电力电子技术在太阳能发电中的应用论文副本.doc

撰写人：___________日 期：___________ 目 录 1 绪 论 11.1研究背景及意义 11.2研究内容及方法 11.3主要创新点 22 太阳能光伏发电技术应用研究 32.1 太阳能光伏发电简介 32.2太阳能光伏发电原理 52.3太阳能光伏系统的组成 52.3.1 独立供电的光伏系统组成 52.3.2 并网光伏系统组成 72.4光伏产业的发展趋势 72.4.1 世界光伏产业的未来 72.4.2 我国光伏产业的发展前景 93 电力电子技术在光伏发电系统中的应用 103.1电力器件的作用 103.1.1 绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 103.1.2 交直交变频器 103.1.3 矩阵变换器 113.2输电技术 113.3配电技术 123.4储能技术 123.4.1 蓄电池 123.4.2 超导储能器(SMES) 133.4.3 不间断电源（UPS） 133.5电能管理 133.6电能质量 143.7光伏发电电力电子技术的发展 153.7.1 光伏直流变换电路 153.7.2 光伏逆变电路 163.7.3 光伏逆变中的多电平逆变器 16总 结 18参考文献 19致 谢 20精品范文模板 可修改删除1 绪 论1.1研究背景及意义电力电子技术是一个全新的技术平台，它由电路技术、功率半导体技术，计算机技术以及现代化的控制技术组成。

电力电子技术已经走过了50年的发展历程，随着科学技术的发展，电力电子技术从电子技术中分离出来，成为了一门独立的科学技术并广泛应用于国民经济的每个工业领域其中最显著的特点就是在发展速度、渗透力、与别的学科的融合程度上都与微电子技术有着相同的特征这也使电力电子技术有旺盛的生命力，必然迎来更加广阔的发展空间世界能源结构正在发生巨大的变革以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构将逐步转变为以资源无限，清洁干净的可再生能源为主的多样性，复合型的能源结构太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点，正得到迅速的推广与应用太阳能光伏发电已经不再只是作为偏远无电地区的能源供应，而是向逐渐取代常规能源的方向发展在国外，并网发电逐渐成为太阳能光伏发电的主要应用领域，太阳能光伏产业已经逐渐形成，并持续高速发展鉴于此，根据太阳能光伏发电的基本原理和电力电子技术相关知识，现提出电力电子技术在太阳能发电中的应用研究课题，旨在通过电力电子技术中的整流和逆变电路以及相关逆变器和多重、多电平电路和对太阳能发电环节、输电环节、配电环节、储能环节、电能的管理、电能的改善以及对其发展前景的展望进行分析和探究。

从而尽可能改善输电性能，减少谐波对用电设备的损害，改善电网性能的稳定性以及对新能源的探索等1.2研究内容及方法本论文主要基于电力电子技术中的相关器件、电路原理及其改进电力性能质量的原理电路通过电力电子技术中的整流和逆变电路以及相关逆变器和多重、多电平电路实现电能质量的改善和提高，减少谐波对用电设备的损害，改善电网性能的稳定性以及对新能源的探索具体做法如下1. 首先，对太阳能的发电原理有一个初步认识，运用相关电力电子技术知识，实现弱电对强电控制的连接点2. 接着，总结全球光伏发电的发展现状，并对我国光伏发电和全球光伏发电情况做详细的对比，找出我国在光伏发电中的优势3. 对太阳能发电环节、输电环节、配电环节、储能环节、电能的管理、电能的改善以及对其发展前景的展望进行分析和总结根据前人的论文观点再结合自己所学的知识给出自己内心的想法 4. 最后，对整篇文章进行总结1.3主要创新点本文主要讨论电力电子技术在太阳能发电中的发展应用目前世界太阳能发电总生产量依旧是日本第一，然而推广应用太阳能光伏发电系统却是德国领先我国拥有丰富的太阳能资源以及存在潜在巨大的市场，然而我国太阳能光伏发电技术却处于发展的初级阶段，大多光伏组件厂家规模小，基础设施和生产设备落后，产品质量总体水平比国外产品低，生产成本却相对较高。

对此，先进行对太阳能发电环节、输电环节、配电环节、储能环节、电能的管理、电能的改善以及对其发展前景的展望进行分析和探究主要创新点如下：1、采用系统式的研究方法，首先从太阳能的发电原理环节入手到最后电能质量的改善做了比较全面详细的比对和探究2、利用电力电子技术相关知识对电能质量的改进以及在太阳能发电中发展趋势的研究并给出了自己的想法和观点2 太阳能光伏发电技术应用研究从太阳能发电中获得电力，需要通过太阳能电池进行光电变换来实现它同以往其他发电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭的危险；②绝对干净无公害；③不受资源分布地域的限制；④可以在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上更容易接受；⑦获取能源花费的时间短不足之处是：①照射的能量分布密度不均匀且需要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有诸多的优点，因此受到世界各国的重视2.1 太阳能光伏发电简介太阳能发电分为热发电和光伏发电两种将太阳光辐射的能量通过光伏效应直接转换为电能，称为太阳能光伏发电技术它是一种可再生的无污染的发电方式光伏发电成为一种改善人们生活条件、不破坏环境、受到人们欢迎的可再生能源。

如图2.1太阳能路灯、草坪灯、交通信号灯、 太阳能电车、广告牌、电子产品等图2.1太阳能光伏发电在日常生活中的应用自上世纪50年代第一块实用的硅太阳电池研制成功，太阳能光伏发电技术已经历经了半个多世纪的发展目前占主流的太阳电池依然是硅太阳电池，它又分单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池(总称晶体硅太阳电池)和非晶硅太阳电池典型的太阳能供电系统结构如图2.2，首先通过太阳电池阵列的光电转换，先将太阳能转变成电能，其次由功率变换器将太阳电池输出的直流电转换成用户所需的电源形式根据用户的要求，功率变换器能选择直流斩波器进行DC/DC变换，或采用逆变器进行DC/DC变换此外，功率变换装置还应该包括蓄电池系统，用来平衡用电需求当阳光充足时，由太阳电池供电，同时向蓄电池充电；当夜晚或阳光稀少时，由蓄电池向负载供电变流器的电路结构如图2.2太阳能光伏阵列逆变器电网蓄电池或超级电容双向直流变换器负载 图2.2 太阳能光伏并网发电系统光伏发电系统可分为以下几类：(1) 城市住宅用小型并网系统光伏电池与居民住宅建筑结合，利用屋顶或墙面安装光伏阵列,一般每户配备1~5kW 单相逆变器2) 工业与市电一般用25kW以上三相三电平大功率逆变器(也可发展为100MW 大规模光伏变电站)，一共可以分为三类:(a) 独立运行、离网、储能式独立运行的光伏系统为完全离网式，有储能设备，阴雨天也可以供电。

其中更重要的是可以在荒漠地区建设大规模离网式、独立光伏电站b) 联网、无储能式联网式光伏系统是当今发展方向的主流 (全世界联网式光伏系统年增长率约为25～30%)c) 混合式光伏系统太阳能光伏与风力或燃料电池等发电系统，组成混合式分布电力系统，可以应用于无电或少电地区在电力电子技术的基础上，PSW技术取得了长足发展，在工程测试领域得到了广泛应用本章具体阐述了电力电子技术在太阳能发电中的应用的发展和优势，分析了电网中的谐波以及对其改进，提升电网性能稳定性的方法进行了探究[6]2.2太阳能光伏发电原理太阳能光伏发电是依靠太阳能电池组件，利用半导体材料的电子学特性，当太阳光照射在半导体PN结上，由于P-N结势垒区产生了较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴或产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴，在内建静电场的作用下，各自向相反方向运动，离开势垒区，结果使P区电势高，N区电势低，从而在外电场中产生电压和电流，将光能转换城电能太阳能光伏发电系统大体上可以分为两类:一类是并网发电系统，即和公用电网通过标准接口相连接，像一个小型发电厂；另一类是独立式发电系统，即在自己的闭环系统内部形成电路。

并网发电系统通过光伏数组将接受来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流而独立式发电系统光伏数组首先会将收来的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池中2.3太阳能光伏系统的组成 独立供电的光伏系统组成独立供电的太阳能光伏系统的结构框图如图2.3和2.4由于太阳能电池仅仅在白天光照条件下才能输出能量，根据负载的需求，系统一般选用铅酸蓄电池作为储能条件来提供夜间所需要的电力，所以整个光伏系统由太阳能电池、蓄电池、负载和控制器组成虚线框中部分即为系统控制部分的结构框图，通常由充电电路、放电电路和状态控制电路3部分组成[8]图2.3典型光伏发电系统基本结构图2.4 独立供电的太阳能光伏系统结构框图系统各部分容量的选取需要综合考虑成本、工作效率以及可靠性随着光伏产业的迅速发展，虽然太阳能电池的价格正在逐步下降，但是它仍是整个系统中最昂贵的部分它的容量选取影响着整个系统的成本与此相比来说，蓄电池价格更为低廉，因此可以选取相对较大容量的蓄电池，应该尽可能充分利用太阳能电池所发出的功率。

此外，在与负载容量配合时，还应该考虑到连续阴天的情况，对系统容量应该留出一定的裕度[2] 并网光伏系统组成与独立供电的光伏系统相比而言，并网系统通常都没有储能环节，而是直接由并网逆变器接太阳能电池和电网，如图2.5，并网逆变器的基本功能都是一样的，那就是，在太阳能电池输出范围内变化时，能够始终以最高的效率将太阳能电池输出的低压直流电转化成与电网匹配的交流电送入电网太阳能电池输出的大范围的主要原因是白天光照强度的不同，范围在200w/m2到1000w/m2之间[7]图2.5 太阳能并网系统结构框图2.4光伏产业的发展趋势 世界光伏产业的未来全球太阳电池年产量正在快速增长，2004年的增长速度超过60%，根据最近发表的数字统计，2005年的增长率为44%，太阳电池年产量达到1656MW其中日本的总产量仍为世界第一，占世界总产量46%，欧洲占世界总产量28%2005年全球安装太阳电池组件1460MW，比上一年增长了34%其中德国安装了838MW，比上一年增长了53%，占世界总安装量的57%日本安装了292MW，比上一年增长了14%预计到2005年年末，全球累计安装太阳电池组件容量比上一年增长了39%，达到了5GW.就2005年而言，其兴建新的太阳电池制造厂的投资就已经超过了10亿美元，可见这是未来新能源发展的趋势。

目前国外并网逆变器技术发展十分迅速，其主要研究集中在svpwm技术、数字锁相控制技术、数字dsp控制技和孤岛检出技术，以及综合考虑以上各个方面的系统总体设计等国外的有些并网逆变器还具备同时兼有独立运行和并网运行的功能，其中光伏市场占有率正快速增长据统计，最近几年，全球的光伏总装机容量更是以指数的形式攀升，其未来形势一片大好目前世界上太阳电池年生产量仍然是日本第一，可是推广应用太阳能光伏发电系统的却是德国占据榜首日本新能源和工业技术发展组织（NEDO）在2004年6月发表的“面向2003年光伏线路图的概述”中提出：到2030年累计安装太阳电池组件容量达到1000GW，那时日本所有住宅所消费的电力中将有50%由太阳能光伏发电提供，大约占全部电力供应的10%2002年5月欧洲光伏工业协会发表的报告“工业需要及线路图”预计：2010年前太阳能发电市场。