态，此时微网 中的负荷仍可以正常用电，不受主网故障的影响。（4）直流微网通可以供给很高 的电能质量，因其负荷侧的换流装置，当某处负荷发生短路故障是，其余负荷不 受影响，供电有保障。（5）直流微网有储能功能，将储存的电能
12、作为一个能量缓 冲器，这就可以平衡各处微源，解决负载短期能量不足的问题。总之从直流微电网的特点可以看出直流微电网光伏发电在未来对太阳能的 开发利用中必将起到无法估量的作用。研究直流微电网光伏模拟器对光伏发电的 科研具有巨大的推动作用，必将大大简化光伏发电系统的研究，直流微电网光伏 发电系统在未来必将为人类的新能源开发与利用做出突出贡献。1.2 直流微电网的研究现状从 2002 年美国 CERTS 微电网被提出以来，经过美国、日本、欧盟等国家的 科学家研究与实践，微电网定义慢慢被完善。更有利于微电网的推广与利用。 CERTS 对微电网的定义为：微电网是一种由微型电源和负荷共同组成的系统， 它可以
13、同时提供电能和热量。美国因为其近些年一些停电现象，使美国更加注重 工业用电的可靠性，美国对于微电网的研究也更加注重于可靠性的研究，美国北 部电力系统承建了第一个微电网示范工程。欧盟也有相应的微电网项目，因为欧 盟希望能够优化电源到用户的产业链来发展分布式微电源，而因为欧盟的电源与 负荷相隔较近，因此欧盟的研究方向主要在微电网的互联的问题。日本因为其本 土资源匮乏，对于微电网的研究也投入很大，主要对于微电网中的能量储存研究 更多，日本的青森县、爱知、和京都都有世界领先的微电网项目。在我国微电网 方面的研究尚处于起步阶段，但是微电网的特点是十分适合我国电力发展的。1.3 直流微电网的研究前景直流微
14、电网技术因其经济性与可靠性使得世界各国都投入大量经费于技术 研究中，直流微电网技术的出现、发展、成熟必将改变传统的电网应对负荷增长 的方式。直流微电网的出现能够减少电力系统能耗、提高电力系统的可靠性。经 济发达的国家如美国、日本等都十分重视微电网的发展研究，只有微电网提供的 稳定可靠的电能才能保证国内电能供应，为国家的发展提供坚实的保障。在我国 经济飞速发展的背景下，对电能的质量与稳定性要求也日益增大。大电网的脆弱 性在这种背景下也日益凸显。要改善这些情况微电网就是我国电力事业发展的一 种重要途径，使电能的供应能够跟上经济发展的脚步。将地理位置相近的重要负 荷组成微电网，再设计出合适的控制管理
15、方法，为这些重要负荷提供优质可靠的 电能，这样不仅可以解决电能供应的一些问题，对于节能环保也是有重要作用的。 国家能源局也计划在“十二五”期间建设 30个微电网示范工程，各级政府已经 出台了一些支持性政策，自下而上推动力越来越显著。就目前来说直流微电网技 术还存在许多问题，但直流微电网在各国发展迅速，相信在不久的将来，直流微 电网技术必将广泛的应用到电力系统中。1.4 光伏发电的研究现状当今世界上光伏发电发展十分迅速，特别是经济发达的国家对太阳能光伏发 电十分重视，大力发展。自20世界 80 年代开始，世界经济发展如何，太阳能光 伏发电相关产业一直以 10%-25%的增速飞速发展4。 90 年代后期太阳能光伏发电 的发展达到一个顶峰，是当时世界上成长最快的高新技术产业之一。截止到 2004 年，世界上太阳能光伏发电装机容量高达964.9MW，而到2005年这一数值增长 到4961.69MW。目前来说，太阳能光伏发电已经商业化，在国际上太阳能光伏发 电的成本约为0.25美元（kwh），太阳能光伏电池的价格约为3.15美元/W,并网 价格约为6美元/W。可以说随着发电转化效率的提高，太阳能光伏发电的利润正 在逐年增加。目前警惕硅光电池光电转化率达到1 5%
