光伏电站光伏发电的原理及构成 引言 ♦ 随着环境污染 、生态破坏及资源枯竭的日趋 严重 ， 近年来世界各国竞相实施可持续发展 的能源政策 ， 其中利用太阳能发电最受瞩目 一种 ， 由于太阳能发电的普遍性 ， 还有它的 长久性和廉洁性 ， 它将成为未来能源组成的 一个重要来源。 ♦ 由于太阳能发电具有安全可靠 ， 无污染 、无 需消耗燃料 、无机械转动部件 ， 故障率低 ， 维护方便等独特优点 ， 因此受到各国高度重 视和加强。 ♦ 其表现可呈两个方面： 一是千屋万户的屋顶 及亭院发电用能的离散性； 二是大小的独立 并可入网的光伏电站可行性。 ♦ 这两种方式 ， 因条件和环境的不同其布局 、 材料和使用方式有所不同。 ♦ 光伏发电现成本较高 ， 与建筑布局结合还不 成熟； 但随着人们认识的提高 、成本的降低， 技术的进步 ， 政策的优惠 ， 社会的需求 ， 市 场的拉动 ， 光伏产业必将成为人类能源的一 个重要组成部分。 一、光伏发电(电站)的原理及构成 ♦ 光伏电站利用太阳能电池的光伏特性 ， 接受 辐射阳光 ， 产生光生电流 ， 通过调 、变 、存 贮 、分配等供给各种负载使用的一种能源。 基本原理方框图 4• 电站的组成 ♦ ① 太阳电池组阵； 接收太阳辐射 ， 产生光伏电能 。 由太阳能电池板串并联及支架等组成. ♦ ② 贮电设备 ♦ 一般由蓄电池来完成 ， 它构成光伏电站的贮能设备。 在太阳能电池板无光照下不发电时向负载提供能量。 一般选用免维护密封蓄电池为佳 。在要求高质量供 电系统中碱性镍镉锂等电池较好。 ♦ ③充放电、逆变控制调解器 ♦ 用以自动对贮能设备 ， 蓄电池的充放电的自动调节。 提供适合的输入输出电流电压 ， 起到自动保护作用。 ♦ ④输、送、配电设备 ♦ 用电负荷与负载 ♦ 用电的数量和时间（日 、季节及时数） ， 负 载的型式和数量（感性 、容性等） ♦ 其它设备 ♦ 还应含盖场地 、机房 、 引入 、输出线路 ， 保 安等 二、系统结构 ♦ 逆变系统是将直流电变换成交流电 ， 其核心 是逆变电路 ， 即通过电力电子器件的开通与 关断 ， 完成逆变功能 。 电力电子器件的开通 与关断需要合适的控制信号 。根据系统的实 际需要 ， 本文所设计的逆变系统主要由主电 路 、控制电路 、保护电路 、通讯电路 、辅助 电源 、输入滤波 、输出滤波等几部分组成。 逆变系统采用的基本结构框图如图1所示 ， 控 制核心选用TI公司TMS320F2812 DSP芯片。 三、主电路结构及参数设计 ♦ 逆变器的主电路结构形式多种多样 ， 根据本 系统的控制目标 ， 采用单相全桥型带有工频 隔离变压器的主电路结构 ， 输入端加入了防 反二极管与限流电阻。 ♦ 当工作在独立逆变模式的时候 ， 采用LC滤波； 当逆变器工作在并网模式的时候 ， 为了减少 电容滤波对相位的影响采用L滤波 ， 将电容C 通过开关断开。 大家学习辛苦了 ， 还是要坚持 继续保持安静 ♦ 考虑到容量与频率等因素 ， 系统主电路的开关管选 择电力MOSFET 。其中 ， 滤波电感的选择要尽可能 滤除调制波的高次谐波分量 ， 提高输出波形质量， 滤波电感的高频阻抗与滤波电容的高频阻抗相比不 能过低 ， 即滤波电感的感值不能太小 。为满足输出 波形质量 ， 要求一个采样周期中 ， 电感电流的最大 变化量小于允许的电感电流纹波△ILfmax 。滤波电容 的作用是和滤波电感一起滤除输出电压中的高次谐 波 ， 从而改善输出电压的波形 ， 滤波电容越大输出 电压的THD值越小 。然而从电路来看 ， 在输出电压 不变的情况下 ， 增大滤波电容会使滤波电容的电流 增加 ， 逆变器的无功能量增大 ， 损耗增加 ， 效率降 低 ， 因此 ， 滤波电容又不宜太大。 0 ♦ 所以 ， 滤波电容的选取原则是在保证输出电 压的THD值满足要求的情况下 ， 取值尽量小 。 同时应尽可能使用高频特性较好 、损耗较小 的CBB电容[4] 。本文设计的逆变器的功率器 件开关频率为15kHz ， 设计截止频率fC为 2kHz 。考虑到系统裕量 ， 经计算与综合考虑， 选择滤波电感9mH ， 滤波电容3μF。 1 四、 控制电路结构及控制策略 ♦ 控制电路主要包含： 信号检测电路 ， 驱动电 路 ， 保护电路 ， 通讯电路四个部分。 ♦ 控制策略主要采用PI控制 。其中 ， 独立逆变 采用电压平均值外环和电压瞬时值内环的双 闭环控制方案 ， 实现电压的稳定输出； 并网 逆变采用CVT型最大功率点跟踪 ， 通过电压 的实时跟踪产生电流内环的参考电流 ， 电流 内环采用瞬时值反馈实现对并网电流的跟踪 控制 ， 实现太阳能量馈入电网。 2 五、独立逆变控制 ♦ 独立逆变采用电压平均值外环 、 电压瞬时值 内环反馈的双闭环控制系统。 ♦ 其中 ， 电压平均值外环调节器为PI调节 ， 电 压瞬时值内环调节器为P调节 。输出电压平均 值反馈值Uf和电压给定信号Ug的误差经过PI 调节器形成电压内环的幅值给定 ， 然后乘以 离散的正弦表格数据 ， 形成离散的正弦电压 信号作为电压瞬时值内环的给定 ， 电压瞬时 值给定值与反馈值的误差信号再经过P调节器 产生PWM控制信号， 3 ♦ 将此信号写入到DSP内部的比较寄存器 CMPR1 、CMPR2 ， 与三角载波比较后产生4 路PWM1~ PWM4开关信号 ， 控制主电路中 功率器件的通断。 ♦ 产生的高频SPWM信号经过输出LC滤波器滤 波后产生标准的正弦波输出电压 ， 然后经升 压变压器升压至220V/50Hz ， 保证了输出电 压的稳定。 4
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