最新浅谈三相光伏并网发电系统Word文件下载.docx
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Thisarticlefirstintroducedthedevelopmentofphotovoltaicpowergenerationsystemandthestatusquo,andtheprincipleofphotovoltaicarrays,characteristicsandmaximumpowerpointtrackingtechnologyaredescribedandcomparedseveralcommonlyusedmaximumpowerpointtrackingmethod.Secondofthree-phasegrid-connectedphotovoltaicinvertersystem,partofadetailedanalysis,includingthephotovoltaicinverterandthePWMpulsewidthmodulationtechnology.
Keywords:
photovoltaic,inverter,network.
第1章绪论
一.1课题提出背景
一.1.1光伏发电技术在国际上的发展
在国际上,全世界的经济大国在上世纪八十年代开始进行光伏并网发电方面的研究,当时由政府投资建造了一些规模较大的试验性并网光伏电站。
九十年代后,对太阳能应用方式发生了重大的变化,由原来的大型光伏电站转变为“屋顶光伏并网系统”。
屋顶光伏并网,将太阳能电池安装在建筑物顶上,不占用土地面积,而且其灵活性和经济性都大大优于大型并网光伏电站,有利于普及,再加上政府的鼓励与支持,掀起光伏发电的浪潮。
诸如日本的“朝日七年计划”推广屋顶光伏并网系统;
德国政府补贴支持的“千屋顶计划”,继而扩展为“两千光伏屋顶”,同时制定“可再生能源电力供应法”高价收购光伏并网的电能刺激光伏发电市场;
美国推行“光伏建筑计划”和“百万屋顶计划”;
其他的发达国家都有各自的推广光伏发电的政策计划,邻国印度也开始扶持光伏的应用【1】。
一.1.2光伏发电技术在国内的发展
我国太阳能电池的研究始于1958年,1959年研制成功第1个有实用价值的太阳能电池,1971年3月首次成功地应用于我国第2颗卫星上,1973年太阳能电池开始在地面应用,1979年开始生产单晶硅太阳能电池。
80年代中后期,引进国外太阳能电池生产线或关键设备,初步形成生产能力达到4.5MW太阳能光伏产业。
其中单晶硅电池2.5MW,非晶硅电池2MW,工业组件的转换效率单晶硅电池11%一13%,非晶硅电池为5%一6%。
我国光伏组件生产逐年增加,成本不断降低,市场不断扩大,装机容量逐年增加,1999年底累计约15MW。
在研究开发方面,开展了单晶硅、多晶硅电池研究及薄膜电池研究,同时还开了浇铸多晶硅等材料研究,并取得可喜成果,其中刻槽埋栅电池效率达到国际水平。
20年来我国光伏产业已形成了较好的基础,21世纪我国光伏发电的发展可考虑2种模式,即年增长率约15%的常规模式和在政策法规驱动下年增长率约25%的快速模式。
按照这种估算,到2020年我国光伏组件在相当大的市场上开始具有竞争力,到2030年左右,则在几乎整个电力市场上都具有竞争力。
目前,光伏电源在我国应用领域包括农村电气化、交通、通信、石油、气象国防等。
特别是光伏电源系统解决了许多农村学校、医疗所、家庭照明、电视等用电,对发展边远贫因地区的社会经济和文化发挥了十分重要的作用。
西藏有7个无电县城采用光伏电站供电,社会经济效益非常显著【2】。
一.2课题研究的目的和意义
我国虽地大物博,能源储量居世界前列。
但从可持续发展的要求来衡量问题我国的能源供应前景存在着巨大的隐患。
我国的能源供需存在着几个方面的问题:
一是资源短缺。
我国的能源总量是不少的,但是按人均计算就非常地低了。
二是利用效率低、浪费巨大。
由于我国的技术水平和管理水平低,能源从开采、运输加工到终端利用的效率均很低。
根据以上情况,开发和使用可再生能源和无污染能源是人类目前必须采取的措施。
虽然目前人类可利用的太阳能、风能、地热能、水能、海洋能等能源形式都是可以满足以上的要求。
但从能源的稳定性、数量、设备成本、利用条件等诸多因素考虑,太阳能将成为理想的可再生能源和无污染能源。
我国是世界上太阳能最丰富的地区之一,非常适合大力发展太阳能发电,特别是西部地区,年日照时间达3000h以上,全国2/3以上的地区年日照超过2000h,年均辐射量约5900MJ/m2。
青藏高原、内蒙古、宁夏、陕西等西部省份关照资源尤为丰富,而我国的无电地区大多集中在此,因此国家推行了“光明工程”和“乡乡通工程”,大力发展光伏发电应用于偏远的边防哨所、通讯基站、无电村落等一些特殊情况。
总投资额100.05亿元的光明工程第一期目标是用五年的时间建立起稳定的投资渠道,销售服务网络和市场机制,产业队伍以及培训体系;
解决我国1/5约800万无电人口的用电问题,约2000个无电村、100个无电哨所和100个无电微波通讯站。
虽然大多还只是独立运行的供电系统,但是也为中国光伏产业的发展和光伏技术的提高起到了积极的作用。
但独立的光伏发电具有一定的局限性。
近年来,光伏产业及市场发生了极大的变化,光伏电池的性价比的提高以及发电技术的迅速发展,光伏发电技术开始由边远地区逐渐向城市并网发电、光伏建筑集成的方向快速迈进,太阳能己经全球性由“补充能源”的角色被认可为下一代“替代能源”。
因此本次课题的主要内容是对三相光伏发电并网系统的研究,是很有研究意义的【2】。
一.3课题主要研究内容
1.对光伏电池的工作原理及工作特性进行介绍,对几种传统的最大功率点跟踪(MPPT)控制算法进行了研究、分析和比较,提出各自优缺点.。
2.对三相光伏并网发电系统中的逆变部分做重点的分析,对DC/DC部分和DC/AC部分工作原理,工作过程进行了详细的分析,并简单介绍了PWM脉宽调制技术。
第2章光伏发电系统概述
一.4光伏发电系统
一.4.1光伏发电的工作原理
光伏发电的能量转换器件是太阳能电池,又叫光伏电池。
光伏电池发电的原理是光
生伏打效应。
当太阳光(或其他光)照射到太阳电池上时,电池吸收光能,产生光电子一
空穴对。
在电池内建电场的作用下,光生电子和空穴被分离,电池两端出现异号电荷的
积累,即产生“光生电压”,这就是“光生伏打效应”。
若在内建电场的两侧引出电极并接上负载,则负载就有“光生电流”流过,从而获得功率输出。
这样,太阳的光能就直
接变成了可以付诸使用的电能。
光伏电源系统,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中或直接供负载使用的可再生能源装置。
其工作原理是:
白天,光伏电池组件接收太阳光,输出电能,一部分供给直流或交流负载工作;
另一部分通过防反充二极管给蓄电池组充电,夜晚或阴雨天,光伏电池组件无法工作,蓄电池组供电给直流或交流负载工作。
一.4.2影响光伏发电的主要因素
太阳能的利用主要是利用到达地面的太阳辐射。
太阳辐射可分为两种。
一种是从光球表面发射出来的光辐射,因为它以电磁波的形式传播光热,所以又叫做电磁波辐射,这种辐射由可见光和不可见光组成。
另一种是微粒辐射,它是带正电荷的质子和大致等量的带负电荷的电子以及其他粒子所组成的粒子流,微粒辐射平时较弱,能量也不稳定,在太阳活动极大期最为强烈,对人类和地球高层大气有一定的影响,但是一般来说不等它辐射到地球表面上来,便在漫长的日地遥远的路途中逐渐消失了。
为此太阳辐射主要是光辐射。
太阳辐射穿过大气层而到达地面时,由于大气中空气分子、水蒸气和尘埃等对太阳辐射的吸收、反射和散射,不仅使辐射强度减弱,还会改变辐射的方向和辐射的光谱分布。
因此实际到达地面的太阳辐射通常是由直接辐射和散射辐射两部分组成。
直接辐射是指直接来自太阳辐射方向不发生改变的辐射;
散射辐射则是被大气反射和散射后方向发生了改变的太阳辐射。
由于大气层的存在,真正到达地球表面的太阳辐射能的大小,则受多种因素的影响,一般来说太阳高度、大气质量、大气透明度、地理纬度、日照时间及海拔高度是影响的主要因素。
(1)太阳高度
太阳高度即太阳位于地平面以上的高度角。
常常用太阳光线和地平线的夹角表示(h)。
太阳高度角大,太阳高,太阳辐射强;
反之,太阳高度角小,太阳低,太阳辐射弱。
太阳高度在一天中是不断变化的。
早晨日出时最低,到正午时最高;
下午又逐渐减小,到日落时最低。
太阳高度在一年中也是不断变化的,这是由于地球不仅在自转,而且又在围绕着太阳公转;
地球自转轴与公转轨道平面不是垂直的,而是始终保持着一定的倾角23.5°
。
上半年,太阳从低纬度到高纬度逐渐升高,夏至太阳高度角达到最大,反之,冬至太阳高度角达到最小。
对于某一平面来说,当太阳高度低时,光线穿过大气的路程较长,所以能量被衰减的就较多;
同时,又由于光线以较小的角度投影到该地平面上,到达地面的能量也较小。
反之,则较多。
(2)大气质量
太阳辐射穿过大气层的路径长短与太阳辐射的方向有关。
参看图2.1所示,A为地球海平面上的一点,当太阳在天顶位置S时,太阳辐射穿过大气层到达A点的路径为。
太阳位于点时,其穿过大气层到达A点的路径则为。
与之比为“大气质量”。
它表示太阳辐射穿过地球大气的路径与太阳在天顶方向垂直入射时的路径之比,通常以符号m表示,并设定标准大气压和O℃时海平面上太阳垂直入射时,大气质量m=1。
同时由图可知:
式(2.1)
式中,h为太阳的高度角。
图2.1大气质量示意图
(3)大气透明度
在大气层上界与光线垂直的平面上,太阳辐射强度基本上是一个常数;
但是在地球表面上,太阳辐射强度却是经常变化的,主要是由于大气透明程度的不同引起的。
大气透明度是表征大气对于太阳光线透过程度的一个参数,在晴朗无云的天气,大气透明度高,到达地面的太阳辐射量就多。
在天空中云雾很多或灰尘很多时,大气透明度就低,到达地面的太阳辐射量就少。
可见,大气透明度是与天空中云量的多少以及大气中所含灰尘等杂质的多少关系很大的。
(4)地理纬度
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