太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制方法
5页1、2015 年 6 月 15 日22:28太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制 方摘要:太阳能光伏发电是21 世纪最为热门的能源技术领域之一,是解决人类能源危机的重 要手段之一,引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网控制逆变器的工作过程, 分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理,太阳能光伏逆变器的并网原理及主要控制方式。1 引言: 随着工业文明的不断发展,我们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源已经不可能满 足要求,为了避免面对能源枯竭的困境,寻找优质的替代能源成为人们关注的热点问题。 可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能等能源形式不断映入人们的眼 帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式得到了广泛使用,但也有人就其的环境 问题、安全问题提出过质疑,况且目前的水能开发程度较高,继续开发存在一定的困难。 风能的利用近些年来也是热点问题,但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点,大规模 并网对电网会形成一定冲击,如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。在 剩下的可再生能源形式当中,太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储 量丰富,每秒钟太阳要向地球
2、输送相当于210 亿桶石油的能量,相当于全球一天消耗的能 量。我国的太阳能资源也十分丰富,除了贵州高原部分地区外,中国大部分地域都是太阳 能资源丰富地区,目前的太阳能利用率还不到1/1000。因此在我国大力开发太阳能潜力巨 大。太阳能的利用分为光热和光伏两种,其中光热式热水器在我国应用广泛。光伏是将光 能转化为电能的发电形式,起源于100 多年前的光生伏打现象。太阳能的利用目前更多 的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种,早期的光 伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素,主要以小功率离网型为主,满足边远地区无 电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降,光伏发电的成本不断下降,预计到2013年 安装成本可降至1.5美元/Wp,电价成本为6美分/(kWh),光伏并网已经成为可能。并网型 光伏系统逐步成为主流。本文主要介绍并网型光伏发电系统的系统组成和主要部件的工作原理。2并网型光伏系统结构图 1 所示为并网型光伏系统的结构。并网型光伏系统包括两大主要部分:其一,太阳能电池组件。将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能;其二,太阳能控制 逆变器及并网成套设备,负责
3、将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。根据功 率的不同太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相;可带隔离变压器,也可不配隔离变 压器。太阳能控制逆变器及并网成套设备,主要包括控制器、逆变器以及监控保护单元组成。控 制器主要实现太阳能电池板的最大功率跟踪,逆变器主要负责将控制器输出的直流电能变 换成稳压稳频的交流电能馈送电网,监控保护单元主要负责发电系统安全相关问题如孤岛 效应的保护,并及时与上位机通讯传递能量传输信息。3太阳能控制器及其原理3.1太阳能电池组件模型图2所示硅型光伏电池板的理想电路模型。其中,Iph是光生电流,Iph值与光伏电池的面 积、入射光的辐射度以及环境温度相关。ID为暗电流。没有太阳光照射的情况下,硅型太 阳能电池板的基本外特性类似于普通的二极管。暗电流是指光伏电池在没有光照条件下, 在外电压的作用下PN结流过的单向电流。v为开路电压,RS为串联电阻一般小于1欧姆, RSH为旁路电阻为几十千欧。光伏电池的理想模型可由下式表示:(1)图工也代电池的等聽电鬲阁图3表述在特定光照条件下电池板的伏安特性。阴影部分是电池板在相应条件下所能够输 出的最大功率。太阳能电池
4、板在高输出电压区域,具有低内阻特性,可以视为一系列不同 等级的电压源;在低输出电压区域内,该电源有高内阻特性,可以视为不同等级的电流 源。电压源与电流源的交汇处便是电池板在相应条件下的最大输出功率。在电池板的温度 保持不变的情况下,这个极大功率值会随着光照强度的变化而变化,最大功率跟踪要求能 够自动跟踪电池板的工作在输出功率极大的条件。陆;耳吐迪0.安特性3.2太阳能控制器电路拓扑图4为太阳能控制器的电路拓扑结构,从原理上说是以及升压斩波器,通过调整开关器件 S的占空比,调节电池板的等效负载阻抗,实现对电池板的最大功率跟踪功能。3.3最大功率跟踪方法最大功率跟踪技术有两种技术路线:其一是CVT技术,控制电池组件端口电压近似模拟最 大功率跟踪,这种方法原理简单但是跟踪精度不够;其二是MTTP技术,实时检测光伏阵列 输出功率,通过调整阻抗的方式满足最大功率跟踪。目前,太阳能逆变器厂家广泛采用的 MPPT技术。目前,常用的MTTP方法有两种。(A) 干扰观测法(P&O):干扰观测法每隔一定时间增加或减少电压,通过观测功率变化方向,来决定下一步的控制 信号。如果输出功率增加,那么继续按照上一步
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