離網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)小論文.doc

離網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)xx (1.東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)08級(jí)畢業(yè)生,吉林 吉林 132012；2. 東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，吉林，吉林 132012)摘 要：太陽能光伏發(fā)電是可再生能源利用的一種重要形式。本文主要是對(duì)光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的仿真研究。首先介紹了目前國(guó)內(nèi)外太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的背景及其意義。接著對(duì)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行概述，介紹了它的組成和分類。本文以太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，先對(duì)其整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，再對(duì)蓄電池和光伏陣列容量進(jìn)行計(jì)算，最后對(duì)DC-DC變換器、DC-AC逆變器和光伏陣列進(jìn)行仿真。關(guān)鍵詞：光伏電池；DC-DC變換器；逆變器；并網(wǎng)；仿真 引 言太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對(duì)的安全性、相對(duì)的廣泛性、確實(shí)的長(zhǎng)壽命和維護(hù)性、資源的充足性及潛在的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，在長(zhǎng)期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位并且得到廣泛的應(yīng)用。光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電系統(tǒng)裝置。 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理目前，電力系統(tǒng)是以大容量集中發(fā)電，高壓輸電和大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的方式進(jìn)行電能的生產(chǎn)、輸送和分配，全世界90%的電力都是由這種集中單一的大電網(wǎng)提供的。近年來以可再生能源為主的分布式發(fā)電技術(shù)得到了快速發(fā)展，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比克服了大電網(wǎng)系統(tǒng)的一些弱點(diǎn)，并以其環(huán)保性能與大電網(wǎng)形成了良好的互補(bǔ)性，成為世界能源系統(tǒng)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。根據(jù)不同場(chǎng)合的需要，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般分為獨(dú)立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)三種。 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)整個(gè)電路有如下幾個(gè)部分：光伏電池陣列、蓄電池、DC-DC電路、DC-AC電路、負(fù)荷。如圖3-1。圖3-1整體電路結(jié)構(gòu)控制器：白天給發(fā)電機(jī)供電接三相交流電，晚上切換到兩相給電燈供電，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。充放電控制器：陰雨天放電，正常天氣充電3.2蓄電池容量的設(shè)計(jì)(1)蓄電池選擇NP65-12，浮充電壓為1.2V。(2)蓄電池容量 Be(AH) 計(jì)算蓄電池的容量由下列公式(3)計(jì)算決定 Be=(P L*24*D)/(K b*V) 符號(hào)含義 D :連續(xù)不日照天數(shù)(一般在 3 至 7 天) Kb :安全系數(shù) ( 放電深度(一般為 70%),逆變器效率(根據(jù)廠家數(shù)據(jù)),線損(一般為 5%)等) V :系統(tǒng)電壓(V) PL ：負(fù)荷的消費(fèi)電力PL=（2*4+5*4）/（4+4）=3.5kwhBe=(P L*24*D)/(K b*V) =（3.5*24*1）、（0.8*324）=324Ah3.3 光伏陣列的容量設(shè)計(jì)太陽電池采用38D97x400型組件，組件的標(biāo)準(zhǔn)功率為38w，工作電壓為17.1v，工作電流為2.22A，安裝地水平面上接收的平均日輻射量為13572（KJ/m2），Kop值為1.1548,最佳傾角44.9o。太陽能電池組組件串聯(lián)數(shù)NsNs=Ur/Uoc=(Uf+Ud+Uc)/Uoc =(324+0.7+1.2)/17.1 =19Ur:太陽能電池方陣輸出最小電壓；Uoc:太陽能電池組件的最佳工作電壓；Uf：蓄電池組浮充電壓；Ud：二極管壓降，一般取0.7；Uc：其他因素引起的壓降。太陽能電池組件日發(fā)電量Qp Qp=IocTKopCz =2.22x3.77x1.1548x0.8 =7.732Ah T=Ht*2.778/10000=3.77式中：Ioc：太陽能電池組件最佳工作電流； T:：等效峰值太陽小時(shí)數(shù) Kop：斜面修正系數(shù)，參考表7-5 Cz：修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.8兩組最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)Nw，主要考慮要在此段時(shí)間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來，需補(bǔ)充的蓄電池容量Bcb為： Bcb=AQLNL =1.2x66.7x1 =80.04Ah Ql=2/220*4+5/（3*220）*4=66.7Ah式中：A：安全系數(shù)，取1.1-1.4之間 Ql：負(fù)載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù) Nl：最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)4. 太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np的計(jì)算方法計(jì)算方法如下：Np=(Bcb+NwQl)/QpNw*n*Fc =(80.04+7*66.7)/(7.732*7) =10.10 12n：蓄電池充電效率的溫度修正系數(shù)，蓄電池充電效率受到環(huán)境環(huán)境溫度的影響，修正系數(shù)見表7-6Fc：太陽能電池組件表面灰塵、贓物等其他因素引起的損失的總修正系數(shù)（通常取1.05）太陽能電池方陣的功率計(jì)算 P=PoNsNp =38*19*12 =8.664kwPo：太陽能電池組件的額定功率。綜上，太陽能電池功率為8.664kw，蓄電池容量為324Ah。4 重要部分的設(shè)計(jì)4.1 太陽能電池方陣太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為4cm2到100cm2不等。太陽能電池單體的工作電壓約為0.5V, 工作電流約為2025mA/cm2, 一般不能單獨(dú)作為電源使用。將太陽能電池單體進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元。太陽能電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)組合安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣，可以滿足負(fù)載所要求的輸出功率4.2 光伏電源充放電控制器（1）高壓（HVD）斷開和恢復(fù)功能：控制器應(yīng)具有輸入高壓斷開和恢復(fù)連接的功能。（2）欠壓（LVG）告警和恢復(fù)功能：當(dāng)蓄電池電壓降到欠壓告警點(diǎn)時(shí)，控制器應(yīng)能自動(dòng)發(fā)出聲光告警信號(hào)。（3）低壓（LVD）斷開和恢復(fù)功能：這種功能可防止蓄電池過放電。通過一種繼電器或電子開關(guān)連結(jié)負(fù)載，可在某給定低壓點(diǎn)自動(dòng)切斷負(fù)載。當(dāng)電壓升到安全運(yùn)行范圍時(shí)，負(fù)載將自動(dòng)重新接入或要求手動(dòng)重新接入。有時(shí)，采用低壓報(bào)警代替自動(dòng)切斷。（4）保護(hù)功能： 防止任何負(fù)載短路的電路保護(hù)。 防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)。 防止夜間蓄電池通過太陽電池組件反向放電保護(hù)。 防止負(fù)載、太陽電池組件或蓄電池極性反接的電路保護(hù)。 在多雷區(qū)防止由于雷擊引起的擊穿保護(hù)。（5）溫度補(bǔ)償功能：當(dāng)蓄電池溫度低于時(shí)，蓄電池應(yīng)要求較高的充電電壓，以便完成充電過程。相反，高于該溫度蓄電池要求充電電壓較低。 4.3 DC-DC變換器原理升壓式DC/DC變換器主要用于輸出電流較小的場(chǎng)合，只要采用12節(jié)電池便可獲得312V工作電壓，工作電流可達(dá)幾十毫安至幾百毫安，其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)70%-80%。升壓式DC/DC變換器的基本工作原理如圖4-1所示。圖4-1升壓式DC/DC變換器4.4 DC-AC逆變器的設(shè)計(jì)三相電壓源型SPWM逆變器是在通用變頻器中使用最多的，本文用Simulink模塊仿真三相電壓源型SPWM逆變器很方便，使用模型庫的多功能橋模塊（Universal Bridge）和PWM脈沖發(fā)生器（PWM Generator）就能實(shí)現(xiàn)SPWM逆變器模型的參數(shù)設(shè)置。對(duì)多功能橋設(shè)為三相橋臂，三相在輸出端，開關(guān)器選擇了IGBT。并且在測(cè)量中選擇了電壓和電流，這是為便于通過多路測(cè)量器（Multimeter）觀測(cè)IGBT承受的電壓和電流，為選擇IGBT參數(shù)提供了依據(jù)。IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由PWM信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，在發(fā)生器對(duì)話框中，選擇了內(nèi)產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)方式，當(dāng)然也可以采用外調(diào)制信號(hào)輸入方式，這時(shí)需要外加三相正弦調(diào)制信號(hào)。選擇三角波頻率僅為600Hz，這樣觀察電壓波形比較清楚，實(shí)用頻率要高得多。利用MATLAB模塊建立了仿真模型，三相電壓源型SPWM逆變器的仿真模型如圖4-2所示圖4-2三相電壓源型SPWM逆變器的仿真模型圖4-3三相電壓源型SPWM逆變器的仿真波形結(jié) 論本文通過對(duì)太陽能的發(fā)展歷程以及太陽能應(yīng)用，主要的是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理及應(yīng)用的研究，讓我更加深刻的認(rèn)識(shí)到發(fā)展利用可再生能源是當(dāng)今世界必須要走的能源之路。只有這樣才能最大限度的降低環(huán)境污染，從而保衛(wèi)我們生存的地球。光是一種清潔、可再生能源，并且太陽能資源在我國(guó)廣泛分布。由于我國(guó)是一個(gè)能源消耗大國(guó)，并且人口分布極不合理，因此發(fā)展太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)于我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展、保持能源供給的獨(dú)立性和安全性，以及分散人口地區(qū)居民用電具有重要意義。同時(shí)，在研究這個(gè)論題時(shí)，也讓我更加深刻的理解事物的發(fā)展是存在兩面性的。在太陽能開發(fā)利用的同時(shí)，還存在許多的技術(shù)難關(guān)，還 有環(huán)境是否也會(huì)遭到破壞！這些問題是每個(gè)人都要想的。在此同時(shí)，也希望開發(fā)利用太陽能的技術(shù)越來越完善。參考文獻(xiàn)1郝晶卉 機(jī)電專業(yè)委員會(huì)全國(guó)職業(yè)培訓(xùn)教學(xué)工作指導(dǎo)委員會(huì) 電工與電子基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社 20092崔容強(qiáng)、趙春江、吳達(dá)成 并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)太陽能實(shí)用技術(shù)叢書 化學(xué)工業(yè)出版社 20073黃漢云 太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用原理 化學(xué)工業(yè)出版社 20094尹建華,李志偉 半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ) 化學(xué)工業(yè)出版 20095羅玉峰等著21世紀(jì)高校規(guī)劃教材（光伏專業(yè)） 太陽能光伏發(fā)電 技術(shù) 電力建設(shè)網(wǎng) 20096羅玉峰 陳裕先 李 玲 太陽能光伏發(fā)電技術(shù) 江西高校出版社 20097李鐘實(shí) 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工與維護(hù) 人民郵電出版 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Electrical Engineering College of Northeast Dianli University,Jilin City,JilinProvince,China,132012)Abstract：The PV generation system is a significant measure in renewable energy utilization.Simulation on the control system of photovoltaic generation is presented in the thesis.Firstly,introducing the presently application and development situation of photovoltaic technology at home and abroad. Secondly, Having an overview of solar photovoltaic systems and introducing its composition and classification.Thirdly, researching three DC-DC convertersprinciple,presenting that using Boost DC-DC converter to realize conversion and