光伏課程設(shè)計(jì)---光伏發(fā)電

1、<p><b>　　新能源課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目：光伏發(fā)電</b></p><p>　　姓 名： </p><p>　　班 級(jí)： 電氣101 </p><p>　　學(xué) 號(hào)：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　成績?cè)u(píng)定： </p><p>　　2013年12月23日</p><p><b>　　一 光伏發(fā)電原理</b></p><p&g

3、t;　　光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由三大部分組成：太陽能電池板組件、控制器、逆變器。</p><p>　　其中在光伏發(fā)電過程中，太陽能電池板起到核心作用，它是光-電的橋梁。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池板組件

4、通過收集光、太陽能，然后轉(zhuǎn)換成電能，之后通過太陽能控制器和逆變器把電輸送到用電設(shè)備。</p><p>　　太陽能電池發(fā)電的主要原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。硅原子有4個(gè)電子，如果在純硅中摻入有5個(gè)電子的原子如磷原子，就成為帶負(fù)電的N型半導(dǎo)體；若在純硅中摻入有3個(gè)電子的原子如硼原子，形成帶正電的P型半導(dǎo)體。當(dāng)P型和N型結(jié)合在一起時(shí)，接觸面就會(huì)形成電勢差，成為太陽能電池。當(dāng)太陽光照射到P-N結(jié)后，空穴由N極區(qū)往P極區(qū)移動(dòng)，

5、電子由P極區(qū)向N極區(qū)移動(dòng)，形成電流。</p><p>　　制作時(shí)，多晶硅經(jīng)過鑄錠、破錠、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上摻雜和擴(kuò)散微量的硼、磷等，就形成P-N結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷，將精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過燒結(jié)，同時(shí)制成背電極，并在有柵線的面涂一層防反射涂層，電池片就至此制成。電池片排列組合成電池組件，就組成了大的電路板。一般在組件四周包鋁框，正面覆蓋玻璃，反面安裝電極。有了電池組件和其他輔

6、助設(shè)備，就可以組成發(fā)電系統(tǒng)。為了將直流電轉(zhuǎn)化交流電，需要安裝電流轉(zhuǎn)換器。發(fā)電后可用蓄電池存儲(chǔ)，也可輸入公共電網(wǎng)。發(fā)電系統(tǒng)成本中，電池組件約占50%，電流轉(zhuǎn)換器、安裝費(fèi)、其他輔助部件以及其他費(fèi)用占另外50%。</p><p><b>　　二 行業(yè)現(xiàn)狀</b></p><p>　　這個(gè)行業(yè)，曾經(jīng)被投資者瘋狂追捧，一度誕生了中國首富；這個(gè)行業(yè)，各國政府高度重視，每年斥巨資發(fā)

7、放補(bǔ)貼，扶持發(fā)展，被譽(yù)為前景最為光明的行業(yè)，而2007年中國的產(chǎn)量占了全球的三分之一；還是這個(gè)行業(yè)，近來出現(xiàn)一波接一波的破產(chǎn)潮，甚至連昔日的行業(yè)龍頭也難逃滅頂之災(zāi)！</p><p>　　這就是光伏產(chǎn)業(yè)，在短短三年之中，經(jīng)歷了景氣度的繁榮高峰與衰退低谷間的大起大落，眾多企業(yè)感受到從“烈火烹油”到“冰寒刺骨”的滋味。</p><p>　　然而，正當(dāng)國內(nèi)企業(yè)還掙扎在存亡邊際，從華爾街卻傳來了全新

8、的訊息：一方面，美股光伏龍頭股價(jià)輪番暴漲，最具代表性的Sunpower（NASDAQ:SPWR）今年股價(jià)漲幅超過300%；另一方面，“股神”巴菲特?cái)y25億美元收購光伏電站，世界上最賺錢的公司“蘋果”也投資光伏產(chǎn)業(yè)。作為世界上最有效的資本市場，股價(jià)的上漲是人們用資金在投票，巴菲特、蘋果公司在行業(yè)低谷期競相投資太陽能領(lǐng)域，這意味著什么？</p><p>　　股價(jià)靚麗表現(xiàn)的同時(shí)，行業(yè)基本面也正發(fā)生著變化。美國、中國等新

9、興市場正在發(fā)生劇變，產(chǎn)業(yè)政策集中出臺(tái)，上網(wǎng)與補(bǔ)貼發(fā)放更具確定性和可操作性，光伏電站中長期規(guī)劃被大幅提高，巨大的裝機(jī)需求一觸即發(fā)。</p><p>　　更為重要的是，隨著光伏轉(zhuǎn)換率逐年提高，成本逐年下降，優(yōu)勢企業(yè)的發(fā)電成本即將與火電持平，而一旦突破這一“臨界點(diǎn)”，平價(jià)上網(wǎng)的時(shí)代即將來臨，光伏發(fā)電替代傳統(tǒng)火電的大幕隨即拉開，人類的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之改變。</p><p>　　非晶硅薄膜電池從

10、20世紀(jì)80年代初開始商業(yè)化生產(chǎn)，但由于效率低且有衰減，使用壽命較晶體硅電池短，市場份額增加不快。另外，結(jié)晶缺陷所帶來的效率損失需要通過復(fù)雜工藝彌補(bǔ)，比如多晶硅是通過PECVD－SNx來實(shí)現(xiàn)，獲得了很大成功。但其他薄膜電池，如非晶硅和其他薄膜電池至今尚未獲得滿意結(jié)果，這也是薄膜電池發(fā)展比人們預(yù)想得慢的主要原因。</p><p>　　晶體硅太陽能電池是目前國際光伏市場的主流產(chǎn)品，占世界光伏電池產(chǎn)量的85%以上，因此

11、可以預(yù)見的是未來10~15年仍然以晶體硅為主。</p><p>　　三 光伏發(fā)電的類型特點(diǎn)</p><p>　　依據(jù)全世界對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的清晰認(rèn)識(shí)，光伏行業(yè)人士一般將光伏發(fā)電系統(tǒng)分為三大類： 一、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng) 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)：根據(jù)字體含義，我們可以直觀的說是單獨(dú)的發(fā)電站，通過光伏發(fā)電獲得的電量不會(huì)連接到國家的電網(wǎng)。 二、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)：相對(duì)于獨(dú)立光

12、伏發(fā)電系統(tǒng)來說，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指通過光伏發(fā)電所得的電量，通過國家的電網(wǎng)相連，把多余的電力輸送到國家電網(wǎng)中。 三、混合光伏發(fā)電系統(tǒng) 從名稱得知，混合光伏發(fā)電系統(tǒng)是獨(dú)立和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)合，它彌補(bǔ)了兩者的缺點(diǎn)，結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)。以下是三種光伏發(fā)電系統(tǒng)的圖形模式：</p><p><b>　　獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)</b></p><p><b>　　并

13、網(wǎng)光伏發(fā)電</b></p><p><b>　　混合光伏發(fā)電系統(tǒng)</b></p><p>　　下面我們以圖表方式來突顯出獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、混合光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)。</p><p>　　四 典型的實(shí)際系統(tǒng)介紹</p><p>　　柏林中央火車站BIPV 光伏系統(tǒng)</p><

14、p>　　青島火車站BIPV 項(xiàng)目</p><p>　　美國stillwell地鐵站光電屋面工程總面積76,000 平方英尺；其中光電板使用面積為50，000平方英尺。發(fā)電峰值功率為250ＫＷ；非晶硅電池板塊規(guī)格：a-Si－40W。</p><p>　　日本Sanyo太陽光電公司運(yùn)用簡單的建筑意象設(shè)計(jì)，以圣經(jīng)上的「諾亞方舟」神話，完美的表達(dá)太陽光電于能源秏竭危機(jī)中所扮演的任務(wù)及角色。&

15、lt;/p><p>　　德國奧迪物流中心 400 m² 16.4KW 非晶硅光電幕墻</p><p>　　廈門太古飛機(jī)工程維修中心五期擴(kuò)建1．2MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電工程是財(cái)政部、科技部、國家能源局于2009年7月16 13發(fā)布的《關(guān)于實(shí)施金太陽示范工程的通知》(財(cái)建[2009]397號(hào))中福建省列人的八個(gè)項(xiàng)目之一，工程總安裝面積14 000 m ，年均發(fā)電量約119．53萬kWh，系

16、統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命為25年。項(xiàng)目業(yè)主為廈門太古飛機(jī)工程有限公司，由環(huán)態(tài)源科技發(fā)展(深圳)有限公司負(fù)責(zé)項(xiàng)目技術(shù)實(shí)施。</p><p><b>　　4.1 技術(shù)方案</b></p><p>　　4.1.1 項(xiàng)目建設(shè)地太陽能資源</p><p>　　本工程項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于福建省廈門市高崎國際機(jī)場南側(cè)，坐標(biāo)為東經(jīng)118。08 10 ，北緯24。3240”，屬南

17、亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。全年平均氣溫為2l℃ ，夏季較炎熱，7、8月氣溫一般都在30℃ 以上；冬季溫度則經(jīng)常低于l0℃。全年f3照時(shí)問長，陽光充沛。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T資料，當(dāng)?shù)啬昶骄涤炅? 100 mm，多年平均全年日照時(shí)數(shù)為2 300 h，年13照百分率51％ ，年太陽總輻射量5 250 MJ／m。，屬于我國太陽能資源的第三等級(jí)，適合太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)。</p><p>　　4.1.2 工程規(guī)模及總體方案&l

18、t;/p><p>　　本工程光伏電站建設(shè)于廈門太古飛機(jī)工程有限公司的3 、5 、6 機(jī)庫的附建樓屋頂，總安裝面積14 000 m ，安裝單晶硅光伏組件6 669片，總?cè)萘繛?．2 MWp。附建樓為多層框架建筑物，東南西側(cè)無較高建筑物遮擋，對(duì)安裝在屋頂?shù)奶柲芄夥疥囀荜柟庹丈錈o影響。其屋面雖為平屋面，但裝有大量線管、空調(diào)、水箱等設(shè)備。采用鋼架在屋頂建立一個(gè)架空的鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架，光伏組件陣列在鋼架網(wǎng)上。使用桁架一定角度成排

19、安裝，以便減少屋頂設(shè)備對(duì)光伏組件陣列的陰影影響，盡可能提升光伏系統(tǒng)發(fā)電效率。本光伏發(fā)電系統(tǒng)采用BAPV安裝，分為3個(gè)大發(fā)電單元，每個(gè)單元分為3—4個(gè)交流配電柜。每個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的光伏組件采用串并聯(lián)(19串l6并)的方式組成多個(gè)光伏組件陣列，經(jīng)過防雷直流匯流箱匯流后接人直流配電柜，通過國產(chǎn)并網(wǎng)光伏逆變器完成DC到AC的轉(zhuǎn)換。采用分塊發(fā)電、就近并網(wǎng)、集中監(jiān)管的方案，將系統(tǒng)分成多個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電單元，分別接人各個(gè)安裝地所在的機(jī)庫及附建<

20、;/p><p>　　樓配電室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)將整個(gè)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)接入機(jī)庫380 V低壓交流電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電的方案。</p><p>　　4.2.3系統(tǒng)組成方案</p><p>　　本項(xiàng)目所建設(shè)的大型建筑光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列(主要由太陽電池組件、光伏防雷匯流箱、光伏防雷配電柜、直流電纜等構(gòu)成)、并網(wǎng)逆變(主要由并網(wǎng)逆變器構(gòu)成)、低壓輸配電(主要由低壓交流配電柜、低壓交流電

21、纜等構(gòu)成)、監(jiān)控(主要由光伏系統(tǒng)監(jiān)控部分構(gòu)成)等部分構(gòu)成。用戶側(cè)并網(wǎng)型太陽能光伏電站利用光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電能，再通過逆變器將直流電逆變成50 Hz、230／400 V的三相交流電，逆變器的輸出端通過配電柜并人機(jī)庫的低壓配電網(wǎng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電站所發(fā)的電量主要供給用戶自己使用，剩余的電量送人電網(wǎng)。本電站無蓄電池儲(chǔ)能設(shè)備，當(dāng)夜晚或遇陽光較差時(shí)，電網(wǎng)給負(fù)載供電。光伏陣列將太陽能輻射能量轉(zhuǎn)換為直流電能，通過匯流箱(直流配電箱)傳送到與之相

22、連接的逆變器的直流輸入端；逆變器采用MPPT (最大功率跟蹤)技術(shù)使光伏陣列保持最佳輸出狀態(tài)，同時(shí)將直流電轉(zhuǎn)換成為與電網(wǎng)頻率和相位均相同的交流電能，符合電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電的要求；逆變器發(fā)出的交流電能經(jīng)過低壓配電就近接人建筑物配電網(wǎng)。光伏并網(wǎng)逆變器本身帶有數(shù)據(jù)采集和通訊功能，可以監(jiān)測光伏陣列的電壓、電流等直流側(cè)運(yùn)行參數(shù)，電網(wǎng)的電壓、頻率、逆變器輸出電流、功率、功率</p><p>　　4.2.4關(guān)鍵設(shè)備選型</p&

23、gt;<p>　　關(guān)鍵設(shè)備的選型遵循高效性、先進(jìn)性、成熟性和穩(wěn)定性的原則。主要設(shè)備均選用通過中國金太陽認(rèn)證要求的產(chǎn)品。</p><p>　　晶體硅組件。本工程采用國產(chǎn)高效率單晶硅鋼化玻璃層壓光伏組件，具體參數(shù)詳見表1。</p><p>　　并網(wǎng)逆變器。逆變器的選型必須符合《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》GB／T 19939—2005的規(guī)定。本項(xiàng)目將采用通過中國金太陽要求認(rèn)證的國產(chǎn)光伏

24、并網(wǎng)逆變器SG100K3型11套。其轉(zhuǎn)換效率超過95％ ，且所選用的光伏并網(wǎng)逆變器可靠性高，保護(hù)功能齊全，具有電網(wǎng)側(cè)高功率因數(shù)正弦波電流、無諧波污染供電、防孤島效應(yīng)好等特點(diǎn)。并網(wǎng)逆變器主要技術(shù)參數(shù)詳見表2。</p><p>　　(3)光伏直流防雷匯流箱。采用光伏專用匯流箱，匯流箱內(nèi)置接線端子、直流斷路器、直流防雷模塊及相關(guān)附件，采用ABB專用光伏直流1 000V直流防雷模塊。光伏陣列集線盒具有以下特點(diǎn)：</

25、p><p>　?、俜雷o(hù)等級(jí)IP65滿足室外安裝的使用要求；② 同時(shí)可按人l6路太陽電池串列，每路電流最大可達(dá)10A；③接人最大光伏陣列的開路電壓值可達(dá)DC900V；④熔斷器的耐壓值不小于DC1 000 V；⑤每路光伏陣列具有二極管防反保護(hù)功能；⑥配有光伏專用高壓防雷器，正極負(fù)極都具備防雷功能。直流防雷匯流箱參數(shù)詳見表3。</p><p>　　4.2.5 傾角設(shè)計(jì)及陣列間距</p>

26、<p><b>　　(1)傾角</b></p><p>　　從氣象站得到的資料均為水平面上的太陽能輻射量，需要換算成光伏陣列傾斜面的輻射量才能進(jìn)行發(fā)電量的計(jì)算。對(duì)于某一傾角固定安裝的光伏陣列，所接受的太陽輻射能與傾角有關(guān)，較簡便的輻射量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式為：RB：S[sin(儀+p)／sina] 十D</p><p>　　式中：R。為傾斜光伏陣列面上太陽能總輻射

27、量；s為水平面上太陽直接輻射量；D為散射輻射量；為中午時(shí)分的太陽高度角；B為光伏陣列傾角。經(jīng)計(jì)算并結(jié)合現(xiàn)場情況進(jìn)行合理優(yōu)化，光伏陣列傾角為25．77。。</p><p><b>　　(2)陣歹U間足巨</b></p><p>　　為避免陣列之間遮陰，光伏電池組件陣列問距應(yīng)不小于D：D=0．707H／tan[arcsin(0．648cos~一0．399sin~)]<

28、;/p><p>　　式中： 為當(dāng)?shù)氐乩砭暥?，北半球?yàn)檎?，南半球?yàn)樨?fù)；H為陣列前排最高點(diǎn)與后排組件最低位置的高度差。計(jì)算得：D=919．5 mm。根據(jù)現(xiàn)場情況及經(jīng)驗(yàn)，取光伏電池組件前后排陣列間距為0．95 m。太陽能光伏陣列布置見圖2。</p><p>　　五 三相光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)仿真模型</p><p>　　光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)可分為3個(gè)部分：光伏電池陣

29、列(PV)、功率變換器和并網(wǎng)控制器，本文側(cè)重針對(duì)這三部分在MATLAB仿真環(huán)境中建立仿真模型。</p><p>　　光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　5.1光伏電池陣列模型</p><p>　　當(dāng)前光伏陣列(PV)的仿真建模通常有2種方法 ：基于光伏陣列物理機(jī)制和外特性的建模方法。本研究主要基于PV物理機(jī)制的數(shù)學(xué)方程結(jié)合其等效電路特點(diǎn)構(gòu)建光伏陣列的仿真模型單

30、個(gè)光伏電池等效電路模型圖2(a)所示，經(jīng)過等效電路變換，即可得任意Np ×Ns 個(gè)光伏電池串、并聯(lián)所構(gòu)成的光伏陣列(PV)的電路模型，如圖2(b)所示。</p><p>　　圖2 光伏陣列方仿真模型</p><p>　　(a)單個(gè)光伏電池等效電路模型(b) 串、并聯(lián)所構(gòu)成的光伏陣列(PV)的電路模型</p><p>　　光伏電池模塊的輸出特性方程： 式中

31、：I為光伏電池的輸出電流； IL為PN結(jié)電流； I0為反向飽和電流； V為輸出電壓；T為絕對(duì)溫度(K)；g是單位電荷，其值為1．6×10-19C；k是玻耳茲曼常數(shù)，其值為1．38×10-23J／K；A為二極管理想常數(shù)，其值常在l～2之間變化,np,ns 分別為光伏陣列模塊中光伏電池并聯(lián)和串聯(lián)的個(gè)數(shù).</p><p>　　當(dāng)光伏電池處于開路狀態(tài)時(shí) I=0； V=Voc,代入式(2.1)可得反向飽

32、和電流的表達(dá)式為：</p><p>　　式中： Voc 為光伏電池的開路電壓； 為光伏電池的開路電壓溫度系數(shù)。</p><p>　　當(dāng)光伏陣列模塊工作在最大功率點(diǎn)時(shí)， 由式(2.1)可求得Rs ：</p><p>　　光伏電池外特性是近似由恒流源和恒壓源特性組合而成，兩者交界點(diǎn)就是最大功率點(diǎn)。基于上述的數(shù)學(xué)模型，在MATLAB／Simu1ink環(huán)境下建立光伏電池陣列

33、的通用仿真模型，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。創(chuàng)建子系統(tǒng)，并在其內(nèi)封裝Im、Vm 、Isc 、Voc 等參數(shù)，這些參數(shù)可由廠家給定產(chǎn)品數(shù)據(jù)中獲得。仿真時(shí)，可以方便的對(duì)不同的光伏電池陣列進(jìn)行設(shè)置。本文仿真參數(shù)設(shè)置Voc=330V ，Isc=180A, Im=120A,Vm=250V. </p><p>　　光伏電池陣列的仿真模型</p><p><b>　　5.2功率變換器</b&g

34、t;</p><p>　　功率變換器采用兩電平H逆變器結(jié)構(gòu)，功率開關(guān)管采用IGBT，如圖4所示。本文仿真參數(shù)C=4500uf 電抗器L=1mh,R=5mΩ。</p><p><b>　　并網(wǎng)功率變換器結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　5.3并網(wǎng)控制器</b></p><p>　　并網(wǎng)控制器

35、為三環(huán)控制，最內(nèi)層是交流電流閉環(huán)控制，控制并網(wǎng)電流，要求響應(yīng)速度最快;其次是直流電壓閉環(huán)控制，穩(wěn)定太陽電池板電壓，最外層是功率跟蹤控制，響應(yīng)速度最慢。其中電壓環(huán)采用PI控制器，控制結(jié)構(gòu)如圖5所示。</p><p><b>　　并網(wǎng)控制器結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　5.4電流內(nèi)環(huán)控制模型</p><p>　　在三相靜止對(duì)稱坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型中，

36、逆變器交流側(cè)均為時(shí)變交流量，因而不利于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為此，可以通過坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的(d、q)坐標(biāo)系【4】。這樣，經(jīng)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換后，三相對(duì)稱靜止坐標(biāo)系中的基波正弦量將轉(zhuǎn)化成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流變量，從而簡化了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由三電平逆變器在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，可以得到dq兩相電流微分方程為： </p><p><b>　　式中 </b></p>

37、<p>　　、——三相逆變器交流輸出端基波相電壓合成矢量的d軸和q軸分量；</p><p>　　、——三相電網(wǎng)電壓合成矢量的d軸和q軸分量；</p><p>　　、——三相并網(wǎng)電流合成矢量的d軸和q軸分量；</p><p>　　由式（2.4）可知，d、q軸電流除受控制量、的影響外，還受到交叉耦合電壓、和電網(wǎng)電壓、的擾動(dòng)。因此，需要對(duì)d、q軸電流進(jìn)行解耦并引

38、入電網(wǎng)電壓前饋進(jìn)行更好的控制。同時(shí)，電網(wǎng)電壓前饋的引入有利于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能得到進(jìn)一步提高。由此，可以將系統(tǒng)電流內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)【4】【5】【6】為：</p><p>　　根據(jù)上述分析，構(gòu)造如圖6所示的系統(tǒng)控制仿真模型。</p><p>　　圖6 電流環(huán)控制仿真模型</p><p>　　5.5功率跟蹤控制模型</p><p>　　由于太陽能電池的電壓

39、與電流并不是線性的關(guān)系，且在不同的大氣條件下，因日照量與溫度不同每個(gè)工作曲線都不一樣。每一個(gè)工作曲線均有一個(gè)不同的最大功率點(diǎn)(Pmax)此即為太陽能電池的最佳工作點(diǎn)。為了提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率并充分的運(yùn)用太陽能電池，需要一控制法則來使太陽能電池隨時(shí)操作在最大功率點(diǎn)，此即最大功率點(diǎn)追蹤法(MPPT)。 最大功率點(diǎn)跟蹤的過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)尋優(yōu)過程，即通過控制太陽能電池端電壓來控制最大功率的輸出[7]，常用的方法有：恒壓跟蹤法(CTV)、擾動(dòng)

40、觀測法、導(dǎo)納微分法。其中擾動(dòng)觀測回探法既避免了擾動(dòng)觀測法判斷失誤的可能性，又以其算法簡明、測量參數(shù)少而優(yōu)于導(dǎo)納微分法，太陽能電池輸出功率的利用率得到很大提高[8]，圖7是算法流程。Matlab/Simulink現(xiàn)有的模塊要實(shí)現(xiàn)該算法比較困難，本文通過編寫相應(yīng)的代碼，以s函數(shù)封裝形式來完成該算法模塊功能。s函數(shù)提供了一個(gè)代碼和Simulink模塊之間的接口，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊的編程。其中s函數(shù)的代碼可以用Matlab語言編寫，也可以是C、C+

41、+、Ada、Fortran等語言編寫。</p><p>　　圖7 最大功率跟蹤流程圖</p><p>　　圖中，I:光伏電池陣列輸出的電流；U:光伏電池陣列輸出電壓；P:光伏電池陣列輸出功率；Uref:最大功率跟蹤器輸出的電壓參考值；△U:電壓擾動(dòng)值。</p><p>　　5.6仿真結(jié)果與分析</p><p>　　設(shè)置仿真時(shí)間為0.18s,

42、在前0.1s功率跟蹤控制器輸出電壓給定值低于最大功率點(diǎn)電壓，后0.08s電壓給定值大于最大功率點(diǎn)電壓。圖8是A,B,C相并網(wǎng)電壓與電流波形圖。第一個(gè)周期由于仿真環(huán)境采用不等步長仿真，第一個(gè)周期點(diǎn)數(shù)比較多，所以顯得時(shí)間比較長，其實(shí)就是一個(gè)周波，這是給電容充電階段。整體上該電流與電壓是同相的,表明本文設(shè)置的并網(wǎng)控制器是有效的。</p><p>　　(a)

43、 (b)</p><p><b>　　©</b></p><p>　　圖8 三相光伏發(fā)電并網(wǎng)電流與電壓波形</p><p>　　(a)A相電壓與電流波形(黑體為電流波形);(b) B相電壓與電流波形(黑體為電流波形);(c)C相電壓與電流波形(黑體為電流波形)</p><p>　　圖9是直流端電壓、電流

44、波形圖，在前0.1s,電壓波動(dòng)明顯，原因在于該時(shí)段最大功率跟蹤器輸出的電壓給定值低于最大功率點(diǎn)電壓，此時(shí)系統(tǒng)工作在電池陣列的恒流源特性區(qū)域，使得稍微調(diào)節(jié)電流，直流側(cè)電壓的變化就比較大，加之電流內(nèi)環(huán)也存在一定的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間，電流波動(dòng)也就特別明顯。后0.08s,當(dāng)直流側(cè)電壓給定值遠(yuǎn)大于最大功率點(diǎn)電壓，系統(tǒng)始終工作在光伏電池陣列的恒壓源特性區(qū)域，所以直流側(cè)電壓波動(dòng)比較小。從直流端光伏電池輸出電流波形可以看出，在連接電網(wǎng)斷路器合上之前，電流基本

45、上就是電容的充電電流，可以看出，初始沖擊電流還是比較大的，如何降低初始充電電流對(duì)電容的沖擊，在工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意。其次可以看出，該電流波形是個(gè)脈沖波形，對(duì)電流傳感器要求比較高。</p><p>　　(a) (b)</p><p>　　圖9直流側(cè)電壓與電流波形</p><p>　　(a)直流側(cè)電

46、壓波形;(b)直流側(cè)電流波形</p><p>　　圖10是并網(wǎng)過程中電池陣列輸出功率與交流側(cè)并網(wǎng)功率波形圖，從圖中可以看出，光伏電池輸出功率與交流側(cè)并網(wǎng)功率并不平衡，原因在于電抗器、以及功率開關(guān)管，并網(wǎng)變壓器均存在功率損耗。其次可以看出，并網(wǎng)功率前半段時(shí)間并網(wǎng)功率波動(dòng)比較明顯，原因在于此時(shí)段，光伏電池陣列工作在恒流特性區(qū)域，使得稍微調(diào)節(jié)直流側(cè)電流，導(dǎo)致直流側(cè)電壓的變化就比較大，加之電流內(nèi)環(huán)也存在一定的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間

47、，并網(wǎng)電流波動(dòng)也就特別明顯。反之，在后半段時(shí)段，光伏電池陣列工作在恒壓特性區(qū)域，直流側(cè)電壓變化不大，電流內(nèi)環(huán)的電流參考值變化不大，交流側(cè)并網(wǎng)功率就比較恒定。因此，為了減小并網(wǎng)功率的波動(dòng)，兼顧電池效能的最大利用，光伏電池陣列推薦工作在接近最大功率點(diǎn)的恒壓特性區(qū)域。</p><p>　　圖10光伏電池陣列輸出功率與并網(wǎng)功率</p><p><b>　　六 總結(jié)</b>&l

48、t;/p><p>　　本文建立的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電仿真模型及其控制方法能較好地模擬三相光伏并網(wǎng)發(fā)電情況，為太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化提供了有效的手段。</p><p>　　系統(tǒng)控制模型采用最大功率跟蹤環(huán)、電壓環(huán)與電流內(nèi)環(huán)的三環(huán)結(jié)構(gòu)，功率跟蹤主要作用使太陽能電池隨時(shí)操作在設(shè)定功率點(diǎn)；電壓環(huán)主要作用是控制三相逆變器直流側(cè)電壓，使直流側(cè)電壓跟隨指定電壓；電流內(nèi)環(huán)采用前饋解耦的電流閉環(huán)控制。仿真

49、表明上述控制方法能使交流電流很好地跟蹤交流電網(wǎng)電壓，實(shí)現(xiàn)了逆變目標(biāo)。</p><p>　　通過三相光伏并網(wǎng)發(fā)電仿真，光伏電池陣列可以工作在恒流特性區(qū)域，但是并網(wǎng)交流電流波動(dòng)比較大，為了減小并網(wǎng)功率的波動(dòng)，光伏電池陣列推薦工作在接近最大功率點(diǎn)的恒壓特性區(qū)域。</p><p>　　在光伏發(fā)電并網(wǎng)之前，并聯(lián)在光伏電池陣列的電容在充電階段，初始沖擊電流是比較大的，工程設(shè)計(jì)時(shí)要考慮抑制初始充電電流對(duì)