并網(wǎng)逆變器和控制器的研發(fā)計(jì)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(xiàng)目計(jì)劃書燕山大學(xué)國(guó)家科技園區(qū)項(xiàng)目合作處2011.3.1目錄第一部分 項(xiàng)目背景及市場(chǎng)分析n 一、光伏產(chǎn)業(yè)的國(guó)內(nèi)外行業(yè)背景n 二、項(xiàng)目目標(biāo)產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和市場(chǎng)分析第二部分 項(xiàng)目研究?jī)?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(jì)及工作原理n 三、項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)第三部分 項(xiàng)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(xiàng)目總投資估算及財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)n 一、總投資估算及資金來源n 二、產(chǎn)品成本和費(fèi)用估算 n 三、經(jīng)營(yíng)收入和稅金n 四、財(cái)務(wù)分析n 五、財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)論 第五部分 項(xiàng)目的可行性研究結(jié)論n 一、

2、社會(huì)效益分析n 二、經(jīng)濟(jì)效益分析n 三、可行性研究結(jié)論 一、光伏產(chǎn)業(yè)的國(guó)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(duì)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(guó)際社會(huì)所公認(rèn)。因此盡可能迅速地用其它能源替代礦物燃料成為了各國(guó)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(guó)內(nèi)外市場(chǎng)巨大。歐洲很多國(guó)家已頒布有關(guān)扶持政策，市場(chǎng)已初具規(guī)模。在過去的五年內(nèi)，技術(shù)進(jìn)步、市場(chǎng)擴(kuò)容、規(guī)模效應(yīng)一起推動(dòng)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(jià)等綜合因素后的火電價(jià)格相當(dāng)；預(yù)計(jì)全球光伏產(chǎn)

3、業(yè)的年增長(zhǎng)率在2010年到2020年將達(dá)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(jī)目標(biāo)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了兩個(gè)重要時(shí)期，第一個(gè)是在20世紀(jì)80年代中期，引進(jìn)4條總計(jì)5MW的光伏電池生產(chǎn)線，光伏產(chǎn)業(yè)初步形成。第二個(gè)發(fā)展時(shí)期是在新世紀(jì)初，國(guó)家發(fā)改委在2002年啟動(dòng)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(dòng)了我國(guó)光伏市場(chǎng)的需求。二、項(xiàng)目目標(biāo)產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和市場(chǎng)分析n 從能源利用的國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)來看，光伏發(fā)電最終將以替代常規(guī)能源的角色進(jìn)入電力市場(chǎng)，而并網(wǎng)發(fā)電將是光伏發(fā)電進(jìn)入電力市場(chǎng)的必由之路。n 要實(shí)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(gè)世紀(jì)80年代初。當(dāng)時(shí)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(yàn)性電站。試驗(yàn)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(jì)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(jìn)工藝、擴(kuò)大規(guī)模和開拓市場(chǎng)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(gè)數(shù)量級(jí)，而且這種降低的趨勢(shì)還在繼續(xù)。n 全球光伏逆變器市場(chǎng)基本被國(guó)際幾大巨頭瓜分，歐洲為全球光伏市場(chǎng)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(guó)）、KACO（德國(guó)）、Fronius（奧地利）、Ingeteam（西班牙）、Siemens（德國(guó)）、Xantrex、Danfoss、Conergy、Satcon、Power-one、Outback power 等基本占領(lǐng)全球市場(chǎng)份額。n 近幾年來，我國(guó)的光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)具有了一定的市場(chǎng)潛力和市場(chǎng)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(jìn)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(jià)高，依賴性強(qiáng)，制約了并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展和推廣。n 國(guó)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(biāo)跟國(guó)外一流水平有一定差距。占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)超過60%的龍頭企業(yè)合肥陽光

6、電源已取得長(zhǎng)足進(jìn)步，并開始進(jìn)軍歐洲大功率市場(chǎng)。n 隨著國(guó)內(nèi)政策的推動(dòng)，預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)到2020 年光伏逆變器總需求量至少達(dá)18.6GW，市場(chǎng)規(guī)模超500 億元，而2008 年全國(guó)光伏逆變器產(chǎn)量約25MW，因此市場(chǎng)發(fā)展空間巨大。 公司進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)間產(chǎn)品特點(diǎn)/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(jī)最大功率1MW 國(guó)內(nèi)最大新能源電源供應(yīng)商，產(chǎn)品成功運(yùn)用于國(guó)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(jī)最大功率1MW 具有較強(qiáng)產(chǎn)品創(chuàng)新能力電信基站市場(chǎng)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(shí)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(jī)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?yàn)槟K化并接，具有較強(qiáng)研發(fā)實(shí)力其它 2007-2009最近進(jìn)入市場(chǎng)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(shí)現(xiàn)既向負(fù)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(hù)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(gè)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(jī)或DSP芯片作為核心器件，控制光伏陣列的最大功率點(diǎn)的跟蹤、控制逆變器并網(wǎng)電流的功率和波形。繼電保護(hù)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(diǎn)n 1)無污染：零排放（無任何物質(zhì)及聲、光、電、磁、機(jī)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(chǔ)型：電能可以方便的通過輸電線路傳輸、使用和存儲(chǔ)；n 5)分布式電力系統(tǒng)：將提高整個(gè)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(yuǎn)程輸變電設(shè)備的投資費(fèi)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(fèi)用，是目前國(guó)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(duì)逆變器的要求n 1)實(shí)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(yán)格一致，以使輸出功率因數(shù)盡可能

10、的達(dá)到1。n 2)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全保護(hù)要求。如輸出過載保護(hù)、輸出短路保護(hù)、輸入反接保護(hù)、直流過壓保護(hù)、交流過壓和欠壓保護(hù)、孤島保護(hù)及裝置自身保護(hù)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(zhǎng)時(shí)間的工作條件下保證低故障率，并具有較強(qiáng)的自我診斷能力，因此所設(shè)計(jì)的逆變器應(yīng)具有合理的電路結(jié)構(gòu)、嚴(yán)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(jì)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(shì)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(gè)進(jìn)行直流升壓的變換器（DC-DC)，這個(gè)一般是整個(gè)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(dòng)脈沖，這些脈沖可以通過改變一個(gè)電壓信號(hào)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(jí)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(shí)又可以將逆變器輸出波形中的直流分量濾去，從而減少對(duì)電網(wǎng)的污染，缺點(diǎn)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(jí)變換實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變。這種方式的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是經(jīng)過了兩級(jí)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(jí)DCAC變換直接并網(wǎng)。這種方式對(duì)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(jī)的效率卻比較高，并進(jìn)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(dá)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(yán)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(shí)現(xiàn)。n 鎖相環(huán)的原理與實(shí)現(xiàn) 鎖相環(huán)是指能夠自動(dòng)跟蹤輸入信號(hào)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(hào)和壓控振蕩器的輸出，鑒相器的輸出為誤差信號(hào)，該信號(hào)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(hào)后得到，再由來控制壓控振蕩器來改變輸出信號(hào)的頻率和相位來逼近的頻率和

14、相位。當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)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(jiǎn)單但是跟蹤精度不夠； 其二是MTTP技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)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(cè)量法）干擾觀測(cè)法的原理和實(shí)現(xiàn)（P&O）干擾觀測(cè)法每隔一定時(shí)間增加或減少電壓，通過觀測(cè)功率變化方向，來決定下一步的控制信號(hào)。 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(cè)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(shí)際

15、工作點(diǎn)就能逐漸接近當(dāng)前最大功率點(diǎn)，從而達(dá)到跟蹤最大功率點(diǎn)的目的。 果采用較大的步長(zhǎng)對(duì)占空比進(jìn)行“干擾”，這種跟蹤算法可以獲得較快的跟蹤速度，但達(dá)到穩(wěn)態(tài)后光伏陣列的實(shí)際工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)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(zhǎng)則正好相反。(A)被動(dòng)式孤島檢測(cè) n 孤島的發(fā)生和電網(wǎng)脫離時(shí)的負(fù)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(dòng)會(huì)引起光伏系統(tǒng)端口電壓的變化，無功的波動(dòng)會(huì)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(dòng)比較明顯，通過監(jiān)測(cè)并網(wǎng)系統(tǒng)的端口電壓或者輸出頻率就可以檢測(cè)到孤島的發(fā)生，這就是被動(dòng)式孤島檢測(cè)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(dòng)都很小，此時(shí)被動(dòng)式檢測(cè)方法就存在檢測(cè)盲區(qū)。 （B）主動(dòng)式孤島檢測(cè) n 主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法中用的比較多的是主動(dòng)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(dòng)，在并網(wǎng)的情況下，其頻率擾動(dòng)可以被大電網(wǎng)校正回來，然而在孤島發(fā)生時(shí)，該頻率擾動(dòng)可以使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，從而檢測(cè)到孤島的發(fā)生。n 這類方法也存在“檢測(cè)盲區(qū)”，在負(fù)載品質(zhì)因數(shù)比較高時(shí)，若電壓幅值或頻率變化范圍小于某一值，系統(tǒng)無法檢測(cè)到孤島狀態(tài)。三、項(xiàng)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(cè)法 ，實(shí)時(shí)檢測(cè)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