電力電子技術新能源發(fā)電技術光伏發(fā)電技術61課件

電力電子技術新能源發(fā)電技術---光伏發(fā)電技術新能源發(fā)電技術---光伏發(fā)電技術

隨著經(jīng)濟的發(fā)展、世界人口的增加和社會生活水平的提高，世界能源消費量在持續(xù)增長，隨之帶來的是一次性化石能源的消耗殆盡及生態(tài)環(huán)境的日益惡化。很多國家已投入了大量的人力、物力努力倡導發(fā)展清潔可再生能源，加強可再生能源的利用，構筑多元的能源體系，提高能源利用效率。作為化石能源的替代品，太陽能、風能等可再生、清潔的能源成為人們研究的熱點。太陽能和傳統(tǒng)能源相比具有儲量豐富、無需運輸、清潔無污染三大方面的優(yōu)點，是可持續(xù)能源發(fā)展的一個重要方向。太陽能利用主要有光熱利用，光伏利用和光化學利用三種主要形式。新能源發(fā)電技術---光伏發(fā)電技術

作為太陽能利用的熱門方式之一，光伏發(fā)電已經(jīng)受到越來越多的關注和重視，光伏發(fā)電具有以下優(yōu)勢：（1）無污染：絕對零排放；（2）可再生：資源無限，可直接輸出高質量電能，具有理想的可持續(xù)發(fā)展屬性；（3）資源的普遍性：基本上不受地域限制，只是地區(qū)之間是否豐富之分；（4）通用性、可存儲性：電能可以方便地通過輸電線路傳輸、使用和存儲；（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害和戰(zhàn)備的角度看，它更具有明顯的意義；（6）資源、發(fā)電、用電同一地域：可望大幅度節(jié)省遠程輸變電設備的投資費用；（7）靈活、簡單化：發(fā)電系統(tǒng)可按需要以模塊化集成，容量可大可小，擴容方便，保持系統(tǒng)運轉僅需要很少的維護，系統(tǒng)為組件，安裝快速化，沒有磨損、損壞的活動部件；（8）光伏建筑集成（BIPV-BuildingIntegratedPhotovoltaic）：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，也是相關領域科技界最熱門的話題之一。

1、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的基本組成光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，作為一種分布式發(fā)電系統(tǒng)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)利用“光生伏特效應”，將太陽輻射到光伏電池組表面的能量轉換成直流電送入逆變環(huán)節(jié)，轉換成達到當?shù)毓╇姴块T并網(wǎng)標準的交流電，最終連接市電網(wǎng)絡進行發(fā)電。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成框圖如圖所示。

光伏發(fā)電系統(tǒng)組成框圖1、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的基本組成

光伏電池是整套系統(tǒng)的能量來源，將太陽輻射能轉換為直流電能。由于材料和工藝問題，目前的多晶硅材料電池轉換效率依舊處在較低水平。單塊光伏電池輸出電壓通常無法滿足并網(wǎng)的要求，因此在實際應用中多采用光伏陣列的形式。光伏陣列由多塊光伏電池進行串并聯(lián)組成，串聯(lián)可以增大輸出電壓以達到逆變器工作要求，并聯(lián)可以增加輸出電流，提高整機功率；逆變環(huán)節(jié)主要由IGBT或MOSFET等功率開關管組成，將直流能量變換為交流能量。并網(wǎng)開關由控制器控制，當逆變器啟動后，輸出電壓與電網(wǎng)同頻同相，并網(wǎng)開關閉合，逆變器輸出功率回饋入電網(wǎng)，在系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障時，并網(wǎng)開關快速斷開，切斷逆變器與電網(wǎng)的連接，保證了系統(tǒng)的安全可靠性。

1、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的基本組成

整個系統(tǒng)都受控于控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)硬件上由處理器，檢測電路和保護電路等組成。對于光伏并網(wǎng)型逆變器，控制器主要功能為：（1）逆變器工作后，控制輸出電流對電網(wǎng)電壓的幅值相位的跟蹤；（2）光伏陣列的最大功率點跟蹤(MPPT)；（3）逆變器并網(wǎng)運行時的并網(wǎng)電流功率因數(shù)和諧波的調(diào)節(jié)；（4）反孤島效應和其他故障檢測與動作等功能。

同非并網(wǎng)型逆變器對比，光伏并網(wǎng)逆變器有以下優(yōu)點：（1）控制器通過MPPT將光伏電池工作點穩(wěn)定在最大功率點處，一定程度的彌補了光伏電池轉換效率低下這一問題，可獲得理論上最大發(fā)電量；（2）穩(wěn)態(tài)工作方式為并網(wǎng)發(fā)電，省略了作為儲能環(huán)節(jié)的蓄電池部分，可以充分利用光伏陣列輸出的功率，降低了因充放電帶來的能量損耗，節(jié)約了蓄電池的采購和維護費用，因而降低了整套系統(tǒng)的成本；（3）光伏逆變器大規(guī)模并網(wǎng)后具有對電網(wǎng)調(diào)峰的作用。

2、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的分類

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)按照內(nèi)部拓撲結構，可以分成單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和雙級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。（1）單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)單級式光伏發(fā)電系統(tǒng)結構如圖所示，其主要組成部分為光伏電池陣列、并網(wǎng)逆變器、控制系統(tǒng)、并網(wǎng)開關和供電對象。其工作原理：光伏電池將太陽光輻射能轉換為直流電，光伏逆變器將直流電轉換為與電網(wǎng)同頻同相的交流電后回饋入當?shù)嘏潆婋娋W(wǎng)。由于單塊光伏電池端口輸出電壓值較低，為了保證逆變器輸出交流電壓足夠大，必須將一定數(shù)量的光伏電池進行串并聯(lián)，同時，為了保證日發(fā)電量最大，系統(tǒng)的控制算法中要有最大功率跟蹤(MPPT)，保證逆變器的效率并獲得最大發(fā)電量。2、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的分類

單級式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結構簡單，由于舍棄了中間儲能環(huán)節(jié)，因而需要的器件相對較少，節(jié)約了整機成本；系統(tǒng)只有逆變器這一個電力變換環(huán)節(jié)，因而整機效率較高。直流母線電壓因為最大功率獲取算法的原因，可能會在較寬范圍內(nèi)變化，為了保護功率開關器件，要設計直流過壓的軟硬件保護。單級式光伏發(fā)電系統(tǒng)結構圖2、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的分類（2）兩級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

兩級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結構如圖所示，其結構與單級式光伏發(fā)電系統(tǒng)類似，不同點為兩級式光伏發(fā)電系統(tǒng)在直流側加入DC/DC升壓環(huán)節(jié)。系統(tǒng)運行時，通過DC/DC升壓環(huán)節(jié)對光伏電池輸出的直流電升壓，變換到較高等級后再輸送到逆變器的直流母線。相對于單級式發(fā)電系統(tǒng)，由于兩級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)加入了DC/DC升壓環(huán)節(jié)，需要對升壓環(huán)節(jié)獨立控制，若采用單一控制芯片，則程序負擔較重，且加入升壓