光伏供电系统范文

2024-05-08

光伏供电系统范文（精选12篇）

光伏供电系统第1篇

光伏供电系统符合节能减排的社会需求,符合绿色通信的发展趋势,越来越广泛地应用于无线通信基站。无线基站用光伏发电系统绝大多数建设于高山、海岛、楼顶等高雷击风险的LPZ0区,存在较大的直击雷和感应雷击风险,雷击损坏事件常有发生,通信运营企业亟待相关防雷规范。

2 无线基站用光伏供电系统

无线基站用光伏供电系统分为并网型和独立型,是利用太阳能向通信设备提供电力的一种发电、蓄电组合装置。该供电系统输出不同电压等级的直流电,供给后级低压配电系统负载。

无线基站用光伏供电系统主要由太阳能电池方阵(含汇流箱),控制器(包括太阳能电池组件稳压装置和直流配电单元或与其他电源系统的接口等),逆变器(可选),蓄电池组等组成。系统主要部件构成如图1所示。

它有时与风能发电混合使用,形成通信用风/光供电系统。

3 光伏供电系统雷击环境分析

小型通信设备的雷击环境按照恶劣程度差异主要可分为3类:

(1)I类环境:防雷、配电、连接和接地等符合k.27或k.35要求的物理设施环境。通常此类物理设施处于LPZn区(n≥2),其所有外部信号口、电源口通常均在设施的外部端口电缆入口处配置有初级保护器。

(2)II类环境:不符合I类环境要求的用户楼宇环境。通常此类环境处于LPZ1区,其所有外部信号口、电源口无初级保护器,且设备连接和接地无法满足k.27或k.35的相关要求。

(3)III类环境:处于户外的物理设施环境。通常此类环境处于LPZ0B,属于高暴露环境。其所有外部信号口、电源口无初级保护器,且可能遭受较强等级的雷电危害。通信用光伏供电系统也处于此类环境,为雷击风险最大的环境。III类环境参考图2所示。

III类环境设施,主要包括但不限于:

(1)街边安装环境

(2)用户楼宇顶部安装环境

(3)用户楼宇外墙安装环境

(4)挂杆安装环境

如图2所示,无线基站用光伏供电系统主要安装在LPZ0区,应重点防范直击雷及其附属线路上的感应雷击。

4 光伏供电系统直击雷防护

无线基站用光伏供电系统必须有完善的防直击雷保护措施。当光伏供电系统处于所处大楼、场所、铁塔的接闪器的保护范围内且安全距离不小于1000mm时,可采用所处大楼、场所、铁塔的接闪器作为直击雷保护措施(如果安全距离无法满足,则必须与建筑物的接闪器直接相连)。避雷针的保护范围可简单采用450角法计算。安全距离如图3所示。

当太阳能电池方阵处于楼顶位置时,应尽量远离房檐、屋角等高落雷区域。当太阳能电池方阵处于所处大楼、场所、铁塔的接闪器的保护范围之外时,电池方阵支架处安装避雷针。

如果为风/光混合供电系统,当风力发电机组处于铁塔接闪器保护范围外时,则风力发电机组也必须有完善的防直击雷措施,主要包括:

(1)叶片表面或嵌入叶片表面的接闪系统;

(2)在叶片表面安装雷电接闪系统的一个替代的办法是使得叶片表面自身能够导电;

(3)在机舱顶端安装接闪器。

5 光伏供电系统的连接与接地

无线基站用光伏供电系统的等电位连接应符合相关国、行标的要求。

太阳能电池方阵的等电位连接推荐采用以下方法:

(1)对于分立支架,由于支架间没有通过结构件连成整体,应在施工中用跳线将邻近的支架进行等电位连接,跳线可以采用的铜、铝或钢导体。支架、支柱基础不少于两点与站点地网进行连接如图5所示。

(2)对于整体支架,由于支架结构件已经保证了整体电气连续性,支架不用另外的等电位连接处理。支架、支柱基础不少于两点与站点的接闪器或地网进行连接如图6所示。

为减少雷电感应,由光伏供电系统电缆线路构成的回路应尽可能的小、短和直。有条件的应穿金属管并做埋地处理,金属管应接地。

无线基站用光伏供电系统应采用联合地网。建议站点接地系统宜采用环形接地体或者将建筑物混凝土基础的钢筋作为接地体。当采用环形接地体时,接地体须采用裸导体,水平接地体与建筑物边缘的距离约为1m,其埋地深度约为0.7m。附加的接地体尽可能地在引下线处和环形接地体连接,连接点尽可能均匀分布。

光伏供电系统的汇流箱可以安装在光伏组件支架上,不需要与支架绝缘,汇流盒的接地线直接接到支架上,建议接地线径不小于6mm2,长度建议不超过2米。

6 光伏供电系统各端口雷电防护能力

6.1 光伏供电系统雷击抗力要求

根据光伏供电系统所处环境和雷击强度,建议各端口雷电防护能力满足表1的要求。

对于无线基站用光伏供电系统,推荐的SPD采用对称1+1的模式,具体的安装及保护电路如图7所示。

6.2 测试方法

对于光伏供电系统防雷性能测试均应在正常工作(供电)状态下进行,对于必要的辅助设备也应与主设备一起作为一个整体进行试验。

对于端口测试,同种类型的、多个无差别端口只需要选择一个进行测试。

雷击试验应在两个连续的浪涌信号间转换极性,在相应的试验部位上,施加正、负极性的干扰至少各5次。同一端口的两次连续试验的时间间隔不小于1min。

当横向试验施加在一个端口时,该端口的一个端子应连接到信号发生器,其它端子应接地。试验后应依次调换端子再进行试验。

典型的试验设置如图8所示。

7 小结

本文详细论述了无线基站用光伏供电系统雷击环境因素,从直击雷防护、连接与接地、各类端口雷击抗力要求和测试方法等多角度,全面阐述了无线基站用光伏供电系统的防雷要求和措施,希望本文对保障光伏供电系统的防雷击安全有所帮助。

参考文献

[1] IEC 61400-24风力发电机组雷电防护

[2] GB 50057-2010建筑物防雷设计规范

[3] GB 50689-2011通信局(站)防雷与接地工程设计规范

[4] EN 50539-11低压浪涌保护装置-用于包括直流在内的特定应用的浪涌保护装置

光伏系统工程简历第2篇

姓名：	大学生个人简历网
性别：	男	年龄：	24岁
身高：	172CM	婚姻状况：	已婚
居住地：	长沙市	身份证：	40

户口地：湖南省工作年限：3年普通话：一般最高学历：大专 (全日制) 专业：机电证书编号：当前薪酬： 7500元英语级别：二级计算机：优秀求职意向

意向地区：	广东省江苏省浙江省	意向岗位：	光伏系统工程师项目总监/项目经理电气工程师
住房要求：	不需要提供	期望月薪：	8000元
到岗时间：	一个月内

工作经验

时间：

-07 ~ -01

公司名称：

******

职位名称：

光伏系统工程师

月薪：

4500元

工作描述：

郑州富士康15.228兆瓦BIPV系统

光伏系统设计、模拟分析与制作，确定系统配置方案、配置系统主要器件及规格型号、竣工资料制作。

简历详述

本人待人处事比较热情大方，并且诚实稳重，良好的.沟通协调和实际动手能力,较强的谈判分析、团队建设能力，能视团队成功为己任!熟练OFFICE办公软件、AutoCAD、光伏模拟软件（RETScreen、PVSYST5.0），熟悉ABB、施耐德电气产品

简易便携光伏发电系统第3篇

关键词便携太阳能光伏发电

中图分类号：TK513 文献标识码：A

1 系统结构及原理

整个系统可分为三部分，分别为：太阳能电池组、充电器、逆变器。

图1

太阳能电池板材料为单晶硅，有较好的转换能力，在晴朗的天气下恒功率输出1.5W/0.5V。将36块电池串联空载电压理论为18V，3A的充电电流，采用折叠设计可以减小占地面积，便于携带。

采用UC3906可以对蓄电池进行精准充电。在电量不足时，充电器立即进入大电流充电状态，随着电池充电，电池两端的电压逐渐升高当13脚采样的电压为0.95，充电立即进入过充状态；刚进入过充电状态时，充电器继续输出最大电流，当蓄电池电压到达过充电压时，充电器进行恒压充电，电压稳定在过充电压，此时，UC3906的13脚电压等于内部基准电压。此后，蓄电池接收充电电流开始减小；当充电电流下降到过充电终止电流时，电流取样比较器的输出中断，UC3906内部的10提升电流，使过充终止端（8脚）的电位升高。当干扰或其它原因使充电电流瞬时下降时，为避免充电器过早地转入浮充状态，在UC3906的第8脚与地之间接入1只电容器。当8脚电压上升到规定的门限值（1V），后充电状态逻辑电路使充电器转入浮充状态。此时，状态电平级的输出关断，消除了对、和分压器的旁路作用。电压放大器控制驱动三极管，使充电器输出电压保持在浮充电压。同时充电充满指示灯被点亮避免过充缩短蓄电池寿命。

图2

图3

逆变部分为本系统的核心。电路以集成电路SG3525为核心，由SG3525输出两路互补对称的驱动信号：

= = 73kHz

图4

图5

两路信号分别加两个推挽电路上，驱动后级的4个NCE01H14T（如图），由于前面输出的互补对称的脉冲波，将每路脉冲分别驱动两个NCE01H14T，经变压器升压在叠加电压可达到峰峰值334V。为保持DC/DC变换器输出电压的稳定，将检查到的输出电压与设定电压进行比较，该误差经PI调节器后控制SG3525输出驱动信号的占空比。而当检查到DC/DC变换器输出电流过大时，SG3525将减小门极脉冲的宽度，降低输出电压，进而降低输出电流。当输出电压过高时，会停止DC/DC变换器的工作。由于推挽式电路容易因直流偏磁导致变压器饱和，因此，设计中进行了饱和检测，当经推挽电路的两个支路电流失衡时，就会启动SG3525的软启动功能，使DC/DC变换器重新启动，变换器得以复位。

利用可编程芯片PIC16f788输出两路互补的调制脉冲，采用面积等效法实现SPWM Sinusoidal PWM 简称SPWM）控制IGBT的导通与关断时间。在半个周期（0.01s）内将脉冲分为100份，经过H全桥逆变后遍输出50Hz的正弦波。

（1）太阳能电池组-充电器-蓄电池

在实际中，太阳能电池空载最高可输出20.132V电压和3A的电流，略高于设计时的理论值。在用太阳能电池组给12V/36Ah蓄电池充电时，最高充电电流为1.2A；充满时，充电电流为100mA左右，充满时间约为10h。

（2）蓄电池-逆变器-负载

将太阳能电池板和蓄电池断开，利用蓄电池给逆变器供电，等逆变器工作稳定后，接上400W的负载，可带动。

参考文献

[1] 李兵，基于UC 3 9 0 6 的免维护铅酸蓄电池智能充电器的设计。

[2] 吴栋梁朱传裕，正弦脉宽调制（SPWM）波的基本要素。

光伏电站接地系统问题浅析第4篇

现今, 随着光伏发电技术的日趋成熟和大量已建成光伏电站的运营, 系统安全性已经成为了保障日常生产的重要因素。以往许多人们对于“小容量”光伏电站的接地、防雷问题并不重视, 但随着太阳能电池板功率和电站系统容量的增大, 近年来由于接地不良造成的人身触电伤亡事件已为数不少。本文将列举在建设过程中可能会遇到的接地施工问题并浅析接地技术。

1 光伏电站接地系统常见问题

光伏系统布线复杂、支路繁多、距离长、面积大, 不可避免的会受到自然界和人为破坏, 从而使光伏电站出现接地故障。一般情况下, 在发生一极接地时, 由于没有构成接地电流回路而不会引起危害。但一极长期接地工作依然是危险的, 当另一个地点同时发生接地故障时, 将可能造成直流电源短路, 烧毁熔断器和开关, 甚至导致逆变器故障。此外, 防雷系统的故障, 更会直接导致人身和设备的损害。通过在青海等地进行光伏电站EPC总承包和调研工作, 发现在建设过程中接地系统常见的施工问题如下:

(1) 接地引下线和避雷带焊接长度不够 (圆钢不应小于六倍直径, 扁钢不小于两倍宽度) ;焊接不合格, 焊接处有焊瘤、气孔和夹渣;未敲除焊渣。

(2) 接地引下线、避雷带变形, 脱离支架。

(3) 用结构金属材料代替避雷针及接地引下线, 镀锌焊接后未刷防腐漆。

(4) 接地体引下线未做防腐处理。

(5) 接地线穿墙时未加设保护套管。

(6) 屋内电气设备外壳未与接地系统连接。

(7) 电气设备接地线未与地网连接。

(8) 接地体、地网安装敷设过浅 (不应小于0.8米;若有冻土层, 则应敷设在冻土层以下) 。

在光伏电站的建设施工过程中, 接地工程多为隐蔽工程和边角工程, 经常被施工和监理人员所忽视。而有些接地系统一旦发生故障, 在广阔的厂区检测故障点并修复往往要耗费大量人力和时间。因此, 在建设过程中, 各参建方应仔细审查、理解设计图纸, 各专业协同合作, 对于设计图纸中衔接不清或施工中存在的不确定应及时反映沟通, 勿要放任敷衍, 导致返工乃至威胁设备和人身安全。

2 光伏电站接地系统

2.1 接地电阻

为防止触电或保护设备的安全, 将设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好电气连接叫做接地。接地系统包括需接地设备、接地引下线、接地体和大地。接地电阻是指电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻, 它包括接地引下线和接地体本身的电阻、接地体与大地之间的接触电阻以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限远处的大地电阻。接地电阻大小直接体现了电气装置与大地“接触”的良好程度, 是检测接地系统是否合格的直接参数。

一般在光伏电站中, 接地引下线和接地体的电阻很小, 多可忽略。系统的接地电阻主要为接地体到大地无限远处的电阻, 即主要由接地体周围的土壤电阻率决定。

2.2 土壤电阻率

土壤电阻率是单位长度土壤电阻的平均值, 单位是欧姆·米。土壤电阻率的大小主要取决于土壤中导电离子的浓度、土壤含水量和土质颗粒的大小, 如表一。

2.3 接地方式

光伏电站接地系统通常有两大类:一是防雷接地, 二是工作接地。不同类型的接地, 要求也不尽相同。防雷接地的接地电阻值一般在4-30欧, 而工作接地的接地电阻一般在0.5-10欧。光伏电站占地面积虽大但布局空间有限, 为了满足接地电阻的要求, 往往采用全站共用接地系统的设计方案。

2.3.1 防雷接地

光伏电站由于占地面积相对较大, 周围地势多相对平缓且厂区内无高大建筑, 其防雷措施主要为:

(1) 加设避雷针以防止直击雷并满足保护半径, 高度多在20-35米。但为了保证光伏电池组件的运行安全和效率, 应避免对组件造成遮挡阴影。

(2) 光伏组件支架可靠接地。

(3) 汇流箱进出端口处加设避雷器。

2.3.2 工作接地

工作接地方式主要有以下三种类型:

(1) 中性点非直接接地方式 (I-T) 。用电设备中性点不接入大地, 如图2。

(2) 单个保护接地方式 (T-T) 。电源变压器的中性点直接接地, 用电设备外壳可导电部分直接接入大地如图3。

(3) 中性点直接接地方式 (T-N) 。在这种方式中, 电力系统变压器中性点直接接地, 用电设备外壳可导电部分通过接地引下线和接地系统作良好的金属性连接, 如图4。

光伏电站接地系统敷设常会面临下列三项问题:

a.选择主控室和各逆变器室位置

主控室和逆变器室应尽量选择在电阻率减低的土壤周围。但光伏电站各电气室受空间限制较大, 亦可将接地体敷设在电阻率较低的土壤里。

b.使用化学降阻剂

化学降阻剂一般为高分子合成树脂和电解水溶液并混合固化剂而成。将其注入接地体周围后会变成固液混合形态, 大大降低该处电阻率。主要应用于高寒和土壤电阻率较高地区。

c.接地体防腐

根据厂区土壤情况合理选择接地体材质, 保质刷涂防腐漆, 必要时可采取阴极保护。

在实际工程中, 要特别注意本工程地域特点, 有的放矢。以青海省为例, 即便相邻的两工程中接地系统敷设所遇到的问题却不尽相同。有的站区土壤多含碎石, 主要需解决土壤电阻率较高的问题;而相邻站区则可能由于地下盐碱水问题则需特别注意防腐。

3 总结

光伏系统工程个人简历第5篇

姓名：	大学生个人简历网
性别：	男	年龄：	26岁
身高：	175CM	婚姻状况：	未婚
居住地：	常州市	身份证：	43047257

户口地：湖南省工作年限：5年最高学历：大专 (全日制) 专业：计算机证书编号：当前薪酬： 0元求职意向

意向地区：	广东省浙江省湖南省	意向岗位：	组件工艺主管/工程师/技术员光伏系统工程师测试工程师
住房要求：	不需要提供	期望月薪：	保密
到岗时间：	两周内

工作经验

时间：	2010-04 ~ 2012-03	公司名称：	******
职位名称：	组件工程师	月薪：	保密
工作描述：

时间：	-04 ~ 2010-10	公司名称：	深圳创益
职位名称：	生产品质技术	月薪：	保密
工作描述：

简历详述

工作经验：-现在从事光伏强光型太阳能非晶硅薄膜电池板行业

1.熟悉整个生产流程

2.会办公软件的操。

3.做过组件生产领班.协助主管管理，生产计划安排车间生产,负责车间作业方法管理,负责车间产品质量管理,负责车间物料管理,负责本班人员的安全管理,负责车间环境、5s管理,

4.熟悉产品质量管理及生产工艺和设备的管理流程对标准作业和生产现场改善，以及质量和环境体系比较熟悉良好的沟通能力及团队合作精神，能承受工作压力

5.熟悉整个流水线庭院灯非晶硅电池片工艺流程等

6.熟悉整个组件测试工艺流程等

7.做过品检能对整个流程管控，能篇写整个流程的管控标准和成品出货（成品检验）熟悉ISO9000-2008质量管理体系ISO14001环境管理体系

8.客户的退货分析

9.来料的使用情况和来料的评估分析

10.各种行业的实验仪器：rohs仪分光照度仪方块电阻仪万用表绝缘电阻仪强光测试仪电子模拟负载测试仪

11熟悉整个外发加工tco导电玻璃的流程.

12：操作（超声波焊接机- 层压-组装-焊接线盒-组件测试）

13曾经参于iec tuv ul 3c 认证的各种项目的实验

14rohs仪检测是否环保分光照度仪检测tco玻璃的`透过率方块电阻测试tco的面电阻是否合格（高阻低阻）电击芯板实验缘电阻测试（绝缘电阻实验湿漏电实验）强光测试（暴晒实验是否率减）冰雹实验压力实验退火实验接线盒的拉力实验等等等.

15.熟悉电池板电池板各种特性，熟悉系统里面各个配件使用的效果。对离网小组件发电系统，路灯系统，庭院灯系统，能独立完成。

16..3-2011.6江苏工作这段时间独立完成5000W家庭用户系统.

17.例如：（路灯系统直流变交流光伏和市民用电互换使用），

家庭系统（光伏用电和市民用电互换使用系统）

例如：太阳能路灯系统的基本结构：

太阳能路灯系统由非晶硅太阳能电池板方阵（包刮支架），太阳

能充放电控制器（含路灯光控和时控），控制箱，LED节能灯，蓄电池组和灯杆几部分构成，

若输出电为交流220V或者110V，还要配置逆变器。

非晶硅太阳能路灯系统图：如下

太阳能电池板——通过太阳能控制器——输入蓄电瓶——再通过太阳

能控制器输出——电脑时间控制器——输出可分2种，一种分为直流输出LED灯必须恒流，

另一种是直流转交流光伏市电互换控制使用。

控制器和蓄电瓶安装的方法二种，一种是埋地防水控电箱法，另一种控电箱法。

所需要的物料：

1. 太阳能路灯高架

2. 太阳能电池板4片（尺寸：315*1245功率20W）4*20W=80W

3. 节能灯头（带灯）（1个）40W或者60W(LED节能灯或者高压钠灯)

4. 控制器12V/5A，

5. 蓄电瓶12V,70AH

6. 控电箱（1个），

7. 电脑时间控制器（1个）或者光感控制器（1个）

8. 逆变器12V/转220V

9. 市电互补控制器

10.(一套60W路灯系统)

光伏并网发电系统及其控制策略第6篇

关键词：光伏；最大功率控制；策略

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 16-0000-01

一、光伏发电的背景和意义

能源短缺和环境污染是当前人类的文明面临的最大挑战，石油、煤炭的无度开采和使用，直接导致大气层破坏、温室效应加重，酸雨等灾害频发。环境污染和破坏最终必将给人类自身的生存和发展带来直接威胁。随着社会经济的发展和地球人口的增加，对能源的需求和依赖程度不断加剧，对资源型化学燃料的开采逐年增加，一方面导致地球资源变得更加短缺，同时对环境造成了不可逆转的严重破坏。如何统筹解决好经济发展、能源消耗、环境污染等系列问题成为全人类需要面对的共同课题。近年来绿色新能源的开发和利用已经取得了实质性进展，光伏技术的出现使清洁可再生能源的利用和开发成为可能。太阳能光伏发电技术作为最新的绿色能源技术以其巨大的开发潜力成为众多国家的研究方向。地球所有能源几乎全部由太阳能转化形成，太阳能是人类生存发展的最重要能源形式，太阳能开发和利用对人类生活方式和文明进程有着不可替代的作用。虽然当前太阳能光伏发电的成本依然较高，但我们可以预见，经过人们的不断努力，太阳能作为一种几乎永不枯竭的能源可能在未来成为人类最重要的能源供给形式，太阳能的开发和利用具有无法估量的潜力和未来。

二、最大功率点跟踪控制策略

太阳能电池是光伏半导体材料吸收光能的半导体材料的光伏效应的使用能够生效后产生的现象。类似的半导体材料的太阳能电池和二极管的基本特征吸收光线时，由光子激发的电子-空穴对，会产生分离力。太阳能电池的光电转换的最小单位，一般不作根据需要许多系列和平行重新组建后的太阳能电源，太阳能电池单元和包经过串并联的电池组件，太阳能电池组件阵列。因为太阳能电池的最大功率点受温度和光照影响，所以在不同的工作环境下，为了使太阳能电池输出最大功率，就要让太阳能电池的参数和负载取得最佳匹配，才能获得最大输出功率。

在线性常规电气系统及设备中，为确保获得最大负载功率，经常需要警醒负载匹配工作，以便使供电系统的内阻与负载系统内阻基本一致，此时负载系统可以获得功率值会达到最大。对于供电系统内阻恒定的情况，可采取内阻和外阻相同的方法获取输出功率最大值，然而在太阳能光伏供电系统中，太阳能电池的内阻会受到温度、负载、光强等因素的影响，太阳能电池的内阻始终处于变化状态，无法通过内阻与外阻相同的简单方式获取最大输出功率。比较常用的方法是实施太阳能最大功率点跟踪控制，使负载和太阳能电池阵列的直流转换器增加，通过电源开展的占空比调节实现太阳能电池列阵输出功率最大，并实现最大功率的跟踪控制效果。

三、光伏发电系统的并网控制

太阳能电池板输出的电流为直流电，而公共电网侧的电流多为50Hz交流电，要实现太阳能电池板输出能源并入电网，需要通过逆变器将太阳能电池输出的直流电转换为交流电。光伏发电系统的并网控制关键在于，通过控制器和逆变器将太阳能电池组输出的电流转换为电网同频率的输入电流，实现电网功率因数控制和调整。

光伏并网系统逆变器控制方式通常可以分为电流控制和电压控制，通过电源输出控制和逆变器控制并联实现。事实上如果光伏逆变器输出系统可以视为容量无限的恒压源，光伏电源和电网电源并联运行，为确保电网稳定，需采用相应的锁控制技术，在确保系统稳定运行的前提下，实现光伏发电系统与电网电源同步，通过对变频器的输出电压的调整以及对相位系统输出功率大小的控制实现，然而，因为锁相环的响应速度比较缓慢，系统中逆变器输出电压往往不易得到十分精确的控制，可能导致流通性问题，如果未采取一定措施，在通常情况下，电压源并联相同的功率水平运作方法往往不易获得最佳性能。如果采用逆变器输出电流控制的方法，则仅仅需要对逆变器的输出电流进行控制，来完成对电网电压的跟踪，就可以实现并联运行的目的。因为这种控制方法比较简单，实现方便，因此应用比较广泛。当前光伏并网发电的抓哟模式均为电源源输入和电压源输入控制的模式。

太阳能光伏发电技术拥有十分广阔的发展前景，随着光伏技术的进步和光伏产业规模的扩大，未来太阳能电池板光电转换效率将会有更大幅度的提高，太阳能光伏发电成本也会大大降低，太阳能电池的使用寿命也会进一步提高。当前世界各国军在太阳能光伏发电方面给予了大力支持，在政策、法规等方面给予了充分的支持，在世界范围内形成了太阳能光伏并网发电的良好研究环境和发展环境。在世界能源日益紧张，环境问题日益突出的情况，太阳能光伏发电作为可再生新能源具有令热鼓舞的发展前景，虽然目前在太阳能光伏发电方面还存在一些技术性难题，但我们相信随着研究的不断深入，未来太阳能光伏發电技术必将迎来更快发展，并在我国能源结构中占据重要位置，为满足人民生活质量提升要求作出新的贡献。

参考文献：

[1]石定寰.中国新能源与可再生能源年鉴[M].北京：中国可再生能源学会，2009：1-3.

[2]李安定.太阳能光伏发电系统工程[M].北京：北京工业大学出版社，2001：1-3.

[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，2005：32-35.

光伏供电系统第7篇

关键词：光伏系统,并网发电,独立供电,工作模式,控制策略,最大功率点

1 主电路拓扑结构分析

光伏并网发电/独立供电系统是一种将有源逆变与无源逆变结合于一体的逆变装置,除了需要2种不同的控制策略外,还需要两套不同主电路拓扑结构,但是发现这2种逆变主电路的不同之处在于滤波环节不同,实际上可以通过对滤波参数进行整合折中,选用相同的滤波参数以满足需要,这样就能省去一套滤波装置,从而可以一机两用。本文采用了单相拓扑结构来实现两用功能。三相与单相实现原理一样,只是控制上要复杂些。

系统主电路根据实际设计有以下几种结构:

图1是一种比较简单实用的结构,他的主要构成有:光伏阵列、蓄电池组、双向全桥变换器、并网逆变和独立逆变共用的滤波电感L、工频变压器、直流平波电容、软起动电阻、以及若干接触器。他的具体工作原理是:光伏阵列和蓄电池的直流电能可以由双向全桥变换器变换成交流电能,提供给负载或电网;电网的交流电能也可以由双向全桥变换器变换成直流电能,给蓄电池充电。

图2 与图1基本相同,只是多了一个太阳能充电器环节,这个环节的增加,使得蓄电池既可以由太阳电池充电,又可以由电网整流充电。但是显然增加了系统的成本。图1通过一个二极管来代替接触器KM1,因为大容量的直流接触器价格比较昂贵,尽量少的使用接触器,可以降低成本,于是得到图3,由于系统在SPWM整流充电时需对直流电压控制,若太阳电池电压过高二极管导通,不利于直流电压控制。

2 系统的工作模式

从系统要求出发,要具备以下几种工作模式是:

2.1 并网逆变模式

这种工作模式的前提是天气晴好,且电网电压正常和蓄电池不需要充电。负载是交流电网和交流负载。

2.2 独立供电模式

这种工作模式的前提是电网电压故障。负载是交流负载。

2.3 整流充电模式

这种工作模式的前提是电网电压正常且蓄电池欠压。负载是交流负载和蓄电池。

2.4 太阳电池给蓄电池充电模式

这种工作模式的前提是电网故障,不能由电网进行整流充电,且天气晴好,这时逆变器工作在独立逆变状态,蓄电池处于边充边放状态,但这时一定要注意检测蓄电池的电压,不能过充,否则会损伤蓄电池。由于考虑成本因素没有加充电器环节,以及处于独立逆变工作状态蓄电池不能完全充满,只能根据蓄电池的电压和充电电流大小近似认为是否充满电,这只是一种附加充电方式。

2.5 电网给负载供电模式

天气转阴(或夜间)且蓄电池电已充满,则由电网给负载供电,逆变器不工作。

知道系统这5种工作模式后,如何进行各种模式之间的切换是需要认真解决的一个问题,由于考虑到成本问题,没有选用图1,2那种拓扑结构,这就使得太阳能给蓄电池充电模式不够理想,控制的可靠性方面不够完美,但如果采用高频逆变器作为并网和独立逆变的逆变器,从一方面考虑还是具有一定的可行性,因为高频逆变器中有一个DC/DC升压环节,正好可以利用这个升压环节作为太阳能给蓄电池充电的充电器,使的系统的充电控制策略更加完善,同时由于采用高频逆变器,可以省去笨重的工频变压器。但是在高频独立逆变时直流侧需要更多的蓄电池,同样也会增加成本。下面将在本文采用的拓扑结构下,介绍5种模式之间的7种切换过程。

(1) 并网逆变和独立逆变之间的切换

系统开机后首先检测电网电压、蓄电池电压和太阳电池电压,如果电网电压正常,且太阳电池电压正常,蓄电池电压也是满的,这时就可以进行并网发电,逆变器输出电压供给电网和交流负载,此时如果电网发生故障,则系统在检测到电网故障后会立即转入独立逆变状态,继续给负载供电,起到不间断电源的作用。当电网恢复后又继续并网发电。

(2) 并网发电和整流充电之间的切换

当电网正常时,在进行并网发电时若发现蓄电池电量不满,则可以通过手动开关发一个I/O信号给控制器,控制器发相应的命令实现整流充电,此时系统停止并网,当蓄电池充满电后,检测并网条件符合后则自动再转到并网发电模式。

(3) 并网逆变模式和太阳能充电模式之间的切换

当电网正常时,在进行并网发电时若发现蓄电池电量不满,则可以通过手动开关发一个I/O信号给控制器,控制器发相应的命令实现太阳能给蓄电池充电。当检测到蓄电池电压基本满时则检测是否符合并网条件,若符合条件,则继续并网发电。

(4) 独立供电模式和整流充电模式之间的切换

当系统工作在整流充电时,若电网发生故障,则系统检测到故障后立即转到独立供电模式。当系统工作在独立逆变状态时,电网恢复且蓄电池电量不足,这时系统又转到整流充电模式。

(5) 独立供电模式和太阳能给蓄电池充电模式之间的切换

当系统工作在独立供电模式时,若天气晴好则边给蓄电池充电边独立逆变;当天气转阴时或天黑时则由蓄电池提供能量进行独立供电。

(6) 独立供电和电网给负载供电模式之间的切换

当电网给负载供电时,突然电网发生故障,则系统会立即转入独立供电状态;当电网恢复时会继续转到由电网供电状态。

(7) 整流充电模式和太阳能充电模式之间的切换

当系统正在进行整流充电时,电网突然发生故障,则系统必须工作在独立供电模式,此时系统处于边充电边逆变状态,也即是太阳能充电模式,当电网恢复后,可以根据需要再转到整流充电模式。

在知道详细的切换过程后,还需要知道在各种工作模式下的控制方法,在并网模式时,需要控制与电网电压同步的并网电流,而且要保证太阳电池始终以最大功率输出;独立供电模式下,需要控制逆变器的交流输出电压;整流时需要控制交流输入电流,并且保证电流与电网电压反相,才能得到蓄电池的恒压、恒流控制。

3 蓄电池的充电管理

在独立供电模式下,铅酸蓄电池组工作在存储能量和释放能量状态。

天气晴好且电网故障时,系统工作在独立逆变状态,可以根据负载大小和太阳电池阵列容量给蓄电池充电;当天气转阴(或天黑)且电网故障时蓄电池能量可以经过逆变给负载供电,蓄电池组的在这种工作环境下工作,会存在以下缺点:

(1) 电源来自于光伏阵列接收到的太阳辐射能量,容量有限,并且受到时间、环境温度和太阳辐射强度等因素的影响,具有间断性的特点;

(2) 蓄电池组的充放电次数频繁,经常工作于充放电状态;

(3) 太阳辐射强度较高时,容易造成蓄电池组过充;太阳辐射强度较低时,又容易造成蓄电池组欠充。

这些缺点的存在可能使得昂贵的蓄电池组寿命减少,由于以上原因,为了保证系统正常供电和蓄电池的长期使用,必须采用合理优化的控制方法来减小这些因素对蓄电池的影响。在对蓄电池充放电时,应尽可能地按照蓄电池所提供的充放电特性曲线进行,充电时一般采用三段式充电方式,先恒流充电,然后恒压充电,再涓流充电;当蓄电池工作于放电状态时,须设置蓄电池的放电电压下限值,保证蓄电池的放电深度,不能过放。所以,在蓄电池工作时须检测蓄电池的充电电流和端电压,这样才能实现对蓄电池的三段式充电管理以及放电管理。同时,由于温度也会影响蓄电池的特性曲线,温度不同,其欧姆内阻和过充电压阈值也不同,因此,为了实现对蓄电池的有效管理,有时还须对蓄电池过充电压阈值进行温度补偿。

在了解了蓄电池的充放电要求后还需要根据太阳电池的特性来设计充电器,在设计充电器之前需要了解太阳电池的最大功率跟踪技术。

3.1 最大功率点跟踪技术

由于太阳电池本身的特性和成本比较昂贵,希望太阳电池阵列在同样日照、温度的条件下输出尽可能多的电能,以达到资源的最优利用,尤其是在大功率光伏并网系统中,最大功率点跟踪技术更显得重要。日照强度和电池结温是影响太阳电池阵列功率输出的2个重要参数,太阳电池结温和环境温度的关系依赖于日照强度,从太阳电池阵列的I-V特性(见图4)和不同日照量下的I-V和P-V特性曲线(见图5)可以看出在日照度不变的条件下,当环境温度升高时,太阳电池的开路电压将减小,短路电流将有微小的增大。在环境温度不变的条件下,当日照度高时,太阳电池的短路电流Isc将增大,开路电压Uoc将有微小的增大。考虑到日照度高时一般都具有较高环境温度,日照度低时一般都具有较低环境温度这一特点,太阳电池1天内最大功率点的轨迹接近于太阳电池某一恒电压处的功率轨迹。

(1) 短路电流(Isc):

在给定日照强度和温度下的最大输出电流;

(2) 开路电压(Voc):

在给定日照强度和温度下的最大输出电压;

(3) 最大功率点电流(Im):

在给定日照强度和温度下相应于最大功率点的电流;

(4) 最大功率点电压(Vm):

在给定日照强度和温度下相应于最大功率点的电压;

(5) 最大功率点功率(Pm):

在给定日照强度和温度下阵列可能输出的最大功率,Pm=Im·Vm。

因为太阳电池1天内最大功率点的轨迹接近于太阳电池某一恒电压处的功率轨迹。所以可以采用定电压控制方法实现最大功率点跟踪问题。

3.2 系统的充电控制策略

在了解太阳电池的最大功率点跟踪技术后,就可以设计适合铅酸蓄电池的充电器。由于这部分内容在有关文献中介绍比较多,在这里不再叙述。

蓄电池的充电主要有2种方式:一种是太阳电池阵列给蓄电池充电,另一种是利用双向变换器对电网电压通过SPWM整流对蓄电池充电。前一种充电方式由于需要光伏充电器,增加了系统的成本,但不加光伏充电器,会频繁的对蓄电池进行不完善充放电,且不能进行最大功率点跟踪,因此采用电网SPWM整流充电方式作为主要的充电方式;而太阳能给蓄电池充电模式只作为一种辅助的充电方式,一般不使用这种方式给蓄电池充电,只有在独立逆变时为防止太阳电池能量不足或过剩,作为一种提供能量和存贮能量的装置才可以设置采用这种充放电模式,而且这种模式下需要保证蓄电池电压不能过压,如果在前面加一级DC/DC充电器,这样可以对蓄电池进行合理的充电控制。符合蓄电池的使用要求,但成本高。

在采用太阳电池给蓄电池充电工作模式时,只能通过判断蓄电池电压来认为蓄电池是否充满,因为没有蓄电池正常的三段式充电过程,所以很难将蓄电池充满。本文充电系统主要是通过SPWM整流进行充电,这种充电方式可以很好的满足充电要求。下面介绍SPWM整流充电控制策略。

蓄电池的充电系统需要控制直流电流、直流电压、交流网侧电流3个量,因此,该系统的控制结构应包含有 3闭环控制,其结构如图6所示。

U*x为蓄电池充电电压指令值;Ux为蓄电池实际反馈电压;ASR为蓄电池电压调节器,电压误差调节输出为I*x;I*x为充电电流指令值;Ix为实际充电直流电流;ACR1为蓄电池直流电流调节器,ACR1的输出作为网侧电流的幅值给定,其正负决定了是并网还是充电,即其逆变器并网电流与电网电压是同相还是反相;TB为同步电压变换器;I*M与同步变换器输出U*net的乘积为I*B,I*B再作为网侧交流电流的给定;ACR2为网侧电流调节器,实现网侧电流I*B的跟踪控制;ACR1的输出I*M的正负变化可以反映系统处于充电状态还是并网发电状态,也即指令电流I*B与电网的对应相位是相同还是相差180°。因为是3闭环控制,要得到稳定的充电电压和电流就必须合理的设置3个调节器的参数,同时也要保证一定的快速性。

具体工作原理是:当蓄电池电压小于给定直流电压时,相当于蓄电池欠压;此时直流电压调节输出值增大,也就是直流电流给定值增大,于是直流电流调节器输出增大,也就是网测电流给定值增大,于是网测电流调节器值增大,变换器导通角增大,电网输入功率增大,反映到直流电压升高,直流电流也增大;当蓄电池电压高于直流给定电压时,直流电压调节器输出减小,也就是直流电流给定值减小,于是直流电流调节器输出也减小,网测电流给定值也减小,变换器导通角减小,网测输入功率减小,反映到直流电压也减小,直流充电电流减小。

由于这部分基本由软件实现,这里不再叙述。

4 结语

随着光伏发电系统在我国的广泛推广和应用,相关电力变换系统及技术也会不断进步和发展,光伏并网逆变和独立逆变供电系统虽然其各有特点并分属不同应用场合,但两者结合一体的应用会更加受到用户欢迎。逆变器的模块化和多功能化是今后逆变技术的发展方向,不仅是并网发电和独立后备供电的两者控制的结合,而且还会有多机并联供电、多机并网群控等功能的集成。

参考文献

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[3]赵为.太阳能光伏并网发电系统的研究[D].合肥:合肥工业大学,2003.

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[5]刘凤君.Delta逆变技术及其在交流电源中的应用[M].北京:机械工业出版社,2003.

光伏供电系统第8篇

随着我国发展智能输电线路需求的增大,工作在导线上的监测设备越来越多,如动态提高输电线路容量在线监测系统、高压线路温度在线监测设备、线路附近环境(风速、湿度等)监测设备等。因为采集信号的各种传感器及数据发送装置等都在杆塔或者输电线附近,无法使用常规的电源,所以这些检测设备的电源供给也就成为我们研究的课题之一。

现今输电线路监测装置比较常用的供电方式主要有太阳能供电、蓄电池供电、线路感应取电、激光供能[1]等,但它们或多或少会具有稳定性差、输出功率有限、绝缘性差、寿命比较短等缺点。而有些监测设备,比如动态提高输电线路输送容量系统终端、输电线路状态检修系统等是直接安装在线路杆塔上的,考虑到输出功率、绝缘性等问题,这些监测系统主要采取太阳能光伏供电的方式。太阳能光伏发电无污染、无噪声,能量随处可得,不受地域限制,相比高压线取能,不需要与高压侧接触,不存在绝缘问题,成本较低[2]。但现在有些太阳能供电方式,存在难以实现给监测设备全年全天候连续供电的问题,而且不能保证太阳能电池可以输出最大功率,致使监测终端系统无法正常运行。

本文介绍的太阳能光伏电池加蓄电池供电系统,通过计算选定合适的太阳能光伏阵列以及蓄电池的型号和容量,保证系统可以全年全天连续给监测装置供电,并且编写了基于MPPT算法的核心控制软件[3],实时控制太阳能光伏电池的工作点,确保太阳能光伏阵列尽量工作在最大功率点附近,实现了太阳能供电系统的稳定输出。

1太阳能光伏供电系统的组成

太阳能光伏电池加蓄电池供电系统的结构框图如图1所示,包括太阳能阵列、充放电控制器和蓄电池。

白天,太阳能阵列受阳光辐射产生电能,为在线监测设备供电,而所余的电能将为蓄电池充电;晚上,太阳能电池无阳光辐射不能工作,蓄电池从充电状态改为放电状态为系统供电,保证监测系统的不掉电运行。

充放电控制电路主要实现电源系统不同工作状态的控制转换和相应的管理策略。通过检测太阳能电池的输出电压来控制蓄电池的充放电状态。白天光照条件下,控制电路检测到太阳能电池有正常输出,则开启充电电路,关闭放电电路,太阳能电池给装置供电同时给蓄电池充电;天黑后,太阳能电池停止工作,此时控制电路检测到太阳能电池无输出,则关闭充电电路,开启放电电路,由蓄电池给装置供电。

2最大功率点跟踪技术

在太阳能光伏供电系统中,太阳能阵列的输出功率是持续给在线监测装置供电的前提。所以必须提高太阳能阵列的转换效率,使其输出为最大功率。因此我们必须从软件上用一种方法来控制太阳能阵列的输出电压,使其工作在最大输出功率附近。

这里我们采用MPPT(Maximum Power Point Tracking)方法,且采用扰动观察法(Perturb&Observe)[4,5]实现MPPT。该方法是测量阵列当前的输出功率,然后增加输出电压,并测量阵列此时的输出功率。由图2太阳能阵列P—U曲线可知,其输出功率会发生改变。如果功率增大就继续增大阵列输出电压,如果减小则减小阵列输出电压,以保证阵列保持在最大输出功率点附近。

本系统的太阳能阵列采用单晶硅太阳电池组件,其最大功率点电流Im=0.83 A,最大功率点电压Vm=18 V,最大功率点功率Pm=15 W。

3太阳能光伏供电系统的硬件设计

太阳能光伏供电系统硬件包括DC/DC变换电路、充放电控制电路、电压检测电路及相应的过电压、过电流保护电路,如图3所示。

3.1 DC/DC变换电路

DC/DC变换电路包括前端DC/DC变换电路和后端DC/DC变换电路。由于太阳能阵列的输出电压为18 V左右,而监测装置工作电压及蓄电池电压均低于5 V(4.3 V左右),所以在太阳能阵列和蓄电池之间设有前端DC/DC变换电路,把阵列输出电压降低为监测装置提供电能,同时多余电能为蓄电池充电。前端DC/DC电路,如图4所示,主要由直流变换芯片LM2678及相应的元件组成,太阳能阵列输出的电压经变换电路变换成稳定的直流输出。并且可以通过调整电阻阻值来获得直流输出的电压值,此系统的直流输出为4.8 V左右。

由于在软件设计中使用MPPT方法来获得太阳能阵列的最大功率输出,而其控制信号即为太阳能阵列的输出电压值,所以在太阳能阵列输出端设有电压测量电路,TP1端接单片机的AD转换接口,从而可以实时地测量太阳能光伏输出电压的大小。根据实际需要可以在充放电控制电路输出端再接一个后端DC/DC变换电路,这样在提高带载能力的同时,可以方便地实现系统多个电源等级的需要。电路中还有过电压保护器件保险丝、瞬态抑制二极管等作为电路的过压及过流保护。

3.2充放电控制电路

充放电控制电路主要有太阳能供电电路、太阳能充电电路、锂电池供电电路、锂电池电压测量电路等。其电路图如图5所示。

白天阳光充足时,由太阳能光伏阵列经前端DC/DC变换产生+4.8 V电源经二极管降压后直接向系统供电,同时多余的电能则作为蓄电池充电电路的输入,给电池充电。

蓄电池充电控制主要由单片机来完成,本系统使用C8051F330单片机作为控制CPU,可以产生8位的PWM波,通过控制PWMO的占空比控制三极管Q5的导通和关断,进而控制MOSFET管Q1的导通和关断,运用MPPT算法实现太阳能对锂离子电池的充电控制管理。锂电池供电电路是通过控制Batteryl端电平的高低来作为锂离子电池供电开关,从而实现对在线监测设备的供电。

4太阳能光伏供电系统的软件设计

本系统在软件设计上主要是进行3个部分的程序运行,即PWM占空比调节、电池充电控制和电池放电控制。系统的总体软件流程如图6所示。

电池的充电控制和供电控制,主要由基于单片机的充放电控制电路实现,其控制信号为太阳能阵列输出电压。白天光照条件下,控制电路检测到太阳能阵列有正常输出,则开启充电电路,关闭供电电路,同时给监测设备供电;天黑后,控制电路检测到太阳能电池无输出,则关闭充电电路,打开供电电路,由蓄电池为监测设备正常供电。

为了保证太阳能阵列可以维持最大功率输出,单片机要实时检测太阳能阵列输出的电压值,并且通过调节PWM占空比以维持太阳能电池板的输出电压在最佳工作电压(即18 V)附近。本系统使用扰动观察法来实现太阳能阵列输出的最大功率点跟踪控制(MPPT)。具体实现功能框图如图7所示。

由图7可知,当太阳能阵列输出电压小于4.4 V时,此时太阳能所能提供的电能比较微弱,通常是傍晚到凌晨的一段时间,则关掉充电开关,不进行任何PWM占空比调节;当太阳能阵列输出电压大于4.4 V时,进行PWM占空比调节,如果太阳能阵列输出电压大于18 V,那么增加PWM占空比,通过加大负载的方式,来拉低太阳能阵列的输出电压,通过循环,使得输出电压回到18 V附近;当太阳能阵列输出电压小于18 V时,减小PWM占空比,负载减小,此时太阳能阵列的输出电压增大,使得输出电压回到18 V附近。如此太阳能阵列能够一直保持在最大功率点附近给锂离子电池充电,从而使效率得到保证。

5实验分析

基于以上所述设计完成的输电线路太阳能光伏供电装置,在对系统终端设备供电时,工作稳定,运行良好。而采用最大功率点跟踪算法(MPPT),对于太阳能光伏阵列可以稳定地输出最大功率,取得了良好的效果。表1是有MPPT控制和无MPPT控制时使用太阳能阵列对锂电池进行充电的电压电流数据。

由表1可知,有MPPT控制时太阳能阵列输出电压在最佳工作电压18 V附近浮动,输出电流为0.35 A,输出功率为6.3 W。而无MPPT控制时,输出电压只有4.4 V,电流为0.6 A,输出功率为2.64 W。有MPPT控制时功率是普通控制时的近2.4倍,可知最大功率点跟踪技术对太阳能阵列可以稳定输出最大功率起到了很大的作用。

为了收集电池电量信息,充放电控制器中的单片机通过其I2C接口和在线监测终端设备中的CPU通讯,将电池电量信息传送给终端设备CPU,然后连同监测数据一起通过无线通信系统传送给后台。

笔者所在上海交大在线监测实验室的输电线路环境数据监测系统,使用了本文设计的太阳能光伏供电模块为其供电,并且已经安装在山东省菏泽市电力线路杆塔上,图8是正常运行后,后台接收到的锂电池电压信息。

从图8中可以看出,在设备运行的这15天内,电池电压基本上在4.1 V以上,电池电压保持较高值,可以正常稳定地给监测设备供电。

6结语

本文详细介绍了一种太阳能光伏电池加蓄电池供电系统,编写了基于MPPT算法的控制软件,实时控制太阳能光伏电池的工作点,确保太阳能光伏阵列尽量工作在最大功率点附近,保证系统可以稳定连续给监测装置供电。实验和运行结果都表明,此装置在给终端设备供电时,可以保证有稳定的输出,并且在阴雨天气下仍然可以持续地给设备供电,保证了输电线路在线监测系统稳定可靠的工作。

摘要：随着我国发展智能输电线路需求的增大,工作在输电线路上的监测装置越来越多。根据在线监测装置安装在线路杆塔上,提出了一种使用蓄电池加太阳能光伏供电的装置,可以全天候给监测装置供电,并且编写了基于MPPT算法的核心控制软件,实时控制太阳能光伏电池的工作点,确保太阳能光伏阵列尽量工柞在最大功率点附近,实现了太阳能供电系统的稳定输出。该供电装置已经安装在杆塔上且能够平稳运行,实践证明了该设计的可靠性及有效性。

关键词：在线监测,太阳能光伏,MPPT,稳定输出

参考文献

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[3]李珂,杨雪,舒爽,等.适用于无线传感器网络太阳能系统的MPPT算法[J].清华大学学报,2011,51(5):597~600

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变电站的光伏系统研究第9篇

发展可再生能源已经成为了全球性的课题, 可再生能源的种类很多, 太阳能的利用前景是最好的, 潜力是最大的[1]。但是太阳能光伏发电是这个世界上最为节约能源的、是绿色的电力系统主要的高新技术产业。发展光伏产业已经成为各国解决能源与经济发展、环境保护之间矛盾的最佳途径之一。我国的光伏的产业在国家大型的工程项目、和国际合作项目共同的推广计划下, 正以前所未有的速度迅猛发展。随着光伏产业政策和节能减排政策的陆续出台以及实施。我国的光伏产业必将会得到广泛的推广。这个系统主要是由光伏控制器、伏阵列、蓄电池组以及高频开关充电装置 (充电机) 等共同组成。太阳能电池主要是利用“光生伏打”效应, 是一种将光能转化成电能的新设备。

在光照条件下, 能产生一定量的电流和电压。多块太阳能电池片组成了太阳能板这种通过对多块太阳能板而串并联的方法可以得出了符合负载要求的电流、电压, 这就是所谓的光伏组件阵列[2]。

光伏控制器在这个系统中起控制核心的作用, 光伏控制器是来控制太阳能板的负载管理和保护、蓄电池的充放电;此外, 还具备了远传监控本地显示等功能。

蓄电池是整个系统储能的设备, 它主要用来存储太阳能的组件产生多余的电量, 并可以在太阳能的组件的发电量在无法满足负载需要的时候, 可以为负载提供电量。

在变电站中原有的配置的蓄电池组合已经能够做到满足直流电系统的要求。因而, 无需为系统再做重新配置。高频的开关充电装置即充电机, 是变电站的直流系统的原有配置, 可以通过控制它的交流输入端来控制交流电。接触器的闭合以及断开控制充电机这种功能从而实现开始和停止的功能。

2. 系统的设计

要设计一个完整的变电站光伏直流电系统, 要依据主要国家以及国际标准和地理、气象等相关数据作为参考, 不仅需要充分了解直流负载的电压等级、功耗、工作时间也需要一些变电站地址的相关气象数据[3]。例如:环境温度、湿度、日照强度、风速、台风、雷暴日、沙尘暴天数以及台风等情况。

根据系统所要求安全的级别, 进行了多次设计, 例如蓄电池容量设计、光伏组件容量设计、电气性能设计、防雷接地系统设计、电磁和静电屏蔽设计、系统安全性设计、机械结构设计等。

系统的设计的总原则是既要满足负载。以及用电的需求需长期, 而安全的运行, 必须考虑到它的经济性和安全性, 可靠性。

2.1 对光伏组件的方阵发电量的影响主要因素有:光谱、日照强度、温度;

日照强度对光伏组件的方阵的影响最为主要和明显。这些因子是气象部门提供的。日照强度大多数是水平面上测到的数据, 在多数情况下, 太阳能板是必须在一定倾角放置的;所以, 要将水平面上的数值换算成为倾斜面的日照强度[4]

2.2 光伏的组件方阵的倾角选择

决定最佳的倾角应通过分别计算光伏组件方阵在处于不同倾角的发电量, 并对其进行了比较, 使接收到的日照强度尽量的均匀以适合系统长时间的运行需求。当今已有相对应软件可以对光伏组件方阵的最佳的倾角进行计算。一般来说, 在我国境内的大部分地区倾角的理想值总要大于本地区的维度。

2.3 组件的总功率设置

该变电站直流系统设计的负荷为:蓄电池的浮充电量为0.7A (现场实际的浮充电压是2 4 6 V) ;

正常的直流负荷的电流是6A;事故的照明电流是4A。即设计的耗电功率是:

另外, 功率是2KW电炉的负载。

负载的总功率是:W=2.3 7+2=4.37KW。

考虑系统的已经存在的线损以及设备的损耗等, 该系统的总损耗量是10%, 而设计系统的总功率是:

根据以上的公式的计算, 光伏的组件的设计的总功率是:5KW。但是组件分成了3个回路。每一个回路的峰值的功率是1.66k w, 每一路的峰值的电压是307V, 在峰值的电流强度是5.43A时, 它的光伏数是按照直流电的系统的工作原理实施的。

3. 系统的工作原理

这个系统是利用了太阳能电池的组件的方阵。并会将太阳能转换成了电能, 再经光伏控制器的稳压输出, 再接直流系统合母上。太阳能的电池组件的输出电压, 在直流系统的电压的要求范围内, 充电机的输入端的交流接触器。该接触器受光伏控制器的控制影响才断开, 由光伏电源来给变电站的直流系统来供电;当太阳能的电池组件的输出电压, 在不符合的直流系统的电压要求时光伏控制器将会自动的停止输出。且控制它的充电机的输入端的交流接触器将闭合, 但是此时的是由充电机来给变站的直流的系统来供电。充电机自动切换的装置。光伏控制器是用来交替的工作。

3.1 充电机回路光伏回路以及自动切换装置

变电站内的充电机输出电压将为蓄电池组提供224V的输出浮充电压, 它是设置它的充电机关断电压为284V (这可根据实际情况修改此值) , 他的充电机启动电压为224V (可根据实际情况修改此值) 。在光伏控制器检测蓄电池组时, 端电压在高于428V时, 在控制器的内部的备用电源来控制接点动作。一个关断信号将会输出, 将这个关断信号会传给了中间继电器, 此时中间继电器会在关断信号的作用下, 进行动作, 这时的中间继电器的闭合触点会被断开, 这时达到了掌控充电机输入端, 使交流接触器将会断开, 这时的充电机能够失去电流, 达到停止。这时的系统的切换是光伏回路, 这时的充电机将会为系统提供直流电。在光伏控制器检测到的蓄电池组的端电压小于224V条件下, 备用电压才会在控制器中被使用。电源的控制接点的动作, 是在输出了闭合信之后, 才会给中间继电器, 再带动中间继电器动作, 中间继电器常开触点闭合, 从而控制充电机的输入端额交流接触器闭合, 充电机在收到电流之后才能开机, 达到为直流系统供电的作用;在整个的系统中, 中间继电器起到了增加接点的容量度。

此外, 这个光伏系统还具备了手动旁路等其它功能, 在光伏控制器发生故障的时候, 手动旁路将会被启动, 此时达到使充电机运行的条件, 使直流系统的供电达到高标准的可靠性能以及安全性能。

系统的设计的光伏输入的功能是满足6路输入的。来控制变电站的。目前在系统中使用的是3路光伏, 剩余的3路是做备用的, 为提供系统了扩容等相关的用途。第1路的光伏回路的过充电电压是:205V;

第2路光伏的回路过充电电压是:274V而第3路的光伏回路过充电的电压是:424V。当蓄电池组的电压在低于424V时, 第3路同时是投入充电的;但当蓄电池组的电压高于424V并且低于427V时, 在此时第3路光伏会停止输出, 而由第1、2路代替它为之充电;在蓄电池电压高于247V并且低于520V时, 第2、3路电将停止输出, 并且仅由第l路来充电;在蓄电池组电压高于205V时, 光伏回路将会自动停止输出, 对蓄电池组会进行相关的过充保护。

该系统采用了阶梯式的逐级限流的充电方法, 根据蓄电池组端的电压变化的趋势将自动控制了多路的太阳能的电池方阵。依次接通或切离电池组端, 达到实现对蓄电池组充电电流和对充电电压的来调节光伏回路接到了直流系统的合母上, 在蓄电池充电的时候, 同时通过降压硅链来稳压以达到了DC202V, 当输出至直流系统的控母, 给变电站的直流负荷来供电这是蓄电池组。

3.2 通信光伏的控制器配置

在通信光伏的控制器中配置RS485和RS232的接口, 通过现场的通讯服务器的规约来转换连接, 接入的变电站综合的自动化系统, 是用的来实现遥信、遥测, 遥信等远程的通讯功能, 同时在变电站直流系统的运行情况, 将实现远程的监视功能。

4. 光伏控制器的探讨

在系统研制过程中, 它的核心设备是光伏控制器;因此, 光伏控制器的研究在整体的中存在着关键性的作用。

这种控制器是为了将太阳能电池组件方阵以及蓄电池组的控制中心相连接而产生的, 对该系统的输入及输出功率的调节和控制, 以来达到对光伏直流系统的各种功能采取相关的控制。光伏控制器的主要是由单片机的电路、实时的时钟电路、开关电源电路、系统的充电开关电路、键盘的接口驱动电路、液晶驱动显示电路、等部分组成的。

通过系统的运行过程, 可以发现这个系统是一个综合的系统。在电力的应用过程中, 我们可以发现这个系统的运行效率很高的。

该系统的单片机电路是通过它的A/D输出口来实现对, 光伏电路采样的测量以及蓄电池采样的测量。液晶驱动显示电路是通过控制总线与数据总线单片机电路相连接 (例如:液晶显示电路, 它有着独立的控制器。它的工作电源是由电源的模块来提供的) 开关电源是为单片机电路和其它电路一起供应电能;时钟电路是通过SCL (串行的数据总线) 、单片机和SDA相互连接而实现的读写功能;充电开关电路 (采用场效应管) 。它是一组单片机和控制线相连接, 软件模拟波形的来输出充电控制信号;在键盘的接口驱动电路以及单片机的电路之间由两条I/O接口线相连接。在光伏的控制器有保护电路和防雷、RS485通讯模块等。

在输入口上可以实现光伏电路采样测量, 蓄电池以及开关电源电路。为其它电路和单片机电路提供电源;在液晶驱动显示电路中, 半字节的数据总线连接了控制总线以及单片机电路。液晶显示电路的控制器有独立性, 它的工作电源是由电源模块来提供的;

实时的时钟电路是通过串行数据总线SDA, SCL与单片机的连接来实现读写的功能;充电开关电路主要是用场效应管。这是由一组控制线它与单片机来连接, 最后通过软件来模拟波形, 输出充电控制信号;键盘接口的驱动电路和单片机电路之间是通过两条I/O接口线连接一起的。

光伏控制器还设计保护和防雷电路、RS485的通讯模块等等;光伏控制器的设计是为6路光伏输入来控制, 它们分别对应着光伏组件的设计的每一路电。每一路都是由不同的过充电压来限制, 并且每一路电过充限制的电压值之间是由一个级差组成。它是采用阶梯式逐级式的限流的充电方法, 根据蓄电池组端的电压变化趋势用来自动控制的多路太阳能电池方阵。依次的接通和切离两种状态用来实现对蓄电池组的充电电流和充电的电压的调节, 检测了蓄电池组的两端的电压, 用来控制了每一组的太阳能的电池方阵。对蓄电池组充电, 用于负载供电的控制。

这种控制的方法满足了蓄电池充电时对电压以及电流的变化规律的要求, 并且满足了可靠性以及充电的规律对它的要求, 并将其完美地结合在一起[5]。

5. 系统的运行效果

在变电站的直流系统它是单母线的接线;原直流系统的配置是1套蓄电池和1套高频开关的电源 (即充电机) 共同组成的。

5.1 光伏阵列的安伏曲线

在运行过程中, 抽取某一阵列而测得的IV曲线将导致充电机开机, 此时由充电机的直接给直流系统来供电。在太阳光照下, 逐渐增强的时候, 光伏直流电压会上升;当光伏控制器的检测到的蓄电池组电压上升到了428V以上时, 光伏控制器的自动控制充电机关机, 此时是由光伏直流的电源为它的直流系统来提供电能的。光伏的控制器以及已经存在的充电机将进行切换, 以及交替工作向变电站的直流的系统供电。此时变电站直流系统的效率将会得到很大的提高。

光伏发电不损耗燃料、无噪声不会产生有害的物质, 对环境也不会有任何的污染是节能环保的“绿色发电”系统将很快投入运行以来, 运行情况良好, 运行安全是稳定的。

6. 结语

变电站的光伏直流的系统是利用新能源来发电, 符合光伏产业政策以及国家相关的农业政策光伏产业政策, 为了建设“资源节约型、环境友好型”电力系统提供了深远的意义。

系统的节能和环保, 以及运行稳定的可靠性将会很快的提高。

参考文献

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[2]沈辉, 曾祖勤.太阳能光伏发电技术[M].北京:化学工业出版社, 2005

[3]夏道止.电力系统分析 (下) [M][4]丁书文, 黄训诚, 胡起宙.变电站综合自动化原理以及应用

通用光伏系统测试平台的设计第10篇

光伏系统是利用太阳电池组件和其他辅助设备将太阳能转换成电能并进行一定应用的系统[1]。近来,各种新型的光伏系统被不断设计投产。为优化和提高系统性能和稳定性,工程师在设计这些系统的过程中需要额外设计系统测试方案对其性能和实际运行效果进行测试,如采集和记录充放电效率、运行功率、实时太阳能电池板功率等数据。不同的工程师在设计系统时若采用不同的数据测试方案,这将可能会导致项目管理混乱和引起不必要的重复设计,而实际上光伏应用系统有着许多的共性,测试过程中所需要的参数具有一定的重复性,因此可以设计一种具有一定扩展能力的通用光伏系统测试平台,测试常用光伏系统参数并兼容一些额外的参数和计算,以简化和统一测试标准,缩短系统设计周期。

1 系统基本结构和功能

图1是通用光伏系统测试平台的基本结构模型,光伏应用系统将通过一定的通信机制将测试参量发送给PC监控端。PC监控端通过良好的交互界面将所接收到的数据反馈给工程师。

一般光伏系统拓扑结构如图2所示,主要由四部分组成。一般光伏组件为太阳能电池板,储能组件为蓄电池、锂电池等储能设备;主控制器为单片机、DSP等控制芯片电路;功能组件根据不同的应用可以是LED照明灯、电机等,它是整个系统中主要的耗电部分。

在光伏系统的测试过程中,工程师通过了解各个部件的运行参数来获取系统运行状况。按照光伏应用系统的拓扑结构图,需要从各个组件中获取的基本测试参数有:光伏阵列端电压Vp和输出电流Ip,储能组件的端电压Vb和输入输出电流Ib,功能组件的输入电压Vf和输入电流If。

由于系统应用的不同,一些具体的设计实例需要添加额外的测试参量,如在有些系统中需要使用Buck和Boost等电路[2,3]对光伏阵列的输出电压进行调节,需要额外测试变压之后的输出电压和输出电流。同时系统还需要能直接显示例如光伏阵列输入功率等参数计算结果,这些参数会由于系统的差异性不同而变化,因此,所设计的通用系统还需要有能力进行扩张并获取类似的测试参量。

使系统具有通用性的根本手段是使其有一套标准的数据交互协议和无需修改就可以查看各个系统以上所有参数信息的PC端用户交互界面。

2 数据交互协议

为了让通用测试平台能够应用于不同的光伏系统,需要制定一套通信传输协议规范上传的数据包格式,使监控界面程序能够正常读取和解析所有光伏系统上传的数据。

PC端监控程序和光伏应用系统需通过标准的数据包进行交互。一个完整的交互数据包如图3所示,由起始标志单元、命令单元、CRC校验单元、结束标志单元四部分组成。

交互包中各单元详细说明如下:

起始标志单元:1 B长度,表示一个完整数据包起始标志,固定ASCII字符‘X’(0x58)。

命令单元:由命令控制头和命令体两部分组成。命令控制头由协议版本号、总包数、包序号、命令编号、设备编号、命令体长度8个字段组成,共11 B长度。命令体的解析方法和实际长度由控制部分的“命令编号”字段和“命令体长度”确定。命令单元的组成格式见图4。

校验单元:针对协议中的“命令单元”进行校验(从“命令单元”的第一个字节计算到最后一个字节),采用CCITT推荐的16位的X16+X12+X5+1(0x1021),生成2 B的CRC校验和(低字节在前,高字节在后)[4,5]。

结束标志单元:1 B长度,表示一个完整数据包(分组)起始标志,固定为ASCII字符‘X’(0x58)。

命令编号:命令的惟一标识详见表1。编号0x10～0x15表示的是基本的测试参数,0x20～0xFF作为扩展的命令编号,用来进行编号额外的测试参数,其中0x58已用作起始和结束标志,所以0x58不参与作为扩展命令的使用。

设备编号:所测试光伏应用系统的惟一标识。低字节在前,高字节在后。例如编号为0x12345678的系统,4 B移动电源编号排列顺序为:0x78,0x56,0x34,0x12。设备未使用前,设备编号统一默认为0。

总包数:如果一条命令需要分多包发送,该字段表示对应命令需要发送的总包数,取值范围为:1～255;

包序号:当前包的序号,取值范围由1至总包数;

命令体长度:命令体字段的实际长度(以字节为单位)。规定0x10到0x15的基本测试参数的命令体长度为4 B,其他的扩展参数的命令体长度视具体情况而定;

命令数据:长度、解析方式由命令控制头的“命令体长度”和“命令编号”确定。

3 PC监控端软件的设计

PC监控端软件主要由数据接收模块、数据分析模块、数据存储模块、显示模块组成。它的结构如图5所示。

图中,数据接收模块通过串口[6]、网络设备等通信组件接收光伏系统传送上来的数据流,通过分析是否存在数据包起始和结束标志,将数据包从中分离出来,并以队列形式放入内存缓冲区中。

内存缓冲区中维护着两个数据队列,这两个队列轮流负责存储数据和被读取分析的工作[7,8]。当程序刚开始执行的时候,两队列为空,数据接收模块先往其中的一个队列存入数据包。当达到队列所能存储的数据包最大个数值时,认定该队列已满,并将该队列送入数据分析模块,由数据分析模块读取和分析队列数据包。同时数据接收模块获取另一个队列地址,并将数据包存入该队列中,当该队列存满时,无论数据分析模块是否已经分析完,程序应释放分析模块占用队列中的数据包,并将空队列提供给接收模块,而将新的满队列提供给分析模块进行分析,这样可以让数据得到及时更新,使主程序可以尽快地获取光伏系统的测试参数。

这些操作由三个独立的线程完成,其中两个线程分别进行数据存储和数据分析操作,其运行流程图分别如图6和图7,还有个线程专门负责队列的切换和队列中数据包的释放操作,其运行流程图如图8所示。

数据存储模块负责在用户发送存储指令之后,存储用户需要保存的相关测试数据。用户显示界面[9,10]如图9所示,其通过界面下方的显示窗口直接向用户显示这些参数的实时信息,同时用户还可以通过添加参数和计算显示中的自定义公式来定义新的测试参数和公式形式,并将其直接显示在界面的右下角。用户通过在显示数据菜单中选择需要以图像进行显示的参数使程序可以在其上方的窗口中绘制相关参数的分时图像。工程师可通过它了解数据不同时段的相关性,如太阳能电池板输出功率及电路转换效率等在不同时间的转变过程,这对工程师分析系统性能有很大的帮助。

4 结果和应用实例

该系统已经应用于一些光伏系统的设计当中,图9所示的即是一种太阳能路灯系统在早上9时43分时的运行状况,工程师可以通过其直接观察系统当前运行状况,并发现是否存在问题。

5 结语

由以上的分析和实践可知,本文通过编写标准的PC端测试终端和规定光伏系统测试参量数据上传的格式,所设计的一套通用光伏系统测试平台可以直观地观测光伏系统测试参量,避免工程师的重复设计和进行繁杂的测试工作,提高工作效率,缩短设计周期。该系统具有很高的实际应用价值。

摘要：为了统一光伏系统测试方案,避免项目管理混乱和不必要的重复设计等问题,提出了一种通用光伏系统测试平台,制定了光伏系统与PC软件端数据交互协议,实现了用来获取常用光伏系统测试参数及具有良好扩张性的通用用户监控界面。测试结果表明,该测试平台很好地解决了上述问题,从而缩短了系统设计周期。

关键词：光伏系统,通用测试平台,通信协议,用户监控界面

参考文献

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[6]龚建伟,熊光明.Visual C++/Turbo C串口通信编程实践[M].北京:电子工业出版社,2004.

[7]邱菡,伊鹏,邬江兴.URED:一种基于用户的缓存管理算法[J].计算机工程与应用,2006,42(15):143-145.

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[9]GREGORY Kate.Visual C++.NET编程详解[M].蔡众众,译.北京:电子工业出版社,2003.

浅诉太阳能光伏发电系统第11篇

1.太阳能光伏发电系统的分类及构成

太阳能光伏发电系统按与电力系统关系分类，通常分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统。并网太阳能光伏发电系统是与电力系统连接在一起的光伏发电系统，一般分为集中式和分散式两种，集中式并网电站一般容量较大，通常在几百千瓦到兆瓦级以上，而分散式并网系统一般容量较小，在几千瓦到几十千瓦。

在并网光伏电站中，太阳能通过太阳电池组成的光伏阵列转换成直流电，经过三相逆变器（DC-AC）转换成电压较低的三相交流电，再通过升压变压器转换成符合公共电网电压要求的交流电，并直接接入公共电网，供公共电网用电设备使用和远程调配。

在独立光伏电站中，太阳能通过太阳电池组成的光伏阵列转换成直流电，经过三相逆变器（DC-AC）转换成电压较低的三相交流电，再通过隔离变压器转换成用户需要的三相交流电供用户使用。

2.太阳能电池组件的选择

目前太阳电池按基体材料主要分为：

（1）硅太阳电池：主要包括单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、微晶硅电池以及HIT电池等。

（2）化合物半导体太阳电池：主要包括单晶化合物电池如砷化镓电池、多晶化合物电池如铜铟镓硒电池、碲化镉电池等、氧化物半导体电池如Cr2O3和Fe2O3等。

（3）有机半导体太阳电池：其中有机半导体主要有分子晶体、电荷转移络合物、高聚物三类。

（4）薄膜太阳电池：主要有非晶硅薄膜电池（α-Si）、多晶硅薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池、纳米晶薄膜电池等。

结合国内太阳电池市场的的产业现状和产能情况，市场主流依然还是晶硅类太阳电池，约占80%市场份额，非晶硅薄膜太阳电池所占市场份额较小。晶硅类电池中，多晶硅电池成熟度较高，效率稳定，目前价格相对较低，太阳电池市场占有率最大，在国内外均有较大规模应用的实例。

3.电池阵列的运行方式

在光伏发电系统的设计中，光伏组件方阵的运行方式对系统接收到的太阳总辐射量有很大的影响，从而影响到光伏发电系统的发电能力。光伏组件的运行方式有固定安装式和自动跟踪式几种型式。其中自动跟踪系统包括单轴跟踪系统和双轴跟踪系统。单轴跟踪（水平单轴跟踪和斜单轴跟踪）系统以固定的倾角从东往西跟踪太阳的轨迹，双轴跟踪系统（全跟踪）可以随着太阳轨迹的季节性位置的变换而改变方位角和倾角。

固定式与自动跟踪式各有优缺点：固定式初始投资较低、且支架系统基本免维护；自动跟踪式初始投资较高、需要一定的维护，但发电量较固定式相比有较大的提高，假如不考虑后期维护工作增加的成本，采用自动跟踪式运行的光伏电站单位电度发电成本将有所降低。若自动跟踪式支架造价能进一步降低，则其发电量增加的优势将更加明显；同时，若能较好解决阵列同步性及减少维护工作量，则自动跟踪式系统相较固定安装式系统将更有竞争力。

4.电池阵列最佳倾角的计算

电池阵列的安装倾角对光伏发电系统的效率影响较大，对于固定式电池列阵最佳倾角即光伏发电系统全年发电量最大时的倾角。

计算倾斜面上的太阳辐射量，通常采用Klein计算方法。利用RETScreen软件，采用所选工程代表年的太阳辐射资料，计算不同角度倾斜面上各月日平均太阳辐射量，数据分析后并作出不同倾斜面上日平均太阳辐射量变化曲线图，从图中可以得出最佳倾角。

5.逆变器的选择

作为光伏发电系统中将直流电转换为交流电的关键设备之一，其选型对于发电系统的转换效率和可靠性具有重要作用。逆变器的选型主要考虑以下技术指标。

（1）转换效率高逆变器转换效率越高，则光伏发电系统的转换效率越高，系统总发电量损失越小，系统经济性也越高。

（2）直流输入电压范围宽太阳电池组件的端电压随日照强度和环境温度变化，逆变器的直流输入电压范围宽，可以将日出前和日落后太阳辐照度较小的时间段的发电量加以利用，从而延长发电时间，增加发电量。

（3）最大功率点跟踪太阳电池组件的输出功率随时变化，因此逆变器的输入终端电阻应能自适应于光伏发电系统的实际运行特性，随时准确跟踪最大功率点，保证光伏发电系统的高效运行。

（4）输出电流谐波含量低，功率因数高。

（5）具有低电压耐受能力。

（6）系统频率异常响应。

（7）具有保护功能根据电网对光伏电站运行方式的要求，逆变器应具有交流过压、欠压保护，超频、欠频保护，防孤岛保护，短路保护，交流及直流的过流保护，过载保护，反极性保护，高温保护等保护功能。

（8）监控和数据采集逆变器应有多种通讯接口进行数据采集并发送到主控室，其控制器还应有模拟输入端口与外部传感器相连，测量日照和温度等数据，便于电站数据处理分析。

6.太阳电池方阵接线原则

每个光伏发电单元由太阳电池组串、汇流设备、逆变设备及升压设备构成。

（1）太阳电池组件串联形成的组串，其输出电压的变化范围必须在逆变器正常工作的允许输入电压范围内。

（2）每个逆变器直流输入侧连接的太阳电池组件的总功率应大于该逆变器的额定输入功率，且不应超过逆变器的最大允许输入功率。

（3）太阳电池组件串联后，其最高输出电压不允许超过太阳电池组件自身最高允许系统电压及逆变器最大允许的直流电压。

（4）各太阳电池组件至逆变器的直流部分电缆通路应尽可能短，以减少直流损耗。

7.辅助技术方案

光伏电站内应配置一套环境监测仪，实时监测日照强度、风速、风向、温度等参数。

电池组件很容易积尘，影响发电效率。必须对电池组件进行清洗，保证电池组件的发电效率。

8.结语

本文对太阳能光伏发电系统进行了阐述，建设太阳能光伏电站对节约能源、环境保护有重大意义；目前尚需解决光伏组件转换效率低、影响地区电网稳定等问题。 [科]

【参考文献】

[1]国家电网公司.光伏电站接入电网技术规定，2011，5.

光伏并网系统孤岛效应的研究第12篇

关键词：孤岛效应,危害,检测方法,优缺点

0前言

在追求低碳社会的今天, 太阳能作为一种清洁的可再生能源, 越来越受到世界各国的重视, 光伏产业如雨后春笋般异军突起。国内外太阳能发电并入电网的报道屡见不鲜, 在光伏并网过程中, 孤岛效应问题已成为影响电能质量、稳定、安全的关键。

1 孤岛效应的定义与危害

所谓孤岛效应[1]是指当电网因电气故障、自然因数或者误操作而发生停电中断时, 各用户端的光伏发电系统没有及时检测出停电状态并脱离市电网络, 而是继续保持向电网输送电能, 同时与负载形成独立的公共电网无法控制的自给自足的供电孤岛。

孤岛效应不仅给整个电网带来安全隐患, 同时会降低整个光伏并网发电系统的工作效率, 其主要影响表现在以下几个方面[2]:

1.1 当维修人员对正在对系统进行检修时, 孤岛现象发生, 由于光伏并网系统继续保持给负载供电, 因此会危害维修人员的人身安全。

1.2 孤岛效应可能导致接地、相间短路等故障不能及时清除, 从而导致电网设备的损害, 干扰电网正常供电系统的自动或手动恢复。

1.3当孤岛系统与市电电网恢复正常时, 一方面, 断路器等装置会因为光伏并网发电系统与电网发生不同步而损坏, 另一方面, 在并网恢复瞬间, 因电压相位不同产生很强的冲击电流, 损坏相关设备。

1.4 单相光伏并网发电系统可能会因孤岛效应的原因对三相负载进行供电, 造成三相负载缺相运行, 从而造成三相负载设备损害。

由上可知, 当电网电气故障或者供电中断时, 孤岛效应将会对整个电力系统中的各级用户和设备造成损害。所以, 在光伏并网系统中必须装设具有反孤岛保护功能的装置, 目的是实时检测孤岛效应并及时将光伏并网发电系统与电网进行切断。

2 孤岛效应的发生机理与条件

并网光伏发电系统的功率流图如图1所示。当电网运行正常, 假设逆变器工作于单位功率因数正弦波模式下, 负载采用并联RLC电路来模拟, 并假设P、Q为光伏系统向负载提供的有功功率、无功功率;ΔP、ΔQ分别代表电网向负载提供的有功功率和无功功率;Pload为负载吸收的有功功率, Qload为负载吸收的无功功率。

公共节点 (PCC) 处的功率, 由能量守恒定律可以由以下公式表示:

依据孤岛效应发生时, 整个系统的电压和频率均会发生大规模的波动, 此时对系统电压或者频率进行检测便可以检测到孤岛效应。但在光伏系统提供的功率等于负载需要的功率时, 即P=Pload, Q=Qload情况下, 公共节点 (PCC) 处电压和频率变化波动都很小, 难以通过系统检测来判断孤岛效应的发生。

孤岛效应形成后, 逆变器控制系统负责监控公共节点 (PCC) 处电压瞬时值ua, 逆变器为了保证输出端电压ua与电流iinv的同步, 将驱使iinv改变频率, 直到ua与iinv之间相位差为0, 使iinv频率到达稳态值f0 (负载谐振频率) 。

电网故障后的无功功率平衡关系用相位的平衡关系来描述表示为:

其中, θinv为逆变器输出电流超前端电压的相位角, φload为负载的阻抗角。

对于选取RLC并联负载的系统中, 负载阻抗角可表示为:

从上面的分析可知, 光伏并网发电系统孤岛效应产生的必要条件是:

1) 负载吸收的有功功率与光伏系统提供的有功功率相匹配;

2) 负载吸收无功功率与光伏系统提供的无功功率相匹配, 即满足相位平衡关系:

3 孤岛效应检测方法

孤岛效应检测方法主要有两种, 基于通信的反孤岛检测方案[3]与局部反孤岛检测方案[3]。本文主要研究局部反孤岛策略。

3.1 被动式孤岛检测

3.1.1 过、欠电压反孤岛方案[4] (OVP/UVP)

过、欠电压反孤岛方案是指, 当并网逆变器控制系统检测出PCC处的电压幅值超过正常范围U1 (光伏并网系统输出的电压最大值) 、U2 (电压最小值) , 通过控制命令断开与逆变器与市网的连接, 从而实现反孤岛的一种被动式检测方法。当电网运行正常运行状态时, 市网的输出功率是ΔP+jΔQ, 逆变器输出功率是P+j Q, 负载的功率是Pload+j Qload;当断路器断开时, ΔP≠0, 因负载吸收有功功率与逆变器输出的有功功率不匹配, PCC处电压幅值将会改变, 如果偏移量很大, 证明发生孤岛效应, 从而系统从电网中断开有效的防治孤岛发生。

3.1.2 过、欠频率反孤岛效应方案[5] (OFP/UFP)

当光伏并网逆变器控制系统检测出PCC处的电压频率不在正常的频率范围内时, 立即停止逆变器并网工作, 这种反孤岛效应方案称之为过、欠频率反孤岛效应方案。假设正常工作的频率范围为f1、f2, f1、f2分别为电网正常工作的频率上、下限值。IEEE Std1547-2003标准规定[6]:当标准电网频率f0=60Hz时, f1=59.3Hz、f2=60.5Hz。我国标准电网的频率是f0=50Hz, 同理根据比例计算出电网频率正常范围的上下限为f1=49.4Hz、f2=50.4Hz。在图2中, 当电网正常运行时, 电网决定公共耦合点处的电压频率, 只要电网不发生电气故障或维修中断, 就不会出现频率波动。当电网断开时, 如果ΔQ≠0, 公共节点PCC处电压频率就会发生变化, 如果偏移量超出正常范围, 证明孤岛效应发生, 从而系统发生保护动作。

优缺点:

过/欠电压、过/欠频率孤岛检测法成本低, 但是可作用的范围广, 既可以检测孤岛效应还可以保护用户设备, 有利于并网光伏逆变器的并网。它作为被动式的检测方法, 对电网电能的质量影响很小。缺点是这种检测方法的非检测区比较大。

3.2 主动式孤岛检测

3.2.1 主动频移反孤岛方法———AFD方案

主动频移反孤岛方法是主动式反孤岛方案中的一种, 其原理是通过逆变系统向市网注入略有所畸变的扰动电流, 形成一个频率连续改变的趋势, 当光伏并网系统与市网正常连接时, 频率是不会改变的;当分离后, 并网逆变器输出端电压频率将会被迫发生偏移, 由此确定孤岛效应的发生。

优缺点:

操作简单, 比被动式检测方式的非检测区更小。缺点是降低了并网逆变器输出的电能的质量, 容易对非连续的电流波形产生射频干扰, 并且负载的阻抗特性可能阻止频率偏移, 使孤岛检测失败。

3.2.2 主动电流干扰法

采用此种方法检测孤岛效应时, 逆变器输出的电流幅值在逆变器控制系统的作用下发生周期性的改变, 同时也改变了逆变器输出的有功功率P。因此, 当电网电气故障或者中断时, 负载吸收的有功功率与逆变器输出的有功功率将会不匹配, 当PCC点的电流超出过、欠电压保护阈值时, 就可以检测出孤岛效应。

优缺点:

采用电流干扰的方案在负载功率完全匹配时也不存在不可检测区, 并网运行时不会向电网注入谐波。缺点是多台并网运行时, 必须同步进行电流干扰, 否则各扰动量会相互抵消而产生稀释效应, 进入不可检测区, 此外光伏电池输出的功率随光照强度而波动, 人为加入的电流扰动会对并网光伏系统的输出效率产生影响。孤岛检测的阀值也很难选取。

3.2.3 阻抗测量法

在光伏并网发电系统与电网连接时, 公共耦合点处的阻抗比较小;当电网与并网系统断开时, 公共耦合点处的负载阻抗一般情况均都大于连接时的阻抗。因此, 通过测量公共耦合点电路阻抗的变化范围, 就可实现孤岛效应的检测。

优缺点:

总体来看, 阻抗测量法虽然可以很好地检测孤岛的发生, 但是持续扰动会影响电网质量;对于弱电网或电网本身扰动较大的情况, 很难实现电网阻抗检测;多个并网逆变器并联运行时, 检测信号会相互干扰, 使阻抗估算错误。

4 结束语

从现有的反孤岛策略的优缺点来看, 未来的光伏系统反孤岛效应还应从下面的方向努力:

4.1寻求简单有效且低成本的反孤岛策略, 将光伏并网系统孤岛效应的危害降低到最低, 兼顾考虑检测性能、输出电能质量以及对整个系统暂态响应的影响。

4.2综合使用多种孤岛检测方法并配合相应的并网逆变器控制方法, 加强对孤岛效应的利用策略, 防止重要设备在电网断电后停止工作。

参考文献

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