并網(wǎng)逆變器和控制器的研發(fā)計劃書(共11頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上光伏專用逆變器及控制器系列產(chǎn)品生產(chǎn)項目計劃書燕山大學(xué)國家科技園區(qū)項目合作處2011.3.1目錄第一部分 項目背景及市場分析n 一、光伏產(chǎn)業(yè)的國內(nèi)外行業(yè)背景n 二、項目目標產(chǎn)品的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和市場分析第二部分 項目研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)n 一、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)概述n 二、并網(wǎng)逆變器及控制器的設(shè)計及工作原理n 三、項目的關(guān)鍵技術(shù)第三部分 項目生產(chǎn)方案n 一、生產(chǎn)工藝流程n 二、主要設(shè)備選型第四部分 項目總投資估算及財務(wù)評價n 一、總投資估算及資金來源n 二、產(chǎn)品成本和費用估算 n 三、經(jīng)營收入和稅金n 四、財務(wù)分析n 五、財務(wù)評價結(jié)論 第五部分 項目的可行性研究結(jié)論n 一、

2、社會效益分析n 二、經(jīng)濟效益分析n 三、可行性研究結(jié)論 一、光伏產(chǎn)業(yè)的國內(nèi)外行業(yè)背景n 光伏發(fā)電屬于清潔的可再生能源，發(fā)展光伏發(fā)電技術(shù)并使其得到廣泛的應(yīng)用對于緩解常規(guī)能源的短缺和減少環(huán)境污染具有重要作用，已為國際社會所公認。因此盡可能迅速地用其它能源替代礦物燃料成為了各國的當(dāng)務(wù)之急，光伏發(fā)電則是理想的替代能源 之一。n 太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的國內(nèi)外市場巨大。歐洲很多國家已頒布有關(guān)扶持政策，市場已初具規(guī)模。在過去的五年內(nèi)，技術(shù)進步、市場擴容、規(guī)模效應(yīng)一起推動全球光伏行業(yè)以年均40%的速度發(fā)展。在未來的10年內(nèi)，光伏發(fā)電的成本有望降低到與考慮了環(huán)境污染、煤炭漲價等綜合因素后的火電價格相當(dāng)；預(yù)計全球光伏產(chǎn)

3、業(yè)的年增長率在2010年到2020年將達到34%，行業(yè)發(fā)展的前景極其廣闊。歐盟2009年制定的光伏裝機目標我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了兩個重要時期，第一個是在20世紀80年代中期，引進4條總計5MW的光伏電池生產(chǎn)線，光伏產(chǎn)業(yè)初步形成。第二個發(fā)展時期是在新世紀初，國家發(fā)改委在2002年啟動了“送電到鄉(xiāng)工程”，該工程光伏系統(tǒng)容量為20MW，極大的拉動了我國光伏市場的需求。二、項目目標產(chǎn)品的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和市場分析n 從能源利用的國際發(fā)展趨勢來看，光伏發(fā)電最終將以替代常規(guī)能源的角色進入電力市場，而并網(wǎng)發(fā)電將是光伏發(fā)電進入電力市場的必由之路。n 要實現(xiàn)并網(wǎng)光伏發(fā)電，并網(wǎng)光伏逆變器是技術(shù)關(guān)鍵，它將光伏陣列發(fā)出

4、的電能逆變成220V50Hz的正弦波電流并入電網(wǎng)。n 光伏并網(wǎng)發(fā)電開始于上個世紀80年代初。當(dāng)時建造的都是較大型的光伏并網(wǎng)電站，而且都是政府投資的試驗性電站。試驗結(jié)果在發(fā)展相應(yīng)的技術(shù)方面都是成功的，但在經(jīng)濟性方面卻并不十分令人鼓舞，主要是由于太陽能電池成本過高，雖然具有明顯環(huán)境效益，但其發(fā)電成本卻很難讓電力公司接受。通過改進工藝、擴大規(guī)模和開拓市場等措施，大幅度的降低了太陽能電池成本。最近30年，光伏組件的成本降低了2個數(shù)量級，而且這種降低的趨勢還在繼續(xù)。n 全球光伏逆變器市場基本被國際幾大巨頭瓜分，歐洲為全球光伏市場興起區(qū)域，具有完善的光伏產(chǎn)業(yè)鏈，光伏逆變器技術(shù)在世界處于領(lǐng)先地位。SMA（德

5、國）、KACO（德國）、Fronius（奧地利）、Ingeteam（西班牙）、Siemens（德國）、Xantrex、Danfoss、Conergy、Satcon、Power-one、Outback power 等基本占領(lǐng)全球市場份額。n 近幾年來，我國的光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)具有了一定的市場潛力和市場吸引力，但光伏并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備主要依靠進口，光伏并網(wǎng)發(fā)電的技術(shù)更是剛剛起步，因此導(dǎo)致并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)的造價高，依賴性強，制約了并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)在國內(nèi)的發(fā)展和推廣。n 國內(nèi)光伏逆變器廠商普遍規(guī)模小，結(jié)構(gòu)工藝、做工、性能穩(wěn)定性等指標跟國外一流水平有一定差距。占據(jù)國內(nèi)市場超過60%的龍頭企業(yè)合肥陽光

6、電源已取得長足進步，并開始進軍歐洲大功率市場。n 隨著國內(nèi)政策的推動，預(yù)計國內(nèi)到2020 年光伏逆變器總需求量至少達18.6GW，市場規(guī)模超500 億元，而2008 年全國光伏逆變器產(chǎn)量約25MW，因此市場發(fā)展空間巨大。 公司進入市場時間產(chǎn)品特點/定位其它合肥陽光電源 1997風(fēng)力、光伏、電力系統(tǒng)電源并網(wǎng)、離網(wǎng) 單機最大功率1MW 國內(nèi)最大新能源電源供應(yīng)商，產(chǎn)品成功運用于國內(nèi)眾多大型示范工程南京冠亞電源 2001風(fēng)力、光伏、電力系統(tǒng)電源并網(wǎng)、離網(wǎng) 單機最大功率1MW 具有較強產(chǎn)品創(chuàng)新能力電信基站市場占有較大份額北京科諾偉業(yè) 2001風(fēng)力、光伏 并網(wǎng)、離網(wǎng) 中科院電工所 30余年科研基礎(chǔ)積累，企

7、業(yè)同時定位為系統(tǒng)集成商安徽頤和新能源 2007光伏、高壓變頻器并網(wǎng)、離網(wǎng) 單機最大1MW 與合肥工業(yè)大學(xué)教育部光伏工程研究中心建立產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系廣東志成冠軍 2007UPS、光伏、蓄電池并網(wǎng)、離網(wǎng) 與華中科技大學(xué)、武漢大學(xué)建立產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，產(chǎn)品研發(fā)方向為模塊化并接，具有較強研發(fā)實力其它 2007-2009最近進入市場的主要有江蘇艾索、無錫山億、江蘇津恒、江蘇南自通華山東博奧斯、上海航銳電源、上海追日電氣、北京昆侖 一、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)概述1.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的組成光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能電池發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓同頻同相的交流電，并且實現(xiàn)既向負載供電，又向電網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電

8、系統(tǒng)主要由光伏陣列、并網(wǎng)逆變器、控制器和繼電保護裝置組成。光伏陣列是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的主要部件，由其將接收到的太陽光能直接轉(zhuǎn)換為電能。并網(wǎng)逆變器是整個光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心，它將光伏陣列發(fā)出的電能逆變成220V50Hz的正弦波電流并入電網(wǎng)。電壓型逆變器主要由電力電子開關(guān)器件組成，以脈寬調(diào)制的形式向電網(wǎng)提供電能?？刂破饕话阌蓡纹瑱C或DSP芯片作為核心器件，控制光伏陣列的最大功率點的跟蹤、控制逆變器并網(wǎng)電流的功率和波形。繼電保護裝置可以保證光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的安全性。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)示意圖2.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點n 1)無污染：零排放（無任何物質(zhì)及聲、光、電、磁、機械噪音等“排放”）；n 2)可

9、再生：資源無限，有理想的可持續(xù)發(fā)展屬性；n 3)資源的普遍性：基本不受地域限制；n 4)通用性、可存儲型：電能可以方便的通過輸電線路傳輸、使用和存儲；n 5)分布式電力系統(tǒng)：將提高整個能源系統(tǒng)的安全性和可靠性，特別是從抗御自然災(zāi)害和戰(zhàn)備的角度看，它更具有明顯的意義；n 6)資源、發(fā)電、用電同一地域：可大幅度節(jié)省遠程輸變電設(shè)備的投資費用；n 7)光伏建筑集成：節(jié)省發(fā)電基地使用的土地面積和費用，是目前國際上研究及發(fā)展的前沿，也是相關(guān)領(lǐng)域科技界最熱門的話題之一。3. 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的要求n 1)實現(xiàn)高質(zhì)量的電能轉(zhuǎn)換。并網(wǎng)逆變器輸出的電流頻率和相位與電網(wǎng)的必須嚴格一致，以使輸出功率因數(shù)盡可能

10、的達到1。n 2)實現(xiàn)系統(tǒng)的安全保護要求。如輸出過載保護、輸出短路保護、輸入反接保護、直流過壓保護、交流過壓和欠壓保護、孤島保護及裝置自身保護等，從而確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。n 3)具有較高的可靠性。目前光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要在一些自然條件惡劣的地區(qū)，所以逆變器應(yīng)在長時間的工作條件下保證低故障率，并具有較強的自我診斷能力，因此所設(shè)計的逆變器應(yīng)具有合理的電路結(jié)構(gòu)、嚴格的元器件篩選。n 4)最大功率的跟蹤。最大限度的利用光伏陣列，提高逆變器的效率。二、并網(wǎng)逆變器及控制器的設(shè)計及工作原理n 1.光伏逆變系統(tǒng)概述 光伏逆變器的主要功能是將光伏電池的直流電能轉(zhuǎn)換成正弦波形勢的交流電能。由于光伏電池的電壓

11、通常低于可以使用的交流電壓，因此光伏逆變器系統(tǒng)中，首先要有一個進行直流升壓的變換器（DC-DC)，這個一般是整個光伏逆變系統(tǒng)的輸入電路部分。經(jīng)過直流升壓變換器升壓后的電壓，需要通過逆變器將直流電能變換為交流電能。光伏逆變系統(tǒng)的核心就是直流升壓電路和逆變開關(guān)電路。直流升壓電路和逆變開關(guān)電路都是通過電力電子開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，來完成相應(yīng)的直流升壓和逆變的功能。電力電子開關(guān)器件的通斷需要一定的驅(qū)動脈沖，這些脈沖可以通過改變一個電壓信號來調(diào)節(jié)，產(chǎn)生和調(diào)節(jié)脈沖的電路通常稱為控制電路（或控制回路）。 n 2.主電路構(gòu)成DC/AC 逆變器 逆變器的主電路結(jié)構(gòu)按照輸出的絕緣形式分為：工頻變壓器絕緣方式、高頻

12、變壓器絕緣方式、無變壓器方式3種。n 1)工頻變壓器絕緣方式采用一級DCAC主電路，在輸出端接工頻變壓器并網(wǎng)。這種方式既可與電網(wǎng)隔離，同時又可以將逆變器輸出波形中的直流分量濾去，從而減少對電網(wǎng)的污染，缺點是工頻變壓器體積大，重量重，效率較低。n 2)高頻變壓器絕緣方式是通過兩級變換實現(xiàn)并網(wǎng)逆變。這種方式的優(yōu)點是高頻變壓器體積小，重量輕，大大減小了逆變器的體積和重量。缺點是經(jīng)過了兩級結(jié)構(gòu)，效率比較低，且電路和控制方式復(fù)雜。n 3)無變壓器方式是只采用一級DCAC變換直接并網(wǎng)。這種方式對逆變器輸出波形要求較高，直流電壓范圍比較小，但是逆變器整機的效率卻比較高，并進一步降低了成本。3.控制器的主要原

13、理根據(jù)電流控制型并網(wǎng)逆變器原理，為使光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的有功功率輸出達到最大，必須控制輸出電流的頻率和相位，使它們與電網(wǎng)電壓嚴格同步。所以電網(wǎng)相位的跟蹤是必須解決的問題，一般采用鎖相環(huán)(PLL)實現(xiàn)。n 鎖相環(huán)的原理與實現(xiàn) 鎖相環(huán)是指能夠自動跟蹤輸入信號頻率與相位的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。目前傳統(tǒng)的模擬鎖相環(huán)(Analog PLLAPLL)主要由鑒相器(PD)、環(huán)路濾波器(LF)和壓控振蕩器(VCO)組成。鑒相器的輸入是電網(wǎng)電壓的采樣信號和壓控振蕩器的輸出，鑒相器的輸出為誤差信號，該信號為和相位差的線性函數(shù)。環(huán)路濾波器濾除中的高頻信號后得到，再由來控制壓控振蕩器來改變輸出信號的頻率和相位來逼近的頻率和

14、相位。當(dāng)環(huán)路鎖定時，輸出信號和輸入信號同頻同相。最大功率控制方法 n 最大功率跟蹤技術(shù)有兩種技術(shù)路線： 其一是CVT技術(shù)，控制電池組件端口電壓近似模擬最大功率跟蹤，這種方法原理簡單但是跟蹤精度不夠； 其二是MTTP技術(shù)，實時檢測光伏陣列輸出功率，通過調(diào)整阻抗的方式滿足最大功率跟蹤。 目前，太陽能逆變器廠家廣泛采用的MPPT技術(shù)。（最常用的干擾測量法）干擾觀測法的原理和實現(xiàn)（P&O）干擾觀測法每隔一定時間增加或減少電壓，通過觀測功率變化方向，來決定下一步的控制信號。 如果輸出功率增加，那么繼續(xù)按照上一步電壓變化方向改變電壓；如果檢測到輸出功率減小，則改變電壓變化的方向。這樣光伏陣列的實際

15、工作點就能逐漸接近當(dāng)前最大功率點，從而達到跟蹤最大功率點的目的。 果采用較大的步長對占空比進行“干擾”，這種跟蹤算法可以獲得較快的跟蹤速度，但達到穩(wěn)態(tài)后光伏陣列的實際工作點在最大功率點附近振蕩幅度比較大，造成一定的功率損失，采用較小的步長則正好相反。(A)被動式孤島檢測 n 孤島的發(fā)生和電網(wǎng)脫離時的負載特性及與電網(wǎng)之間的有功和無功交換有很大的關(guān)系。電網(wǎng)脫離后有功的波動會引起光伏系統(tǒng)端口電壓的變化，無功的波動會引起光伏系統(tǒng)輸出頻率的變化。電網(wǎng)脫離后，如果有功或者無功的波動比較明顯，通過監(jiān)測并網(wǎng)系統(tǒng)的端口電壓或者輸出頻率就可以檢測到孤島的發(fā)生，這就是被動式孤島檢測方法的原理。n 然而在電網(wǎng)脫離后，如果有功和無功的波動都很小，此時被動式檢測方法就存在檢測盲區(qū)。 （B）主動式孤島檢測 n 主動式孤島檢測方法中用的比較多的是主動頻移法（AFD），其基本原理是在并網(wǎng)系統(tǒng)輸出中加入頻率擾動，在并網(wǎng)的情況下，其頻率擾動可以被大電網(wǎng)校正回來，然而在孤島發(fā)生時，該頻率擾動可以使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，從而檢測到孤島的發(fā)生。n 這類方法也存在“檢測盲區(qū)”，在負載品質(zhì)因數(shù)比較高時，若電壓幅值或頻率變化范圍小于某一值，系統(tǒng)無法檢測到孤島狀態(tài)。三、項目的關(guān)鍵技術(shù)n 電網(wǎng)相位跟蹤的“鎖相環(huán)”技術(shù)；n 電網(wǎng)頻率跟蹤的干擾觀測法 ，實時檢測光伏陣列輸出功率，通過調(diào)整阻抗的方式來滿足最大功率跟蹤；n 使用無