1、第二讲 太阳能光伏发电系统主要组成u太阳能发电系统分类太阳能发电系统分类u光伏发电系统构成光伏发电系统构成u系统布置系统布置u具体末端应用具体末端应用精品文档1.太阳能发电系统分类（是否并网太阳能发电系统分类（是否并网）独立系统带有蓄电池系统相对复杂并网系统发电直接上网系统相对简单精品文档太阳能发电系统分类（系统占地）建筑一体化 荒漠电站 边远地区电气化精品文档光伏发电原理p太阳电池(solar cell)是以半导体制成的，将太阳光照射在其上，太阳电池吸收太阳光后，能透过p型半导体及n型半导体使其产生电子(负极)及电洞(正极)，同时分离电子与电洞而形成电压降，再经由导线传输至负载p由于太阳电池
2、产生的电是直流电，因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直/交流转换器，即逆变器，将直流电转换成交流电 无论是独立发电系统还是并网无论是独立发电系统还是并网发电系统、光伏发电系统均由太发电系统、光伏发电系统均由太阳电池扳阳电池扳(组件组件)、控制器和逆变、控制器和逆变器三大部分组成。光伏发电设备器三大部分组成。光伏发电设备精炼，可靠稳定，而且寿命很长，精炼，可靠稳定，而且寿命很长，安装维护也很简便。安装维护也很简便。精品文档2.太阳能建筑光伏系统构成太阳能建筑光伏系统构成u光伏组件光伏组件u控制器控制器u逆变器逆变器u蓄电池蓄电池u末端应用末端应用精品文档光伏发电系统构成Array控制器
3、蓄电池逆变器交流负载直流负载组件串联：要求各组件具有相同电流容量，输出电压为各组件之和组件并联：各组件具有相同电压输出，阵列输出电流为各族简直和一个电池额定电压0.45V，一个板由3640个电池串联，总输出1618V，可为12V蓄电池充电精品文档2.1 光伏组件光伏组件 光伏组件：又叫太阳能电池板，是太阳能发光伏组件：又叫太阳能电池板，是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。中价值最高的部分。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。通常是由太阳能电池片，按照一定功率和尺寸要求，由电路连接组成，并由框架封装在一起的一
4、组发电单元。光伏组件串联后并联构成组件方阵。100KWp级以上光伏发电系统由多个光伏方阵组成精品文档对太阳电池板对太阳电池板的基本要求的基本要求：1）由一定的标称工作电压和标称输出功率；）由一定的标称工作电压和标称输出功率；2）工作寿命长，要求组件能）工作寿命长，要求组件能正常工作正常工作20到到30年以上年以上，因此，要求组件所使用的材料、，因此，要求组件所使用的材料、零件及结构，在使用寿命上相互一致，避免零件及结构，在使用寿命上相互一致，避免因一处损坏而使整个组件失效；因一处损坏而使整个组件失效；3）有足够的机械强度，能经受在运输、安装）有足够的机械强度，能经受在运输、安装使用过程中发生的
5、冲击、振动及其他外力；使用过程中发生的冲击、振动及其他外力；4）组合引起的电性能损失小；）组合引起的电性能损失小；5）组合成本低。）组合成本低。精品文档太阳电池板的工艺流程：太阳电池板的工艺流程：精品文档精品文档考虑装机容量和发电量太阳发电系统装机容量电池板面积太阳发电系统装机容量电池板面积日照强度日照强度光电转换效率光电转换效率日照强度：太阳光照射在单位面积的能量强度，单位：日照强度：太阳光照射在单位面积的能量强度，单位：W/mW/m2 2光电转换效率：太阳能电池板将太阳能转化为电能的效率。光电转换效率：太阳能电池板将太阳能转化为电能的效率。晶体硅目前的效率约为：晶体硅目前的效率约为：15-
6、20%15-20%太阳发电系统发电量太阳发电系统发电量装机容量装机容量有效日照时间有效日照时间综合系数综合系数综合系数：考虑到电池板的安装角度（水平、垂直方向）、逆变器的逆变综合系数：考虑到电池板的安装角度（水平、垂直方向）、逆变器的逆变损失、电力传输的线损、局部阳光遮挡等因素，最终的系统发电效率因数损失、电力传输的线损、局部阳光遮挡等因素，最终的系统发电效率因数精品文档系统控制元件系统控制元件 1）光伏发电系统控制元件的作用）光伏发电系统控制元件的作用 控制元件是对太阳能光伏发电系统进行控制控制元件是对太阳能光伏发电系统进行控制与管理的设备。与管理的设备。信号检测信号检测 蓄电池最优充电控制
7、蓄电池最优充电控制 蓄电池的放电管理蓄电池的放电管理 设备保护设备保护 故障诊断定位故障诊断定位 运行状态指示运行状态指示2.2 2.2 控制器控制器精品文档安全运行元件：安全运行元件：二极管的作用二极管的作用 防反充防反充 当光伏电池串联时，需要在电池组件两当光伏电池串联时，需要在电池组件两端并联二极管。端并联二极管。当光伏阵列有若干串列并联时，需要在当光伏阵列有若干串列并联时，需要在每串中串联二极管，随后再并联。每串中串联二极管，随后再并联。防反接防反接 精品文档2.3 离网系统离网系统Array工作点控制器电源变换器负载蓄电池户用光伏系统户用光伏系统：几十几百瓦，白天发电蓄电，夜晚用电小
8、型系统独立光伏电站：独立光伏电站：阵列、蓄电池、变换器、能量管理器、配电、输电系统白天蓄电池充电，负载供电；夜晚，蓄电池逆向放电，实现对负载供电能量管理器：能量管理器：实现同时给多个负载用电与蓄电池充电之间能量分配；可调节负载：可调节负载：为匹配阵列的最大功率点，负载中有可调节性负载（蓄电池充电负荷，变频器带动的光伏泵）精品文档2.4 逆变器由于太阳电池产生的电是直流电，因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直/交流转换器，即逆变器，将直流电转换成交流电，才能供电至家庭用电或并入电网。精品文档变换器直流变换器：将直流电压电流不同等级的电流电压交流变换器（逆变器）：直流交流精品文档精品文档
9、1、独立光伏系统逆变器、独立光伏系统逆变器 输入的直流电压一般为输入的直流电压一般为12V、24V、48V，必须，必须有较高的转换效率。有较高的转换效率。2、并网光伏系统逆变器、并网光伏系统逆变器 自动开关自动开关 最大功率点跟踪控制最大功率点跟踪控制 防止单独运行防止单独运行 自动电压调整自动电压调整 断路保护断路保护 异常情况排解和停止运行异常情况排解和停止运行精品文档 光伏发电系统对逆变器的基本技术要求如下光伏发电系统对逆变器的基本技术要求如下：（1）能输出一个电压稳定的交流电；）能输出一个电压稳定的交流电；（2）能输出一个频率稳定的交流电；）能输出一个频率稳定的交流电；（3）输出的电压
10、及其频率，在一定范围内可以调节；输出的电压及其频率，在一定范围内可以调节；（4）具有一定的过载能力，一般应能过载）具有一定的过载能力，一般应能过载125%150%；（5）输出电压波形含谐波成分应尽量小。）输出电压波形含谐波成分应尽量小。（6）具有短路、过载、过热、过电压、欠电压等保护功能和报）具有短路、过载、过热、过电压、欠电压等保护功能和报警功能；警功能；（7）启动平稳，启动电流小，运行稳定可靠；）启动平稳，启动电流小，运行稳定可靠；（8）换流损失小，逆变效率高，一般应在）换流损失小，逆变效率高，一般应在85%以上；以上；（9）具有快速的动态响应。）具有快速的动态响应。精品文档2.5 光伏能
11、量存储光伏能量存储蓄电池蓄电池u蓄电池结构蓄电池结构隔膜隔膜正极活性物质负极活性物质电解质电解质放电充电正极活性物质：正极活性物质：获得电子进行还原反应负极活性物质：负极活性物质：失去电子进行氧化反应电解质：电解质：提供离子导电介质隔膜隔膜：保持正负极物质不接触最小距离u蓄电池参数蓄电池参数电动势：蓄电池理论上输出能量的度量开路电压：数值上=电动势工作电压：负载电压容量：能放出电量总和，Ah；实际容量；额定容量：保证蓄电池放电的最低容量；标称容量；内阻：欧姆电阻（所有接触式电阻）、极化内阻（两级电化反应）、隔膜电阻（电流过隔膜的电阻）精品文档蓄电池能量蓄电池能量 /TTRRRWC EWC UW
12、 h kgW h L理论能量：理论容量 电动势实际能量：实际容量 平均跟踪电压比能量：单位质量或体积输出的能量，单位：功率与比功率功率与比功率单位时间输出能量：W=kW；单位质量的功率是比功率输出效率输出效率/QdischQQ容量输出效率：放电时输出电量 充电输入电量能量输出效率：放电输出能量/充电输入能量 自放电自放电负极活性物质电势比氢电势低换氢反应放出氢气寿命寿命以全充放电次数计算锌银电池30-500次；铅酸电池300-500次；碱性电池500-1000次精品文档运行运行循环充放电制：循环充放电制：全充全放，电解液消耗多，寿命短连续浮充制：连续浮充制：蓄电池常有少量充电电流，低于某值即充
13、电定期浮充制：定期浮充制：部分时间蓄电池供电，其余时间光伏电池供电和充电蓄电池充电充电恒流充电：充电时间较长，分段恒流充电恒压充电：时间短，对单个电池恒压限流：串一电阻调整充电电流快速充电：以脉冲方式充电，使电极去极化智能充电：跟踪蓄电池可接受充电电流是充电电流与内部极化电流一致，无气 体析出，对电池无损伤精品文档酸性蓄电池酸性水溶液作为电解质的电池铅酸电池：正极：PbO2；负极金属铅Pb；电解液：27-37%硫酸水溶液4+22444+PbO+2H OPb(OH)Pb(OH)Pb4OHOHPbOH-正极：进入溶液，极板上与溶液里构成正极界面双电层,形成正极电势2+2+2+PbPb+2ePbeP
14、b负极：进入溶液，极板上 与溶液里构成负极界面双电层,形成负极电势+-+-正极正极负极负极界面双电层界面双电层界面双电层界面双电层精品文档碱性电池222NiOOHNi(OH)HH O30%镍氢电池正极活性物：（放电）；（充电）负极板活性物：（放电）；（充电）电解液氢氧化钾溶液KOH、NaOH水溶液作为电解质的电池镉镍电池，氢氧化镍为正极，镉为负极，镉膜，氢氧化钾水溶液为电解质-22-22Ni(OH)+OHe+NiOOH+H O1e+H OHOH2电化反应正极：负极：镍氢电池比镍镉电池容量增加一倍，充放电次数镍氢电池比镍镉电池容量增加一倍，充放电次数1000次，无记忆效应次，无记忆效应精品文档锂
15、电池锂电池一次锂电池，锂金属为阳极，MnO2为阴极；二次锂电池以锂离子和碳材料为阳极，MnO2为阴极；又称为锂离子电池特点：容量高、重量轻、无记忆，比能量理论值570Wh/kg，实际达到比能量实际达到比能量100Wh/kg，比功率，比功率200Wh/kg，寿命，寿命12000次次，充电时，正极上生成锂离子经电解液到负极，嵌入层状结构的碳材料负极的微孔中，嵌入锂离子越多，充电容量越高。放电时，嵌入负极的锂离子脱出回到正极，回到正极的锂离子越多，放电容量越高精品文档燃料电池燃料电池阴极（氧电极）阴极（氧电极）阳极（氢电极）阳极（氢电极）-+燃料氧化剂正离子电解液负载氢氧通过电化学反应生成水+能量效
16、率高达80%碱性燃料电池（AFC）磷酸燃料电池（PAFC）熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）固体氧化物燃料电池（SOFC）质子交换膜燃料电池（PEMFC）e-在催化剂作用下氢分解为2个氢离子+2个电子氢离子通过质子交换膜PEM与电子分开与另一电极的氧反应生成水电子通过外电路输出电流能量转换效率高，无热机过程只有水生成，零污染排放无机械运动，可靠，无噪声精品文档铅酸电池充放电+2-2442-442-+2442H SO2HSOPbSOPbSO2ePbO+SO+4H+2ePbSO+2H O电解质电解：(移向正极)(移向负极)负极氧化反应：正极还原反应：放电过程放电过程正极得到电子，电位降低，负极失去电子
17、，电位升高氧化还原反应使Pb和PbO2PbSO4沉积在极板充电过程充电过程+2+2-242+4+4+44222+2222H OHOHPbSOPb+SOPbPb2e PbOHPbOH PbOHPbO2H OPb2ePbPbSO2H OPbO2H O+Pb PbSOPbO 分解分解4电场反应44（移向负极）（移向正极）正极板：（移向负极）（）（）（沉积在正极板）负极板：总的反应：2正极板 负PbSOPb4极板精品文档u电流规律电流规律00000(1)ttttIQidtI edteIQ电池电量电流接受比lg()disdisssscKcIKkIIQ第一定律:与放电电容量 方根成正比 第二定律：与放电电
18、流对数成正比 第三定律：充电电流是各放电率的可接受充电电流之和 总充电流接受比（总的可接受充电电流）（总放出的电量）u极化过程极化过程电池外接电源充电，外接负载放电充电电流要随时间衰减，而非保持恒流外加电源电压要大于蓄电池平衡时的电动势电池极化浓度极化电化学极化欧姆计划tiI0精品文档蓄电池充电蓄电池充电u过程划分过程划分主充模式：两段充电、变流充电、脉冲充电均充模式浮充模式：恒压充电，以蓄电池端电压相等时为止，防止蓄电池过充电u程度判定程度判定检验电池去极化后的端电压，初充时端电压变化率小，中间段变化率大，最后变化率极小检测电池实际容量，与额定容量比较检测端电压是否接近额定电压u停充控制停充
19、控制定时控制：定时控制：温度控制：温度控制：过充时电池温度升高端电压负增量控制：端电压负增量控制：电池充足后，端电压负增长精品文档3.1 安装方式 最佳倾角安装不同纬度地区太阳入射角度不同，考虑一年当中各时段阳光照射强度因素，对电池板竖直方向的安装倾角进行对电池板竖直方向的安装倾角进行优化计算，计算得到一个发电量最大的安装倾角。优化计算，计算得到一个发电量最大的安装倾角。该安装方式适用于整个系统安装在开阔地和具有一定承重能力的屋面 水平安装 沿建筑屋面或立面3 3 系统布置系统布置精品文档p 阵列组成阵列组成各板串联后再并联依据：逆变器工作点电压和电流与电池板最逆变器工作点电压和电流与电池板最
20、大功率点电压和电流相匹配原则大功率点电压和电流相匹配原则构建350V，20A光伏阵列20个最大工作点电压为17.5V电池板串联，（每个板容量120W或75W）构成工作点电压350V；（1）3串20组串联、容量120W组件并联120/17.5=6.8A 6.8*3=20.4A（2）5串20组串联，容量为75W组件并联75/17.5=4.28A 4.28*5=21.2A二极管：（1）屏蔽蓄电池或逆变器向光伏电池送电；（2）串联组件上并联二极管，某组件被遮挡不影响别的组件；（3）每串中串联二极管，在并联，防止某串遮挡而影响其他，隔离二极管（4）稳压管：在阵列终端3.2 阵列安装阵列安装精品文档p阵列
21、安装阵列安装1、入射角：尽量小，光线准直入射阵列2、倾角：需每个季度调整倾角，通常在当地纬度加5度3、一年调整两次，春分当地倾角减11度45分，秋分开始当地纬度+11度45分4、方位角：太阳偏离东西方向的角度，太阳每小时移动15度24分，24小时移动360度。5、正南方确定：立竿见影，最短的杆影对应的太阳方向为正南固定安装阵列，接收能量因子2/=0.637，即损失约36.3的能量。昼夜变化影响因子：0.5赤道上无云遮挡太阳辐射1kw/m2，则当地1m2的阵列一天接收太阳辐射2110 50 637247 6.kWmhkWh占地计算：以多晶硅占地计算：以多晶硅15%效率计算，电池板效率计算，电池板
22、150W p/m2，+支架支架+倾角等，倾角等，100W p/m2，1MW阵列占地阵列占地10000m2=15亩亩电池板功率选择：用电最大负荷、平均最大日用电，当地四季平均日照。再考虑备用电源，逆变器。精品文档3.3 太阳跟踪系统太阳跟踪系统对光伏系统影响：1、25度角入射阵列比垂直入射输出降低10%2、理想跟踪系统提高能量收集效率30%已上 聚光40倍的系统，0.5度跟踪偏差 输出效率下降10%；跟踪偏差大于5.5度 聚光点偏离电池，输出功率降为零u双轴跟踪系统1、东西水平轴跟踪系统；2、南北水平轴跟踪系统3、极轴跟踪系统：方位角0，倾斜角=当地纬度，在极轴上的阵列以地球自转角速度转动（15
23、度/h）u单轴跟踪系统1、水平轴跟踪系统：阵列绕垂直轴改变方位角，绕水平轴改变仰角，跟踪太阳高度2、赤道轴跟踪系统：平行天轴（地轴）极轴，平行于天赤道的赤纬轴。极轴成南北向，倾角成当地纬度，调整水平，等于太阳赤纬度，阵列对准太阳，以15度/转动精品文档接入负载要求：要严格计算和限制接入的负载接入负载要求：要严格计算和限制接入的负载；选用节能型负载；合理安排用电负载评估：1、静态评估：实际额定电流、电压、额定有功功率、额定无功功率、日耗电2、动态评估：负载实际用电时间特性、负载启动特性、负载动态频率特性最大功率点匹配：使负载工作点接近阵列最大工作点，阵列输出最大使负载工作点接近阵列最大工作点，阵
24、列输出最大阻性负载：伏安特性为电阻特性感性负载：电阻与电感组合，开关时有感应引起的浪涌电流容性负载：电阻与电容组合，开关时有充放电的时间延续负载实际耗电：一般额定总负载功率发电系统额定功率（负载不是同时工作）负载动态特性：负载启动特性产生的浪涌电流对系统产生冲击4.1 4.1 负载特性负载特性4 具体末端应用具体末端应用精品文档4.2 光光伏伏照照明明系系统统u光伏光伏+储能系统储能系统：天白光伏电池对蓄电池充电储能，晚间蓄电池对用电器释放能量u光伏照明系统：输出照明系统的额定电压不是固定的220V，具体视负载而定升压电路：将蓄电池电压升到220V市电u光伏工作点控制：最大功率点跟踪控制（MP
25、PT）：需芯片实时跟踪和控制光伏电池输出率点恒电压工作点控制（CVT）：只需模拟电路控制输出电压工作点MPPT较CVT复杂，但CVT比MPPT多损失5-10%的功率。u高压气体放电照明系统：150W、250W、400W，直流生压电路、高频逆变电路、电子镇流与起辉电路u蓄电池充电策略：合适的充电方法可以延长电池寿命，提高充电效率考虑电压温度系数CT，蓄电池浮充电压：Up=Up0+（T-T0）CTu蓄电池要选择通常达不到浮充，在快充阶段的容量，每日放电深度4050%精品文档4.3 光光伏水泵伏水泵光伏发电系统变频器调节功率平衡水泵系统蓄电池u变频器：1、光伏发电较高时，控制水泵在高速运行，较低时，
26、水泵低速运行2、实现光伏发电最大功率点跟踪与控制3、阵列最大工作点电压=变频器额定直流工作电压u蓄电池+光伏电池选择1、蓄电池+光伏电池容量较大，出早晚时段，中午也可以充电2、蓄电池+光伏电池容量略小，中午不能充电，蓄电池作为电源稳定器和光能存储器扬水充电充电扬水充电扬水10：0016：0018：008：00精品文档光伏阵列直流输入电机控制器水泵8:0017:0012:0010:0015:002500w500w1000w1500w2000w6:0018:00理想光照曲线实际光照曲线太阳光伏水泵受日照强度影响，水泵输出也随日照变化，早晚弱，中午强停泵水锤：启动，关机时，流速巨变时引起水流压力的巨
27、变精品文档启动条件启动条件1/MLLFTJddtTTTTTTA水泵启动运行方程：电机惯量*角加速=受的总力矩（电机输出转矩）（负荷转矩）（摩擦）（损耗）（水泵转矩）点前系统处于启动阶段，之后进入平稳运行0000000202221212121211 ()()MMLLMLsssssssJTTT dTT dTTC U RTfRRUfRRUf启动时间：启动转矩：启动电压；启动频率；，折合阻抗；，漏抗 常数TMTLnTA,H P1()Hf Q扬程曲线2()Pf Q功率曲线3()f Q效率曲线maxmaxQQmax23QQnHnPn流量与水压关系额定参数：一定流量 下的效率时相应的参数流量；扬程；功率精品
28、文档光伏水泵电机由于光伏阵列输出的变化，水泵电机需能调速以适应太阳能的变化光伏系统中用变频调速的交流异步电机p电机机械性能2101212222122121012m22112(/)/28(/)/4822emm PUrsfTfLrsfm PUrTsLff L转矩：最大值：；此时转差率：101122 mPUfrL相数；极数；端电压；电源频率；定子处的转子电阻和电感nTeAnATA111AUUf对 点，有不同的电压和频率组合，改变和就可以得到不同的转速转速与转矩不唯一对应，可以改变和 得到不同转矩11Uf不同，精品文档nTeTm频率f1降低降低f1，但保持U1/f1不变可以降低转速但最大转矩不变Tm1
29、11,/mfsUfconst降低频率如保持特性曲线左移可以在保证最大转矩不变的基础上通过降低频率来降低转速1memssTT当时，精品文档光伏水泵设计设计原则：追求年月日最大平均流量 水泵调速范围越宽越好 宽范围内的高效率 宽范围内的高功率因数 电机与泵、控制器一体化设计 根据负载特性调节水泵运行点 高功率密度光伏阵列最大功率点跟踪控制变频电路电机水泵控制信号电流电压信号具有MPPT策略的光伏水泵系统精品文档u水泵流量与电机匹配系统流量Q可用系数kh表征hK 日最高时用水量日平均时用水量()xgHHH系统所需扬程：（地形高度）损失水头HHH损失水头：22 22HHdggd（管段损失）（局部损失）
30、阻力系数；局部阻力系数；管口直径，流速100 10001.3eppeQHPPP确定流量与扬程后，得到有效功率为液体材料系数；水泵效率最后选取电机：精品文档u水泵工况点22222 xgggHHHHdggHRQ 管路特性R：管路特性系数，与管路口径、长度、管内表面、管件种类有关u运行工况点：管路特性曲线R与水泵特性曲线H的交点Au运行工况点决定了水泵的流量QA，扬程HA，功率PA，效率A,H PQRP1()Hf QAAHAQAPA精品文档p由于太阳及天气变化，光伏水泵需要不断调整流量和功率p调节功率及流量通过改变转速实现pn特性曲线工况点从BA点流量(QBQA)，扬程(HBHA)都升高u水泵调节A
31、BRPAQBQAHBHHQ转速增加23,/nnQ Qn nH Hn nP Pn n当转速流量与转速成正比扬程与转速平方成正比功率与转速立方成正比精品文档4.4 风风-光互补发电系统光互补发电系统风力发电光伏发电夜间风力较大，补充光伏发电的不足，不稳定能源白天发电，补充风力较小，较稳定能源稳定的用电负载光伏发电风力发电蓄电池燃气发电机设计原则1、充分调研风能、充分调研风能-光能资源光能资源评估评估2、适当选择蓄电池和燃气电机容量、适当选择蓄电池和燃气电机容量负载评估负载评估3、运行及供电方式，要考虑系统可维护性、运行及供电方式，要考虑系统可维护性控制及管理策略控制及管理策略精品文档GSDAS控制
32、器GSDAS控制器DA/ADDASGSDAS逆变器DAS充放电控制器蓄电池组负载数据采集风力发电机柴油发电风光互补发电系统风光互补发电系统精品文档4.5 并网系统并网系统不用考虑负载供电稳定性；光伏电池运行在最大功率点；省略储能蓄电池组成：光伏阵列、逆变器、控制器控制器：控制跟踪阵列最大功率点；控制逆变器并网电流波形与功率；控制电网转送功率与阵列最大功率平衡ArrayMPPTDC/DC convertor DriverPWM ControlPTReactor精品文档并网电抗调节阵列输出电流变化，电感L越大，系统输出电流变化越小sinamaiiItdidtdi dt要阵列输出电流 能跟踪电网电流
33、sinsincosmincos dcmdcmmmUUtUUtItLLItsinmin/cos LdcmdcmmtiUUUUtLitIt控制周期内电流最大波动可确定出阵列向电网输电的电抗器电感精品文档u并网逆变器idc采用桥式电路，输出并入电网调节桥式电路输出相位与幅度，送出有功电流，实现并网uacLC电感，电容调节输出电流波形电流（压压）源逆变器精品文档并网控制最大功率点控制Maximum power point tracking(MPPT)实时控制系统工作状态，跟踪阵列最大功率点，实现最大输出功率波形跟踪和控制波形跟踪PWM，将阵列电流跟踪电网参考电流，控制电流波形变化接入保护防止线路故障与
34、功率失稳，阵列影响电网，电网影响阵列；低压保护、过压保护、低频保护、过频保护、过流保护、孤岛保护精品文档l孤岛效应阵列与电网的链接断开后，逆变器失去电网的参考电压，光伏阵列与电网的链接断开后，逆变器失去电网的参考电压，光伏阵列成为孤岛阵列成为孤岛，之后再接通时可能产生功率适配使连接变得复杂。l孤岛检测功率调节器检测孤岛效应，并实现电压的自动调整l有功无功综合控制当逆变器只向电网输出有用功率而无无用功率注入，恶化交流系统的功率因数l瞬时无功补偿理论；扰动器补偿：增加一个扰动器，产生不同于逆变器输出的偏离，同时输出到电网，即有无功功率注入网络精品文档能量管理控制光伏阵列在最大功率点（MPP）出运行
35、；在离网系统中，对蓄电池的充放电进行管理预测负载情况；评估光伏综合系统电池状态；实现光伏电力在蓄电池和多种负载间的合理调配负荷调控电器性负荷：照明、多种电子产品电动机动力负荷：通过调压和供电频率调节，具有变频器的光伏水泵，变频器具有DC/AC 性能，光伏系统直接供其直流。变频器采用调频的方式调节交流负荷蓄电池充电负荷蓄电池充电负荷调节负载时刻调节电流实现电池板的最大功率点匹配调节负载时刻调节电流实现电池板的最大功率点匹配精品文档硅光伏电池输出/0(1)qU kTphIII e输出电流：shsRR考虑并联电阻：电池表面及边沿漏串联电阻:扩散区电池体、上下电极电阻3000 0.001()()11
36、exp 1 ()exp()()1.167.02 1phdrphscTrefgsddrefrefrsshscTrefgIIIIISIC TTqEq UIRTIIIInkTTnkT TTIUIRRSICTTE输出电流：光照度；短路电流；温度系数；参考温度；电池温度；带隙2400 1108dTIT；二极管反向电流；通过最小二乘法拟合，可以确定各个参数精品文档阵列输出特性在忽略光电池分布效应；照射不均产生的温度梯度；阴影遮挡；遮挡造成的恒流条件下对输出电压的限制24 1.167.02 101108allscellallpcellallspcellgsUN UIN IPN N PTENT阵列输出所有串联
37、电压和 所有并联电流和UPUI高压区，电流很小，内阻大，具有恒压源特性低压区，电流很大，内阻小，具有恒流源特性电压源和电流源的交点处就是功率最大点光伏电池作为电压源可接电压型负载，作为电流源可接电流型负载不同照度不同照度精品文档温度影响UUIP100,60,30TC100,80,60,30TC当温度升高系统开路电压下降短路电流则略有升高当温度升高系统最大功率下降精品文档功率点控制UIPmL不同照度下，阵列最大功率点在Um线上Um负载特性曲线L与阵列特性曲线交点负载工作点工作点与最大功率点差阻抗失配引起的功率损失工作点接近最大功率点阻抗匹配CVT（constant voltage trackin
38、g)采用阻抗变换，使工作点电压保持在Um附近，输出功率为最大功率直接匹配与CVT的功率差值=负载线与最大功率点曲线线之间面积CVT不足阵列温度升高，最大功率点移动，输出功率产生较大功率损失精品文档MPPT（最大功率点跟踪）12L2L1BAAB系统运行在最大功率点A当阵列特性曲线由12为保持最大输出，负载特性也应由L1 L2，使系统仍运行在最大功率点B处UIMPPT：当最大功率点变化后，跟踪变化使工作点也相应变化CVT可以很好的控制输出电压波动MPPT能有效地提升输出功率实验得到MPPT较CVT能提高9%的输出能量精品文档MPPT稳态特性/0PUdP dU在曲线上，功率最大值满足：/()/0 -
39、dP DUd UIdUUdI dUIdU dUUdIIdUIUdIUIdUUI 取 最大功率点：采用一阶差分，对阵列输出电压电流采样256(1)25612561256(1)()(1)()/256/256()()(1)()()(1)()kkiikkdI kI kI kIIdU kI kU kdI kU kI kdU k 对电流电压连续采样取均值类似做差分：()(),()()()()U kI kU kI kU kI k 若到达最大功率点若，工作在恒流区，需降低功率输出，使工作点回到最大功率点若，工作在恒压区，需提高功率输出精品文档检测电压及线路电流开始()()(1)()()(1)UI k dUdU
40、U kU kIU k dIdII kI k refrefUUrefrefUUCrefrefUUCrefU输出控制有用功输出IU IU NYNYMPPT算法精品文档MPPT动态特性MTTP算法轨迹在最大功率点附近摆动UIPmUml电压型逆变器功率恒定特性：输入电压降低时，电流增大，使功率稳定l不利：导致阵列在低电压下，电流源区域成为不稳定工作区ACBlA点为最大功率点，当光照，等功率点有B和Cl当有干扰使功率有减小变化时 C点电压电流，但电流变化电压变化，补偿功率减小。回到干扰前状态 B点是稳定工作区MPPT能自主动态寻优，但在电压型逆变器负载，低电压稳定性较差能自主动态寻优，但在电压型逆变器负
41、载，低电压稳定性较差精品文档改进MPPTmI/AmAdP dVIdU控制量变化方向由定，步长由定电压变化不同，步长也不同，使得工作点在进入恒流源区域时能快速返回恒压源区域使工作点稳定在最大功率点附近的电压范围内Voltage variety speed limited MPPT 电压受限MPPT VVSL-MPPT 结合CVT的MPPT算法，改进MPPT 对阵列电压变化速率进行监控，控制阵列端电压在一定范围变化，防止崩溃PWMG1KTcS 1SLR3 2Imcos()m1 SCMPPTGVSLGdILIdUSU1UmfImI2mAI1mAISUmfIVVSL-MPPT算法控制模型由PSIM6.
42、0仿真软件进行系统仿真，光照降低阵列端电压突变变步长减轻负载精品文档 干扰观测法Perturb&observe algorithmsl系统周期性用小步长改变阵列输出，方向可加可减干扰l比较干扰周期前后的输出功率，确定下一周期干扰方向l功率，干扰方向不变。功率，干扰反向工作点在最大功率点附近往复，步长大跟踪快pvU设定输出检测阵列输出电压、电流计算功率P保持扰动方向改变扰动方向oldPP开始oldPPNY在最大功率点附近振荡；步长对精度和速度影响；精品文档电导增量法Incremental conductancemax/0/0/PPUdP dUIUdI dUdI dUI U 处曲线为极大值电导的变
43、化率负的电导当输出电导的变化=负的输出电导，输出功率最大开始UI检测输出电压、电流0dU/dI dUI U 0dI/dI dUI U 0dI rrUUUrrUUUrrUUUrrUUU;bbUUII结束NYYYYNNNNY控制精度响应速度较高；控制精度响应速度较高；对硬件要求高对硬件要求高精品文档模糊逻辑控制fuzzy logic control开始nnUI检测输出电压、电流/()dP dI n求fuzzy模糊规则运算逆模糊化()outin输出/(1)/();(1)()outoutdP dI ndP dI ninin outi输出并网电流结束/(1)dP dI n(1)outin采用DSP执行；
44、可对多个因素综合考虑确定模糊控制器的输入和输出变量归纳总结模糊控制器控制规则确定模糊化和逆模糊化方法选择域并确定参数精品文档实现MPPT方法n滞环比较法光照强度变化并不比控制速率快光照强度快速变化时并不跟随快速移动工作点光照稳定后再跟踪到最大功率点神经元网络控制、)n最优梯度法gradient method基于多维无约束最优化问题的数值计算选取目标函数的负（或正）梯度方向作为每步迭代的跟踪方向逐步逼近函数最值神经元网络控制阀精品文档并网发电拓扑单级式并网逆变器拓扑单级式并网逆变器拓扑bi-directional fly-back inverter在一个功率变换环节实现：升压、最大功率点跟踪、逆变、阵列与电网电隔离缺点：电网频率50Hz，电池母线电容100Hz纹波电压较大，减小纹波徐更大母线电容阵列UoutGridUinNsecNpnC精品文档两级式并网逆变器拓扑两级式并网逆变器拓扑阵列逆变电路DC/DC谐振变换器分为软开关DC/DC变换和自换相或电网换相逆变两级DC/DC变换后直流母线并联一电容可实现能量解耦多级式并网逆变器拓扑多级式并网逆变器拓扑多级拓扑增加并网逆变器复杂度提高成本可以实现多种功能：逆变桥低压开关频率；DC/DC变换正弦半波直流输出；光伏电池与电网间能量解耦等降低能量损耗实现最大功率点跟踪精品文档
