华中科技大学
硕士学位论文
光伏并网发电系统之孤岛检测技术研究
姓名：薛明雨
申请学位级别：硕士
专业：电力电子与电力传动
指导教师：康勇
20080608
华中科技大学硕士学位论文
摘要
世界范围的能源危机和环境污染导致新能源的应用成为热点，而太阳能凭借其清洁、可再生、分布广泛等优势获得了普遍关注。其中光伏并网发电系统作为一种环境友好型、能缓减现有电力系统用电高峰压力、能有效提高生活标准的发电方式，正迅速得到应用。本文针对并网光伏发电系统及其它分布式发电系统特有的孤岛检测问题做了深入分析和研究。
首先，阐述了孤岛现象的成因和危害，介绍了国际和国内通用的孤岛检测标准，介绍了常见的被动式和主动式孤岛检测方法，通过比较各自的优缺点指出其适用范围。
接着，就符合未来发展主流的主动移频式和主动移相式孤岛检测做了深入探讨：阐述其原理，提出了各自的参数设计方法，优化了各自表达式的结构，能保证在标准规定品质因数的谐振负载下无检测盲区，以盲区分布、Matlab仿真、实验等手段验证了其有效性，并提出一种性能较佳的主动移相式孤岛检测的实现方法。
最后，随着光伏并网规模的增大，逆变器并联运行是大势所趋，本文将主动移频移相两类主动孤岛检测技术在多机工作的状态下的相互联系及内在影响进行深入分析，从而为多机光伏并网逆变器的孤岛检测提供了理论指导。
关键词：光伏系统并网孤岛检测主动移频式主动移相式多机孤岛检测
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Abstract
The non-renewable energy crisis and environment pollution all around the world result in immense desire for renewable energy today, thus solar energy is wildly accepted for its particular advantages. Grid-connected photovoltaic (PV) system, as one way in solar energy utilization, is being developed rapidly because it is environment friendly, efficient to lighten the peak pressure of power system and valid to improve the living standards. Islanding phenomenon, which is inherent in grid-connected PVsystem and other distribute generators, is investigated deeply and some effective detecting methods are proposed.
First, the mechanism of islanding with its hazard is described in details. The standards accepted both international and at home are introduced. Classifying the popular anti-islanding techniques into two major categories: the passive and the active methods, advantage and restriction are presented respectively.
Then, for active frequency drift and auto phase shift being the most promising methods in future, their principles, guidelines and improvement are presented, which are evaluated by non detection zone (NDZ), and verified by Matlab based simulating and experiment. An efficient way to implement auto phase shift is proposed.
Finally, with the scale expanding of grid connected PV systems, that inverters’ operating in shunt indicates the trend in future. So how active frequency drift and auto phase shift work in multi inverters and how they influence each other are analyzed with experiment to verify.
Keywords: photovoltaic system, grid-connected, islanding detection, active frequency drift, auto phase shift，multi-inverters islanding detection
独 创 性 声 明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
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1 绪论
1.1 太阳能现状
随着全球经济的迅速发展和人口的不断增加，以石油、天然气和煤炭等为主的化石能源正逐步消耗，能源危机成为世界各国共同面临的课题。与此同时，化石能源造成的环境污染和生态失衡等一系列问题也成为制约社会经济发展甚至威胁人类生存的严重障碍。新能源应用正成为全球的热点。太阳能资源是最丰富的可再生能源之一，它分布广泛，可再生，不污染环境，是国际上公认的理想替代能源。
我国太阳辐射资源比较丰富，全国各地的年太阳辐射总量为928~2333kWh/ m2，中值为1626kWh/m2，总面积2/3以上地区年日照时数大于2200h，理论存储总量达每年17000亿t标准煤，与美国相近，比欧洲、日本优越得多。受地理、气候等环境条件的影响, 太阳辐射资源分布具有明显的地域性，尤其在中国西北部，太阳能资源丰富，推广大规模的太阳能应用具有得天独厚的先天优势。根据各地接受太阳总辐射量的多少，可将全国划分为5类地区，如表1-1[1]所示。
表1-1 中国太阳能辐射量分布
分类辐射量分布
一类地区6680~8400MJ/m2宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海
西部和西藏西部等
二类地区5850~6680MJ/m2河北西北部、山西北部、内蒙古南部、
宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏
东南部和新疆南部等
三类地区5000~5850MJ/m2山东、河南、河北东南部、山西南部、
新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北
部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、
苏北、皖北、台湾西南部等四类地区4200~5000MJ/m2湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建
北部、广东北部、陕南、苏北、皖南以
及黑龙江、台湾东北部等
五类地区3350~4200MJ/m2四川、贵州两省
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1.2 太阳能光伏发电
光伏发电是太阳能直接利用的一种形式，太阳能光伏发电技术是集半导体材料、电力电子技术、现代控制技术、蓄电池技术及电力工程技术与一体的综合性技术[2]。
1.2.1 光伏器件
1839年，法国科学家贝克勒尔首先发现了“光生伏打效应”，1954年美国贝尔实验室发明了PN结光伏电池(PV Cell)。这是一种输出低电压的直流光电半导体器件，典型参数为：开路电压0.5V，短路电流20~40mA/cm2。若干串光电池串并联，可以形成光伏模块(PV module)或组件。若干光伏模块串并联，可以组成光伏板(PV panel)，可输出较高的，满足用户需要的电压、电流。若干串光伏板按负载需要联结，可以排成光伏阵列(PV array)，它是无需维护的大功率直流电源，电压从75V到600V（功率从1到5 KW），或电压从300V到800V（功率从10 KW到300 KW以上）。目前制造光伏电池的商品化实用半导体材料主要是硅（产量占光伏电池的94%），包括：
1. 单晶硅(Mono-crystalline Si)
现在0.2~0.3mm 的单晶硅光伏电池的光能/电能(light to electric)转换效率，实
验室可做到24.7%，商品电池可达15~18%，模块售价3~4美元/pW（峰瓦）。
2. 多晶硅(Polycrystalline Si)
多晶硅商品电池的光/电转换效率为10~15%。
3. 非晶硅(Amorphous Si 或α-Si)
非晶硅光电池的转换效率较低(5~8%)，成本也低。
4. 薄膜光伏电池(10 μm)，半导体材料为CdTe(镉-碲)或CIS(Cu-In-Se)
很薄的光电材料薄膜铺在非硅材料的衬底上，减少了半导体的损耗，且电池
由于生产高度自动化，成本大为降低。光/电转换效率约为12~15%，可以与建
筑结构紧密结合。
多晶硅光伏电池比单晶硅光伏电池的材料成本低，是各国竞相开发的重点。而薄膜电池被寄希望将获得重大突破，规模会向百兆瓦级以上发展，成本会大幅度降低，实现光伏发电与常规发电竞争的目标，从而成为真正意义上的可替代能源。有报道，
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在2030年前，薄膜光伏电池价格有望降到1.80美元/pW[3]。
1.2.2 光伏发电系统
光伏发电系统是由光伏电池阵列、控制器和电能储存及变换环节构成的发电与电能变换系统。太阳光辐射能量经由光伏电池板直接转换为电能，并通过电缆、控制器、储能等环节予以储存和转换，提供负载使用。按照与电力系统的关系，光伏发电系统可分为独立光伏发电系统(Stand-Alone PV System)和并网光伏发电系统(Grid-connected PV System)。
独立光伏发电系统指采用光伏方阵为主要供电电源，通过独立小电网为居住相对集中的用户群供电的系统。通常供电半径不超过1km，以保证末端用户的供电电压。这样的系统一般用于解决偏远山区、沿海的村落供电问题。一般有储能设备（蓄电池）。2002年我国“送电到乡”工程，在西部7省建了720座独立光伏电站，加上2002年以前的实施的“无电县建设”和“光明工程”计划，全国已建成独立光伏电站约1000多座。
并网光伏发电系统是将光伏电池阵列发出的直流电转换为与电网电压同频同相的交流电，从而既向负载供电、又向电网发电的一个系统。作为公共电网的补充备用，在人口密集区建立并网型光伏发电系统将可缓减现有电力系统在用电高峰时承受的容量和安全压力。根据业界权威统计，并网光伏系统已经占据了目前光伏发电设备销量的40%，成为该领域的发展潮流[5]。并网光伏系统包括以下几种：
① 住宅并网光伏系统
这是专门供给家庭用电需要的光伏系统，通常与电网并联，光伏阵列发出的电力供应家用电器使用，如有多余可以输入电网。光伏阵列发出的电力不足时，则由电网向家用电器供应部分或全部电力。光伏户用系统结构较为简单，控制器和逆变器可以集成为一体，蓄电池应选择专门用于光伏系统的产品。图1-1为典型的住宅并网光伏系统示意图。由图可见逆变器的输出通过分电盘，一路供给本地负载，另一路经过电表与电网相连。
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图1-1 典型的住宅并网光伏系统示意图
② 光伏建筑一体化(BIPV, Building Integrated Photovoltaic)
BIPV 系统是应用光伏发电的一种新概念，是太阳能光伏系统与现代建筑的完美结合。在现代建筑设计中，在建筑结构外表面铺设光伏组件提供电能。国际光伏应用中，BIPV系统发展迅速，已成为光伏市场的最大份额。它标志着光伏发电由边远地区和特殊应用正在向城市过渡，由补充能源向替代能源过渡，由大型集中电站向分布式供电模式过渡。我国也有不少示范项目成功地实现了光伏系统与建筑结合的一体化模式。2004年，亚洲最大的1MWp太阳能并网光伏电站在深圳国际花卉园艺博览园落户；2005年，首都博物馆300kWp并网光伏系统建成；国家体育馆的100kWp并网光伏电站正在施工中，它将照亮2008北京奥运会。按计划，我国的BIPV累计装机在2010年将达到53MW，2020年达700MW。
③ 大规模光伏电站
据统计，我国有荒漠面积108万m2，主要分布在光照资源丰富的西北地区。规模在10MW以上，甚至达到几GW的光伏电站，可集中分布在几十km2的广阔地域。若将20%的面积用于开发太阳能光伏发电，将产生30万亿KWh电能，相当于2006年全年发电量的11倍。2005年，我国首座荒漠光伏电站在西藏羊八井地区建成，电站容量为100KWp，预计在未来几年内扩建成10MW的规模。
1.2.3 光伏发电产业现状与趋势
受各国政策和商业推动，世界光伏发电产业是当今发展最迅速的高新技术产业之
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一，增长率最近5年年均40%以上，位于世界能源发电市场增长率的首位。全球88%的
光伏组件和光伏电池的生产主要集中于12家国际大公司，其中日本占全球的52%，欧
洲占26%，美国占12%。表1-2为欧洲、日本、美国的光伏累计安装目标及世界累计安
排预测。文献[7]指出，未来光伏发电研发将集中于提高光伏发电性能、降低成本、设
备和并网标准化、以及促进使用光伏发电的共识等方面。
表1-2 欧洲、日本、美国制定的光伏累计安装目标及世界累计安排预测
2010年 2020年 2030年日本(GW) 4.8 30 205 欧洲(GW) 3.0 41 200 美国(GW) 2.1 36 200 世界(GW) 12 125 920
光伏发电将在我国未来的电力应用中扮演重要的角色。我国的光伏累计安装目标
为：2010年：0.6GW；2020年：30GW；2050年：100GW。目前我国已建成10多个一
定规模的光伏电池专业生产厂，光伏电池组件的年生产能力超过200MW，但是商品化
生产的单晶硅、多晶硅和非晶硅电池的效率分别为11%~14%、10%~12%和4%~6%，
与发达国家相比要低1~2个百分点。此外，我国光伏发电产业的主要问题是材料和市
场“两头在外”，95%的高纯多晶硅需要进口，95%以上的太阳电池出口（主要是欧洲）。
硅材料短缺的问题有望在1~2年内缓解，但市场在外的危险性很大，大力开发国内市
场是可持续发展的关键，而全面落实2006年1月1日起生效的《可再生能源法》是拉动
国内光伏并网发电市场的关键[4]。
1.3 并网光伏发电系统关键技术
电力电子技术的发展带动了光伏发电产业的进步，它在并网光伏系统中主要承担
电能转换、功率调节及保护等作用。根据近几年相关技术方面的资料统计，大致可分
为以下几个主要方向研究。
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1.3.1 系统结构
光伏系统中，光伏阵列与逆变器有三种组合形式：
① 集中式逆变器
若干串光伏板并联构成光伏阵列，由一台集中式逆变器负责变换。对于兆瓦级光伏电站，可用若干台100~250KW集中式逆变器按主-从模式并联以增加灵活性。
优点：变换器成本低；功率等级不受限制。
缺点：只能使整个光伏阵列随大功率输出，单串光伏阵列存在功率失配，抗阴影、热斑能力弱；直流布线有产生电弧的危险，需额外增加成本。
② 串式/多串式逆变器
适用于住宅光伏系统。每串/多串光伏组件接1.5~5KW逆变器，能分别实现最大功率跟踪；成本低；独立/并网模式切换方便。如图1-2为一可行的串式/多串式系统结构。考虑到系统的可靠性及未来的扩容需求，系统采用模块化的设计思想。系统的DC输入端从多串或单串光伏电池组获取能量，然后向公共耦合点输送能量（供给本地负载和并网）。并网模式下，并网逆变器为电流控制的电压源。通过锁相环节保证并网电流与电网电压的相位同步，从而使输出功率因素接近1。当电网断电或出现故障时，系统通过反孤岛检测自动切断与电网的联系。该系统还可根据用户的需求，选择工作在独立模式下向本地负载供电。
图1-2 一种串式/多串式系统结构
③ 模块集成式逆变器
分直流模块式和交流模块式。每个模块有一台50~400W逆变器，能各自实现最大功率跟踪。但由于功率等级低，目前的变换效率不高。然而有望促进以“即插即用”和
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“对等”为控制思想和设计理念的微网系统[9][11]。
1.3.2 变换器拓扑
按有无DC/DC环节，可将变换器拓扑分为单级式和双级式。单级式变换器高效率，低成本，需综合最大功率跟踪(MPPT)、电网电流控制和电压放大等功能于逆变级，一般用于大功率系统，可选用三相/单相三电平逆变拓扑，且单相时需在光伏阵列输出端并联电容以解耦二次功率，否则会影响MPPT效率。多级式变换器适应宽范围输入，其DC/DC级完成MPPT和电压放大，DC/AC级完成并网电流控制，无需二次功率扰动解耦，一般用在中小容量功率系统。另外，为满足住宅型光伏发电系统并网/独立切换需要，直流侧可并联适当容量的蓄电池，从而构成“可调度系统”。
按有无变压器，可将变换器分为隔离式和不隔离式。考虑到高频变压器体积小、重量轻、效率高的特点，目前的设计更倾向于将高频变压器替代工频变压器。图1-3为一种高效的变换器结构。其中，DC/DC环节采用移相全桥拓扑，从而通过仅增加若干个电感电容元件实现零电压开通和软关断，以保持较小的开关损耗，同时减小隔离变压器的体积重量。为了满足直流电压放大在可控范围之内，将隔变设计为多抽头可切换输出（图1-3(a)未标出），再经全桥不控整流及LC滤波后供给逆变级。该结构可适应宽范围直流输入（150V~500V）。由于光伏板存在对地电容，一旦人体触及光伏板即会发生触电事故，因此设置高频变压器既可放大电压，又能隔离前后级以提高安全性，以及滤去共模电流。
图1-3(a) DC/DC环节采用的移相全桥拓扑图1-3(b) DC/AC环节采用的全桥拓扑然而由于光伏发电系统对成本很敏感，为此研究还在考虑去除变压器。研究表明，应用高频变压器较应用工频变压器能提高2%的效率，而无变压器结构较应用高频变压器又能提高2%的效率。可通过应用非隔离式DC/DC拓扑及逆变采用全桥/半桥三电平
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拓扑等方式来实现[5][6][8][9]。
1.3.3 控制技术
并网光伏系统一般控制为电流源，以达到较高的输出功率因数。控制系统包括PWM控制、锁相环PLL控制、电流控制、电压控制、温度控制、MPPT控制、同步控制，以及保护、故障检测、电能量测计算等。控制目标集中于提高MPPT效率、减小THD、减小纹波等方面。
MPPT方面，目前除了常用的恒定电压法(CVT)，常见的还有扰动观测法(P&O，Perturb and Observe)、电导增量法(Incremental Conductance)及其衍生的方法。
扰动观测法的原理是每隔一定的时间增加或者减少光伏阵列输出电压，并观测之后其输出的功率变化方向，以决定下一步的控制策略。其优点是：模块化控制回路，跟踪方法简单，实现容易，对传感器精度要求不高；缺点是在光伏阵列最大功率点附近振荡运行，导致一定功率损失，跟踪步长的设定无法兼顾跟踪精度和响应速度，并且在特定情况下会出现判断错误情况。电导增量法通过比较光伏阵列的电导增量和瞬间电导来改变控制信号。该算法控制精确，响应速度比较快，但是对硬件特别是传感器的精度要求比较高，因而整个系统的硬件造价也较高。由于光伏电池曲线在弱光照条件下较强光条件下平缓，不容易判断最大功率点，因此今后MPPT的研究主要集中于弱光照、局部阴影和光照快速变化情况下的最大功率准确跟踪。
波形控制方面，越来越多的系统选择数字化，可使用PI控制、滞环控制、重复控制等控制方法。如图1-3结构的逆变器，即可采用直流电压外环和瞬时电流内环双环控制方式。如图1-4所示，电流内环采用带电网电压前馈的数字PI控制器。电网电压前馈系数为全桥逆变器等效放大倍数的倒数，用以消除电网电压的干扰。根据模拟域的极点配置设计方法，获取并网对象为单电感的模拟域PI参数。再将模拟域的PI参数离散化极为数字控制系统的PI参数。电压外环采用数字PI控制器。给定直流电压指令与电容电压的误差经PI调节生成并网电流的有效值。通过调节并网有功电流的有效值大小（即并网功率），使DC/DC的输入功率与并网的输出功率平衡，从而保证母线电容电压维持在给定值。
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图1-4 直流电压外环+瞬时电流内环的控制框图
图1-3中，输出电容在系统并网运行时只起到高频滤波作用，但在切换为独立模式时却要构成输出电压外环。
1.3.4 反孤岛检测
随着光伏发电系统和其他分布式发电系统（如风力发电、燃料电池、微透平发电等）并网运行规模的增大、功率等级的提升，分布式发电作为一种新型的供电模式将会带来一系列新的课题，“孤岛”检测就是其中之一。
所谓孤岛现象是指，在分布式发电系统（Distribution Generation, DG）中，当电网突然停止供电时，分布式电站由于未及时检测出电网状态的变化而将自身切离电网，和周围负载形成一个电网无法掌控的供电区域，如图1-5所示。
图1-5 孤岛发生示意图
在图1-5所示的电网拓扑结构中，孤岛现象可能产生的三种方式包括：1．大电网发电系统停止运行导致整个电网停电，例如开关K3断开，但是光伏并网系统仍通过投闸开关连接在电网上，其输出容量远小于供电电网系统容量，在短时间内形成的孤岛系统就会崩溃。
2．大电网或配电网某处线路断开或开关跳闸，例如K2断开造成光伏并网系统与所连接负载(包括配电网上的部分负载)形成独立供电系统，并可能进入稳定运行状态。
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3．光伏并网系统投闸开关K1自主或意外断开，但是并网发电系统与本地网络仍旧形成孤岛运行。
它有以下几点危害：
[1] 危害输电线路检修人员生命安全，因不了解它的状态。
[2] 影响配电系统上的保护开关的动作程序。
[3] 孤岛区供电电压和频率不稳定。没有大电网的支持，分布式电站的供电质量
难以保证。
[4] 电网恢复时相位不同步，引起大的电流冲击。
[5] 单相分布式发电系统会造成系统三相负载欠相供电。
因此，对于一个并网系统必须能够进行孤岛效应检测[12]。
目前我国的中小容量并网光伏逆变器研制已达到国际水平[9]，当下的研究重点主要集中于光伏并网电路拓扑、能量管理及经济运行策略以及系统显示和远程监控等方面。但对于超大规模荒漠并网太阳能光伏电站的推广还存在一系列技术经济上的瓶颈, 比如大规模并网光伏发电控制技术、高海拔地区的超高压交流及直流输电技术、高温超导输电技术、大规模太阳能电力的调度、大规模太阳能的储存技术等问题。
1.4 本文选题意义及主要研究内容
并网光伏发电系统是新能源开发的热点，涉及到光电材料学、电力电子学、以及大规模应用时的电力工程学。本文从电力电子学的角度出发，以并网光伏发电系统之孤岛检测技术为研究对象，深入探讨了单机孤岛检测的理论及其应用，对多机孤岛检测也做了探索。主要研究内容如下
1. 综述了目前各种被动式和主动式孤岛检测技术，比较了各自的应用场合及其效果。
2. 论述了主动移频法孤岛检测的原理；提出参数优化设计的方法，在标准规定品质因数的谐振负载下能保证无检测盲区；通过基于0f norm Q C ×空间的盲区分析、系统仿真和实验验证该方法的有效性。
3. 论述并比较了不同模式的主动移相法孤岛检测的原理；提出一种简化的APS
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法，并对参数做了优化设计，保证在标准规定品质因数的谐振负载下无检测盲区；提出了一种基于数字锁相环的简化APS实现方法，使输出电流波形连续光滑，相位分辨率高。
4. 针对光伏并网逆变器常用的移频移相两类主动孤岛检测技术在多机工作的状
态下的相互联系及内在影响，通过仿真和实验进行深入分析，从而为多机光伏并网逆变器的孤岛检测提供了理论指导。
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2 孤岛检测方法及评估分析
上一章已介绍孤岛的概念、产生的原因和危害，本章将详细介绍孤岛产生的原理
及其相应的检测标准、常见的孤岛检测方法以及基于盲区(Non Detection Zone, NDZ)
分析的被动孤岛检测方法的评估。
2.1 孤岛效应检测标准
国际通行的光伏系统入网标准IEEE Std. 2000-929[13]以及UL1741[14]和分布式电站
入网标准IEEE 1547[15]，都对并网逆变器孤岛检测功能做出了要求。其中，IEEE Std.
2000-929规定当公共点的频率在59.3~60.5Hz之外时，并网逆变器应在6个周期内停
止供电；在公共点电压异常下逆变器停止供电时间标准如表2-1。
表2-1 电压异常下的响应（IEEE Std. 2000-929）
公共点电压最大分闸时间
cycles V<50% 6 50%≤V<88% 120
cycles 88％≤V<110% 正常工作
110％ cycles 137%≤V 2 我国的光伏系统并网技术要求（GB/T 19939-2005[16]）规定光伏系统并网后的频率 允许偏差值允许为±0.5Hz，当超过该范围时过/欠频保护应在0.2s内动作，使光伏系 统与电网断开。相应的系统对检测到异常电压时所做出的反应时间如表2-2 所示。同 时还规定，在电网的电压和频率恢复到正常范围后的20s~5min，光伏系统不应向电网 送电，这一点区别于北美标准的至少延迟5min和德国标准的延迟20s。 华中科技大学硕士学位论文 表2-2 电压异常下的响应（GB/T 19939-2005） 公共点电压最大分闸时间 V<50% 0.1s 50%≤V<85% 2.0s 85％≤V<110% 继续运行 110％ 135%≤V 0.05s 对于孤岛检测的测试电路，北美和欧洲普遍选用RLC谐振负载。用RL负载来模 拟没有进行功率因数校正的电网时，当Q f从0变到2.5时，相应的功率因数由1变到 0.37。IEEE Std. 2000-929 取Q f为2.5，以模拟功率因数补偿后实际负载中可能出现的 最大值。日本采用电容补偿的单相感应电机带大惯性负载，但研究发现电机负载在某 种程度上可与RLC负载等效，且实际操作中由于电机参数个体差异大而使电机负载 实验的可重复性差[17-18]。为统一标准，IEC(International Electro-technical Commission) 在2003.11制定的草案[19]上规定用RLC并联谐振电路，但降低了要求，Q f只取0.65。 由于该草案还未成为正式标准，本文仍采用Q f为2.5的谐振负载，按要求需在2s内 检测出孤岛并作保护。 2.2 现有孤岛检测技术及其评估分析 分布式发电本身系统具有容量小、造价高的特点，因此不主张与电网控制系统通 讯，其孤岛检测和保护技术主要立足于逆变器的自我检测(Local detection)而非远程通 讯技术(Remote detection)[20-21]。目前孤岛检测研究致力于将孤岛检测功能集成在逆变 器内部，以对电能质量影响小、稳定性高、检测时间短、盲区小或无盲区为目标。 2.2.1 被动式孤岛检测方法 被动式孤岛检测方法主要根据公共耦合点(PCC)电参量的变化来判断是否发生孤 岛[22]。 1. 过/欠压-过/欠频检测(Over/Under V oltage & Over/Under Frequency)：根据PCC电 华中科技大学硕士学位论文 压、频率是否超出正常范围来判断电网状态，有检测盲区，现在任何一款逆变器都包含这两种方式。 2. 电压相位跳变检测(Phase Jump Detection)[23]：光伏系统并网运行时，系统输出功 率因素控制为1，电压电流相差为0。当电网出现异常时，电压电流相角由负载决定。该方法有检测盲区，且检测阈值难以设定（配电网或负载过渡过程如电机启动会引起电压相位跳变）。 3. 电压谐波检测(Harmonic Detect)：检测电网异常时逆变器输出电流经非线性的配电 线路和本地负载而产生的电压谐波，该方法有检测盲区，阈值难以设定，受负载干扰大。 2.2.2 主动式孤岛检测方法 单纯依靠被动孤岛检测存在检测盲区大、误动的缺陷，因此主动孤岛检测方法应运而生。主动检测法的思想是：对逆变器输出的电压电流等电量实施扰动，监测电路的响应情况，从而判断逆变器是否与电网相连。 1. 监测逆变器输出电路的阻抗变化 欧盟标准EN 50330-1[24]规定阻抗变化1?即可认为孤岛产生，需在5s内切断电网。 a) 功率扰动(Power variation)[25-27] 对逆变器的输出电流值进行扰动，检测公共点电压跟随变化的情况，从而判断电网是否存在。由于dv/di即为逆变器输出电路的等效阻抗，因此实际检测的是dv/di。单相光伏并网时，所并联的电网内阻抗极小，dv/di≈0。孤岛发生时，等效阻抗由本地阻抗决定，于是输出电压能跟随输出电流的扰动而变化，从而检测出线路阻抗的变化情况。单机并网时，该方法具有很小的NDZ。多机并网时，由于扰动不同步存在稀释效应，将影响检测的有效性；在光伏系统高功率密度并网运行时，电网阻抗不能认为无穷小，因此输出功率变化不能太大，否则会造成电压闪变、误触发和电网不稳的问题。因此，功率扰动法孤岛检测只适用于单机小规模并网系统。 b) 信号注入(Signal injection)[28] 逆变器输出电网不会自然产生的特异信号，通过信号处理技术得到相同频率的公共点电压，以此计算线路阻抗。这种方法需要复杂的信号处理技术，适合采用的信号 华中科技大学硕士学位论文 带宽有限。由于注入的信号多为次谐波，当信号过大时将降低变压器等设备的性能。多系统并联时同样存在稀释效应。 c) 电抗插入(Reactance Insertion) 周期性地在公共点和电网之间插入一低电抗的大型电容器，引起逆变器输出电流的相位跳变，从而测出线路等效阻抗。这种方法成本高，反应速度慢，且不符合将反孤岛集成在逆变器内部的发展趋势。 2. 输出电压正反馈(Sandia V oltage Shift, SVS) 对逆变器的输出电流有效值或有功调节环施加正反馈，使电网断开后，公共点电压能很快地偏离正常范围，从而检测出孤岛状态。该方法不影响电能质量，但会造成功率损失，且由于扰动周期比较长，孤岛检测时间较慢。 3. 无功补偿检测(Reactive Power Compensation)[29-30] 对同时输出有功和无功的逆变器，随时检测并网运行时的负载无功需求，对负载作部分无功补偿或波动无功补偿以打破无功平衡，使电网断开后，公共点频率能很快地偏离正常范围。此方法基于功率控制，控制策略比较复杂。 4. 主动频率/相位偏移(Frequency and phase shift techniques) 逆变器对输出电流的频率或相位做正反馈扰动，使在电网断开后，将公共点频率快速推离正常范围。该方法具有对电能质量影响小，易于实现等优点，多机并网系统中同样有效。该技术的检测盲区主要集中在负载品质因数Q f(Quality factor)较高时，高Q f的谐振电路将阻止逆变器的输出频率偏离谐振频率，Q f越大，其阻尼作用越强。 2.3 过/欠压-过/欠频孤岛检测方法及评估 2.3.1 原理阐述 图2-1所示的是一个等效的光伏并网系统，PV array代表电池板，Grid是大电网，本地负载为并联的RLC并联负载；P PV、Q PV为光伏系统提供的有功、无功；P load、Q load为本地负载消耗的有功和无功，ΔP、ΔQ为电网侧提供的有功、无功，a点定义为公共耦合点（PCC，point of common couple）。 华中科技大学硕士学位论文 图2-1 光伏并网系统等效图 首先，定义RLC 负载的品质因数： f R Q R === (2-1) 其物理意义是给定频率下，并联负载存储的无功与消耗的有功的比值。 当RLC 负载与电压和频率分别为V g 、f g 的电网相连时，本地负载消耗的有功、无功分别为： 2/load g P V R = (2-2) 2001( )()load g load f f f Q V C P Q L f f ωω=?=? (2-3) 其中，0f = 根据节点功率守恒的原理，若ΔP 、ΔQ 不为0，则电网脱开（S 1断开）前后，P load 、Q load 会发生改变。由式(2-2)、式(2-3)可以看到，P load 的改变会引起公共点电压V a 的改变， Q load 的改变会引起公共电频率f 的改变。若V a 或f 改变足够大，就可通过电压或频率检测到电网异常情况从而切断与电网的电气连接，否则仅依靠电压或频率检测无法得知电网异常情况，系统继续以并网方式运行，即进入检测盲区[31]。 2.3.2 有效性评估 盲区描述是评判孤岛检测有效性的常用工具之一。所谓盲区是指在某种孤岛检测 太阳能光伏发电系统课程设计家庭并网光伏发电系统的优 化设计 《太阳能光伏发电系统》 课程设计 课题名称: 家庭并网光伏发电系统的优化设计专业班级: 学生姓名: 学生学号: 指导教师: 设计时间: 沈阳工程学院 报告正文 目录 第1章绪 论 ..................................................................... . (3) 1.1 设计背 景 ..................................................................... .. (3) 1.2 设计意 义 ..................................................................... ......................................... 3 第2章朝阳市气象资料及地理情况...................................................................... ............... 4 第3章家用并网型...................................................................... .. (6) 太阳能光伏发电系统的优化设 计 ..................................................................... .. (6) 3.1 设计方 案 ..................................................................... .. (6) 3.2负载的计算...................................................................... . (8) 3.3 太阳能电池板容量及串并联的设计及选 型 (9) 3.4 太阳能电池板的方位角与倾斜角的设 计 (10) 3.5 蓄电池容量及串并联的设计及选型..................................................................... 11 3.6 控制器、逆变器的选 型 ..................................................................... (12) 3.7 电气配置及其设 计 ..................................................................... (13) 3.8 系统配置清 单 ..................................................................... 摘要：信息孤岛是指相互之间在功能上不关联互助、信息不共享互换以及信息与业务流程和应用相互脱节的计算机应用系统。应当看到，在整个信息技术产业飞速发展过程中，企业的IT应用也伴随着技术的发展而前进。但与企业的其它变革明显不同的是，IT应用的变化速度更快，也就是说，企业进行的每一次局部的IT应用都可能与以前的应用不配套，也可能与以后的“更高级”的应用不兼容。因此，从产业发展的角度来看，信息孤岛的产生有着一定的必然性。 简介： 信息孤岛是一个普遍的问题，不是什么人的问题，也不是中国信息化特有的情况，全球每年的应用集成近有近3000亿美元之巨。信息孤岛的类型有很多，不仅企业内各环节存在着信息孤岛，企业间也存在信息孤岛，所以供应链管理和B2B电子商务应运而生。甚至政府机关之间也存在信息孤岛，在很多地方，有多少个委、办、局就有多少个信息系统，每个信息系统都由自己的信息中心管着，有自己的数据库、自己选择的操作系统、自己开发的应用软件和用户界面，完全是独立的体系。 发展电子商务需要消除信息孤岛，不仅是内部消除孤岛，而且要消除外部孤岛，最终形成闭环。发展电子政务需要消除信息孤岛，政府机关之间需要信息互联互通、资源共享，最终实现网上政务协同，使社会大众真正享受到一站式办公服务，另一方面，政府与民众之间也亟需加强信息沟通，社会信息资源需要公开，政府公共信息需要透明。当前摆在人们面前的任务是解决信息化初级阶段产生的信息孤岛问题，不再让新的信息孤岛继续出现。 目前专注于做集团管控解决方案的财富软件，致力于消除企业信息孤岛现象。财富软件（Fortune Software）”的应用涵盖房地产、教育、酒店、餐饮、物业、医疗等行业，支持矩阵式管理模式，综合运用互联网、云计算、VPN、移动应用等技术，定位于解决%大型企业所普遍存在的信息孤岛问题。 产生原因： 信息化发展的阶段性 企业信息化是一个逐步发展的过程，从欧美等信息化启动比较早的国家来看，信息化的实施和应用都不是一步到位，而是通过循序渐进的过程逐步建立起来的。企业信息化有一个从初级阶段到中级阶段、再到高级阶段的发展过程。在计算机应用的初级阶段，人们容易从文字处理、报表打印开始使用计算机。进而围绕一项项业务工作，开发或引进一个个应用系统。这些分散开发或引进的应用系统，一般不会统一考虑数据标准或信息共享问题，追求实用快上的目标而导致信息孤岛不断产生。 认识误区 长期以来，许多机构把现代化建设看作是拥有大量计算机设备即可，经费投资方向自然而然地偏向于计算机基础设备，而忽略信息资源的建设，造成购置的信息基础设施闲置、资源浪费、信息化建设进入重硬轻软的认识误区，导致信息资源的开发与利用滞后于信息基础设施建设，出现了“有路无车，有车无货”现象。 需求不到位 信息资源是为了服务企业管理者的决策行为，支持普通员工的业务操作。当前企业信息化建 1、简述太阳能发电的优点？ 答：a太阳能取之不尽，用之不竭，地球表面接受的太阳能辐射量，足够满足目前全球能源需求的一万倍； b太阳能随处可得，可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路的损失； c太阳能不用燃料，运行成本很低； d太阳能发电不产生任何废弃物，没有污染，噪声等公害，对环境无不良影响；e太阳能发电系统建设周期短，方便灵活，而且可以根据负载的增减，任意添加或减少太阳能电池方阵的容量，避免了浪费。 f没有可运动部件，容易做到运转、维护的自动化及无人化，且寿命长； 2．画出太阳电池直流模型的等效电路图，分别指出各部分的含义。 其中Iph为光生电流，Id为二极管电流，Ir为并联电阻电流，Rs为串联电阻，Rsh为并联电阻，I为输出电流。 3.什么叫光学大气质量？大气质量为1.5时，其天顶角为48.2度？ 答：晴天，决定总入射功率的最重要的参数是光线通过大气层的路程。太阳在头顶正上方时，路程最短。实际路程和此最短路程之比称为光学大气质量。大气质量为1.5时，其天顶角为48.2度。 4.太阳电池的光谱响应的意义是什么？请简答光谱响应的大小取决于哪两个因素？ 答：太阳电池的光谱响应是指一定量的单色光照到太阳电池上，产生的光生载流子被收集后形成的光生电流的大小。因此，它不仅取决于光量子的产额，而且取决于收集效率。 5、请阐述太阳能光伏电池的工作原理。 答：太阳电池是利用半导体光生伏特效应（Photovoltaic Effect）的半导体器件。当太阳光照射到由p型和n型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的p-n结上时，在一定条件下，光能被半导体吸收后，在导带和价带中产生非平衡载流子——电子和空穴。它们分别在p区和n区形成浓度梯度，并向p-n结作扩散运动，到达结区边界时受p-n结势垒区存在的强内建电场作用将空穴推向p 区电子推向n区，在势垒区的非平衡载流子亦在内建电场的作用下，各向相反方向运动，离开势垒区，结果使p区电势升高，n区电势降低，p-n结两端形成光生电动势。如果分别在P型层和N型层焊上金属导线，接通负载，则外电路便有 光伏并网发电系统设计 摘要：最大功率点跟踪是光伏并网发电系统中经常遇见的问题。系统设计采用电流型控制芯片UC3845实现最大功率点跟踪（MPPT），由单片机STC12C5408AD产生SPWM信号，实现频率相位跟踪功能、输入欠压保护功能、输出过流保护功能。结果表明，该设计不但电路设计简单，软硬件结合，控制方法灵活，而且能够有效的完成最大功率跟踪的目的。 关键词：STC12C5408AD DC-AC转换电路 MPPT 太阳能作为绿色能源,具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点,越来越受到人们的关注。光伏电池的输出是一个随光照、温度等因素变化的复杂量，且输出电压和输出电流存在非线性关系。光伏系统的主要缺点是初期投资大、太阳能电池的光电转换效率低。为充分利用太阳能必须控制电池阵列始终工作在最大功率点上，最大功率点跟踪(MPPT, Maximum Power Point Tracker)是太阳能并网发电中的一项重要的关键技术。 1 设计任务 为研究方便设计一光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1所示。用直流稳压电源U S和电阻R S模拟光伏电池，U S=60V，R S=30Ω~36Ω；u REF为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V，频率f REF为45Hz~55Hz；T为工频隔离变压器，变比为n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，将u F作为输出电流的反馈信号；负载电阻R L=30Ω~36Ω。要求系统具有最大功率点跟踪（MPPT）功能，频率、相位跟踪功能，输入欠压保护和输出过流保护功能。另外要求系统效率高、失真度低。 U R L 图1 并网发电模拟装置框图 2 系统总体方案 光伏并网系统主要由前级的DC-DC变换器和后级的DC-AC逆变器组成。在系统中,DC-DC 变换器采用BOOST结构,主要完成系统的MPPT控制;DC-AC部分采用全桥逆变器,维持中间电压稳定并且将电能转换成110 V/50 Hz交流电。设计采用单片机SPWM调制，驱动功率场效应管，经滤波产生正弦波，驱动隔离变压器，向负载输出功率。系统设计保证并网逆变器输出的正弦电流与电网电压同频同相。系统总体硬件框图如图2所示： 图2 系统总体硬件框图 3 MPPT原理及电路设计 MPPT原理 由于光伏阵列的最大功率点是一个时变量，可以采用搜索算法进行最大功率点跟踪。其搜索算法可分为自寻优和非自寻优两种类别。所谓自寻优算法即不直接检测外界环境因素的变化,而是通过直接测量得到的电信号,判断最大功率点的位置。典型的追踪方法有扰动观测法和增量导纳法等。增量导纳法算法的精确度最高,但是,由于增量导纳法算法复杂,对实现该算法的硬件质量要求较高、运算时间变长，会增加不必要的功率损耗,所以实际工程应用中,通常采用扰动观测法算法]1[。 扰动观测法原理:每隔一定的时间增加或者减少电压,并通过观测其后功率变化的方向, ISLANDING OF GRID-CONNECTED AC MODULE INVERTERS Achim Woyte, Ronnie Belmans, K.U.Leuven, ESAT-ELEN Kard. Mercierlaan 94, B-3001 Leuven, Belgium Johan Nijs, IMEC v.z.w. and K.U.Leuven, ESAT-INSYS Kapeldreef 75, B-3001 Leuven, Belgium ABSTRACT A major safety issue about grid-connected photovoltaics is to avoid non-intentional operation in islanding mode, the grid being tripped. This paper presents detailed measurements on the islanding behavior of four module inverters with a maximum rated power of 200 W. Although applying active anti-islanding measures each inverter could be forced into islanding. It could be observed experimentally what recently has been shown analytically, that some methods against islanding fail if inverters are loaded with considerable parallel capacitance. As most distribution grids contain a considerable capacitance, those methods are to be improved. One of the inverters failed totally what illustrates the need for standardized type approvals. The outcomes show where to put accents in the development and implementation of efficient protection algorithms. INTRODUCTION A photovoltaic AC module is a set of one or two PV panels and a small so-called module inverter mounted on the panel's backside. AC modules are considered as being one option for wide market dissemination of grid-connected photovoltaics. AC modules render the DC installation superfluous. That makes them suited for being sold as a "plug-and-play" product ready for connection to any electric outlet by the consumer. As every decentralized production unit being connected to the public grid, the PV AC module has to comply with common safety standards. A major issue is to avoid non-intentional operation in islanding mode with the grid being tripped at fault conditions or for maintenance purposes. ISLANDING PHENOMENON AND TESTS Investigations carried out at K.U.Leuven in 1997 [1] have shown that small so-called "module inverters" are in general more sensitive to islanding than larger units. Recently four module inverters that are currently available on the European market, ranging from 90 to 200 W rated power, have been examined with regard to their islanding behavior under different load conditions. The applied test circuit is shown in Figure 1. Q=Q = 100 VAr L C resonant domestic inverter PV array public grid Fig. 1.Test circuit for islanding protection, as proposed by H?berlin [2]. In principle, every self-commutated inverter is able to operate in islanding mode. If no particular control algorithm for islanding prevention is implemented, the load conditions under which islanding occurs, depend only on the inverter's frequency and voltage limits. Assuming constant active and reactive power output before and after grid tripping, voltage and frequency in islanding operation can be determined from the power balance, yielding equation (1) and (2). 2 2 1 island grid V V P P ? = ? (1) Q Q P P grid island? ? ?? ω ω 1 1 2 2 ? + ?÷÷ ? ? ? ? è ? ? = grid island C grid island Q Q ω ω ω ω (2) In these equations P and Q indicate the inverter operating point. Q C is the reactive power supplied by the capacitor of the resonant circuit. ?P and ?Q are the active and reactive power, supplied to the grid before grid tripping. When inductive power is supplied to the grid, ?Q is positive. ?P and ?Q can be adjusted by tuning the domestic load. For a given capacitance and inverter power, a so-called non-detective zone (NDZ) can be determined in the ?P-?Q-domain where an inverter with predefined voltage and frequency limits will operate in 光伏试题总汇 一、选择题 1、现生产线，单、串焊接所用的电烙铁为（A ） A.90W 150W B.60W 80W C.50W 100W D.30W 90W 2、焊带的外层所涂的发亮的金属中主要成分是（B ） A、铁 B、焊锡 C、铝 D、银 3、太阳能电池是将（A ）转化成电能的 A、太阳光 B、风 C、闪电 D、热量 4、我们的组件要保证使用（D ），功率衰减不超过20％。 A、1 年 B、2 年 C、5 年 D、25 年 5、单焊工序所使用的烙铁功率是（B ） A. 50W B. 90W C. 120W D. 150W 6、太阳能电池单片的功率跟面积成比例关系的，比如125 125 电池片功率在2.4W 左右，125 62.5 电池片功率在1.2W左右，请问62.5 62.5 的电池片功率在（B ）W左右。 A. 4.8 B. 0.6 C. 1.5 D. 0.3 7、下列哪种行为是不正确的（C ） A. 焊接台不使用时关闭开关 B. 焊台的海面要保持湿润 C. 对于焊接过程中的不可用电池片，可以选用与碎片相比，功率稍低电池片换 D. 每道工序都需要自检 8、下列哪些项目不需要层压工序检查（D ） A. 组件内部垃圾 B. TPT 移位，未盖住玻璃，TPT 划伤 C. 组件内气泡，碎片 D. 组件电性能 9、当发现有焊接碎片时，处理方法为（A ） A.及时到班长处记录并换片 B.从另一72 块中随便拿 C. 直接并换片 D.都可以 10、太阳电池组件层压时，进口EVA 常用的封装温度为（D ） A．100 度B. 90 度C.140 度D. 120 度 11、层压组件时，一般情况下，需要多少时间（A ） A．8分钟B.15 分钟C.11 分钟D.20 分钟 12 、下面哪个可属于合格品（A ） A、有明显断线（小且少于三根）B．背电极印反C .有严重花片D.以上都是 13、在单片焊接时应从栅线的第几根焊起（C ） A. 第一根 B. 第二根 C. 第三根 D. 第四根 14 、单焊和串焊的恒温模板的工艺温度是（D ） A.65—85℃ B.40—70℃ C.55—75℃ D. 50—70℃2 15 、安全生产事故发生的原因，在事故总数中占有很大比重的原因是（A） A、人的不安全行为 B、管理上的缺陷 C、不可抗力 D、以上都是 16、公司每年进行三废检测指（B ） A、废水、固废、废水 B、废水、废气、噪声 C、废水、噪声、固废 D、废液、废气、固废 17、串拼接用来焊单片的涂锡带的规格是（D ） 18、5S 是TPM(全员生产维修系统)全员生产维修的特征之一，“5S”就是整理、整顿、清洁、清扫及（A ）。 A.素养 B.双整 C.TPM D.素质 19、（A ）是一种化学物品，在操作中，需佩戴手套，避免污染。 A. EVA B. LCD C. ABC D. TNT 20、通过自动化焊接加工能保证焊接质量，提高产品的稳定性、（A ），保证产品质量。 A．操作性B．实用性C．美观性D．可靠性 21、目前采用较多的自动焊接设备为波峰焊机，它适用于（D ）、大批量印制电路板的焊接。 A．小面积B．大面积C．较复杂D．较简单 22、自动化焊接系统一般不用于（D ）的焊接。 A．集成电路B．超小型元器件C．复合电路D．较简单电路 23、在波峰焊接过程中应及时添加聚苯醚或（A ）等防氧化剂并及时充钎料。 A．汽油B．煤油C．全损耗系统用油D．蓖麻油 24、焊接前应对设备运转情况、待焊接印制电路板的质量及（B ）情况进行检查。 】 南昌航空大学 自学考试毕业论文 【 题目太阳能并网光伏发电系统 专业光伏材料及应用 学生姓名 准考证号 指导教师 . 2012 年 04 月 光伏发电并网控制技术设计 摘要 随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相应的持续增长。能源问题已经成为关系到人类生存和发展的首要问题。所以，迫切需要对新的能源进行开发和研究。而太阳能的利用近年来已经逐渐成为新能源领域中开发利用水平高，应用较广泛的能源，尤其在远离电网的偏远地区应用更为广泛。 本文主要对光伏并网发电系统作了分析和研究。论文首先介绍了太阳能发电的意义以及光伏并网发电在国内外的应用现状。其次，对太阳能发电系统的特性和基本原理分别做了具体分析，并对系统各组成部分的功能进行了详细的介绍。接着，对光伏并网中最重要部分——逆变器进行研究。再次，提出光伏并网发电系统的设计方案。最后，对光伏并网发电系统的硬件进行设计。并网光伏发电充分发挥了新能源的优势，可以缓解能源紧张问题，是太阳能规模化发展的必然方向。我国政府高度重视光伏并网发电，并逐步推广＂屋顶计划＂。太阳能并网发电正在由补充能源向替代能源方向迈进。 关键词：能源；太阳能；光伏并网；逆变器 目录 第一章太阳能光伏产业绪论 (1) 光伏发电的意义 (1) 光伏并网发电 (1) 第二章太阳能光伏发电系统 (5) 太阳能光伏发电简介 (5) 太阳能光伏发电系统的类别 (5) 太阳能光伏发电系统的发电方式 (6) 影响太阳能光伏发电的主要因素 (7) 第三章并网太阳能光伏发电系统组成 (10) 并网光伏系统的组成和原理 (10) 光伏电池的分类及主要参数 (12) 光伏控制器性能及技术参数 (14) 光伏逆变器性能及技术参数 (15) 第四章发展与展望 (18) 发展与展望 (18) 全文总结 (19) 参考文献 (20) 致谢 (21) 100kW光伏并网发电系统典型案例解 100kW光伏并网发电系统典型案例解析 1、项目地点分析 本项目采用光伏并网发电系统设计方案，应用类别为村级光伏电站项目。项目安装地为江西，江西位于位于中国的东南部,长江中下游南岸。地处北纬24°29′-30°04′，东经113°34′-118°28′之间。项目所在地坐标为北纬25°8′，东经114°9′。根据查询到的经纬度在NASA上查询当地的峰值日照时间如下： (以下数据来源于美国太空总署 根据项目所在地理位置坐标，项目所在地坐标为项目所在地坐标为北纬25°8′，东经114°9′，光伏组件安装最佳倾角为20°如下图所示： 2.3组件阵列间距及项目安装面积 采用260Wp的组件，组件尺寸为1650*990*35mm，共用400块太阳能电池板， 总功率104kWp。根据下表公式可以计算出组件的前后排阵列间距为2.4m，单 块组件及其间距所占用面积为2.39㎡。 104kWp光伏组件组成的光伏并网发电系统占地面积为2.39*400=956㎡,考虑到安装间隙、周围围墙等可能的占地面积，大约需要1000㎡。 3、光伏支架 本项目为水平地面安装，采用自重式支架安装方式。自重式解决方案适用于平屋顶及地面系统。利用水泥块压住支架底部的铝制托盘，起到固定系统的作用。 配电网孤岛保护综述 摘要:以可再生能源及清洁能源为代表的分布式电源在配电网中的渗率日趋升高,当主电网由于故障或检修而停止对部分负荷供电时,用户侧的分布式电源可能与负荷构成一个可独立运行的孤网系统,从而脱离电网调度系统的控制,如果不能明确地给出孤网系统与主电网的断开点,则可能引发一系列人身和运行隐患。该文对计划性孤岛和非计划性孤岛的特点进行了分析,着重讨论了孤岛系统的被动式和主动式检测方法,指出了各种方法的优缺点。 关键词:孤岛;孤岛保护;分布式电源;频率保护随着以风电、光伏发电、微型燃气轮机等分布式电源(Distributed Generator,简称DG)在配电网中的渗透率日趋升高,传统配电网的架构将发生较大变化[1-2],例如,传统的单向潮流变为双向潮流;传统的变电站 10kV侧进行电压无功调节,转变为需要综合考虑负荷侧DG的电压调节能力;传统的配电网采取辐射型供电,主网断电则负荷失电,而目前则需要考虑DG可能继续在给负荷供电,组成局部的孤网; 另外,大部分DG的并网接口是以电力电子逆变器构成,与传统的同步发电机相比,在电网发生故障时一般不会提供2倍以上的短路电流,这也对含DG的配电网继电保护提出了新的要求。本文从孤网的定义入手,分析计划性孤岛与非计划性孤岛的特点,总结现行的若干孤岛检测的方法。 1孤岛的定义：正常运行情况下,由主供电系统及DG共同向周围的负荷供电,而在主配电系统故障或检修的情况下,在与之相关的开关设备断开后,由DG独立向负荷供电。主配电系统断开后,DG 与当地负荷一起组成一个小的孤立电网,称为孤岛(Island)。 在孤岛运行方式下,要求孤岛内电源与负荷的容量必须是平衡的,如果功率 (有功及无功)不平衡,孤岛内的电压和频率将无法维 独立光伏系统的应用及 控制策略探讨 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998 独立光伏系统的应用及控制策略探讨 来源： 一、引言 近年来随着环境污染的不断加剧，环保意识的不断提高，人们对能源和环境问题日益关注，新能源的开发和应用取得了飞速的发展，其中以太阳能在军地的应用最为广泛。太阳能发电在解决边远山区和边防海岛连队供电难题中发挥了很大的作用，尤其是在总部提出构建“生态营区”的要求以后，太阳能同样在部队“生态营区”建设中发挥了重要作用，主要以光伏发电系统和太阳能热水系统为主，包括太阳能景观灯、太阳能路灯、太阳能发电系统、太阳能热水器、太阳能海水淡化系统等，都取得了广泛的应用。 通过对光伏系统在部队应用的广泛调研，分析整理资料和建议，得到三点启示：一是光伏系统在部队的应用会越来越广泛，以解决偏远营区的供电为主，其他多种形式的应用发展迅速；二是独立光伏系统中的能量控制策略过于简单，没有根据系统的容量大小进行具体的设计，造成能量的利用效率较低，储能蓄电池容易失效，运行成本较高；三是实行储能系统的分组充放电，能够有效地提高供电可靠性。 本文将对独立光伏系统在军营中的应用进行研究分析，同时对系统的能量控制策略进行研究，提出一种分组充放电控制策略，为解决光伏系统应用中存在的问题，提供了很好的参考。 二、光伏系统在军营中的应用 随着科学技术水平的不断发展，现在战争对于后勤电力的保障提出了更高的要求，要求我们必须拓展多种供电渠道，研究多种供电保障方式，以满足各种复杂条件下的供电要求；同时由于社会生活水平的不断提高，官兵对于居住环境也有了更高的要求，环保、绿色的军营更能营造一种积极健康的生活形态，同时激发官兵爱岗敬业的意识，而太阳能作为一种绿色能源，正好满足了以上要求。太阳能作为一种清洁、环保、绿色能源，在部队建设中发挥着越来越重要的作用，通过对光伏系统的应用调研，光伏发电在部队主要的应用和意义有以下五个方面： 1．解决了边防和海岛连队的供电保障难题。我军很多驻扎在边防和海岛的连队，以及很多驻地远离大电网的部队营区，基本上都存在着供电保障难的问题。目前，其用电主要是通过自备的发电机（组）来解决。很显然，这一方案存在发电成本较高、噪音大、污染环境、燃料运输成本高等的不足。随着新能源技术的不断发展，改善这些部队平时和战时的供电条件，已经越来越重要，其中以独立光伏发电系统和小型风力发电系统应用最为广泛。建设一个小型的独立光伏电站不但可以解决供电问题，同时可以减少运输燃油的费用，降低对于燃油的依赖。 2．户外独立工作站点的供电。对于各种微波中继站、户外检测点和航海灯塔等户外独立工作设备，常常远离电网，电网的延伸供电困难重重，光伏系统能够很好的解决这类室外工作站点的电源供电问题。 3．在部队“生态营区”建设中应用广泛。部队营区的改造和建设都以生态营区、环保营区、绿色营区为目标，一般都会根据营区所在地的自然环境条件进行新能源项目的论证，主要包括太阳能路灯、太阳能景观灯、光伏发电系统、风力发电等，其中以太阳能景观灯的应用最广泛。 4．为探索后勤供电保障的新方法提供了思路。拓展各种供电渠道，研究多种供电方式，光伏发电系统为现阶段探索后勤供电保障的新方法提供了思路。例如综合应用薄膜太阳能电池和新型储能装置（超级 第六部分：太阳能发电等单元 一、填空题： 1.太阳能发电分为光伏发电和光热发电。通常讲的太阳能光发电指太阳能光伏发电，简称光电。 2.太阳能光伏发电技术是利用光生伏特效应（或光伏效应），使得太阳辐射能通过半导体物质直接转变为电能的一种技术。 3.太阳能热发电只能利用太阳能中的直射辐射资源，不能利用太阳能散射辐射资源。 4.BIPV 的含义是建筑光伏发电一体化（或建筑集成光伏发电）。 5.目前实行大规模产业化的晶体硅光伏电池包括单晶硅光伏电池、多晶硅光伏电池。 6.太阳能发电是利用方式有直接光发电和间接光发电两种。 7.光伏发电的关键元件是太阳能电池。 8.光伏发电系统可分为带蓄电池和不带蓄电池的并网发电系统。 9.目前，国产晶体硅的电池的效率在10-13% 左右，国外同类产品在12-14% 左右。 10.光伏发电的缺点主要有：照射能量分布密度小、随机性强、地域性强。 11.太阳电池在入射光中每一种波长的光能作用下所收集到的光电流，与相应于入射到电池表面的该波长的光子数之比，称作太阳电池的光谱响应，也称为光谱灵敏度。 12.太阳能电池的基本特性有：光谱特性、光照特性、温度特性。 13.太阳能电池分为晶硅片太阳能电池和薄膜太阳能电池两大类。 14.交流光伏供电系统和并网发电系统，方阵的电压等级往往是110V 或220V 。 15.太阳能方阵需要支架将许多太阳电池组件集合在一起。 16.太阳能电池的热斑往往在单个电池上发生。 17.避免热斑效应的主要措施是加设旁路二极管。 18.太阳能光伏发电系统可大体分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。 19.带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居民建筑，不带蓄电池的并网发电系统一般安装在较大型的系统上。 20.光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器等设备组成。 21.在光生伏打效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，是能量转换的器件。 22.蓄电池组的其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。 23. 充放电控制器是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。 24.住宅用并网光伏系统通常还可以考虑和建筑结合起来建设。 25.太阳电池组件方阵在标准测试条件下的额定最大输出功率称为峰瓦。 26.光伏电站根据是否允许通过公共连接点向公用电网送电，可分为可逆和不可逆的接入方式。 27.带有蓄电池的并网发电系统具有可调度性，可以根据需要并入或退出电网，还具有备用电源的功能。 光伏并网发电系统设 计 光伏并网发电系统设计 摘要：最大功率点跟踪是光伏并网发电系统中经常遇见的问题。系统设计采用电流型控制芯片UC3845实现最大功率点跟踪（MPPT），由单片机STC12C5408AD产生SPWM信号，实现频率相位跟踪功能、输入欠压保护功能、输出过流保护功能。结果表明，该设计不但电路设计简单，软硬件结合，控制方法灵活，而且能够有效的完成最大功率跟踪的目的。 关键词：STC12C5408AD DC-AC转换电路 MPPT 太阳能作为绿色能源,具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点,越来越受到人们的关注。光伏电池的输出是一个随光照、温度等因素变化的复杂量，且输出电压和输出电流存在非线性关系。光伏系统的主要缺点是初期投资大、太阳能电池的光电转换效率低。为充分利用太阳能必须控制电池阵列始终工作在最大功率点上，最大功率点跟踪(MPPT, Maximum Power Point Tracker)是太阳能并网发电中的一项重要的关键技术。 1 设计任务 为研究方便设计一光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1所示。用直流稳压电源U S和电阻R S模拟光伏电池，U S=60V，R S=30Ω~36Ω；u REF为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V，频率f REF为45Hz~55Hz；T为工频隔离变压器，变比为n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，将u F作为输出电流的反馈信号；负载电阻R L=30Ω~36Ω。要求系统具有最大功率点跟踪（MPPT）功能，频率、相位跟踪功能，输入欠压保护和输出过流保护功能。另外要求系统效率高、失真度低。 R L U 图1 并网发电模拟装置框图 2 系统总体方案 光伏并网系统主要由前级的DC-DC 变换器和后级的DC-AC 逆变器组成。在系统中,DC-DC 变换器采用BOOST 结构,主要完成系统的MPPT 控制;DC-AC 部分采用全桥逆变器,维持中间电压稳定并且将电能转换成110 V/50 Hz 交流电。设计采用单片机SPWM 调制，驱动功率场效应管，经滤波产生正弦波，驱动隔离变压器，向负载输出功率。系统设计保证并网逆变器输出的正弦电流与电网电压同频同相。系统总体硬件框图如图2所示： 图2 系统总体硬件框图 3 MPPT 原理及电路设计 3.1 MPPT 原理 5kWp光伏太阳能并网发电系统 设 计 方 案 设计人：申小波（Mellon） 单位：个人 电话： 日期： 2013年10月27日 目录 一、光伏太阳能并网发电系统简介 (2) 二、项目地点及气候辐照状况 (2) 三、相关规范和标准 (5) 四、系统结构与组成 (5) 五、设计过程 (6) 1、方案简介 (6) 2、设计依据 (6) 3、组件设计选型 (7) 4、直流防雷汇流箱设计选型 (9) 5、交直流断路器 (11) 6、并网逆变器设计选型 (13) 7、电缆设计选型 (14) 8、方阵支架 (15) 9、配电室设计 (15) 10、接地及防雷 (15) 11、数据采集检测系统 (16) 六、仿真软件模拟设计 (17) 七、接入电网方案 (22) 八、设备配置清单及详细参数 (22) 九、系统建设及施工 (22) 十、系统安装及调试 (23) 十一、运行及维护注意事项 (26) 十二、设计图纸 (28) 十三、工程预算投资分析报告 (32) 5kWp光伏太阳能并网发电系统配置方案 一、光伏太阳能并网发电系统简介 并网系统（Utility Grid Connected）最大的特点：太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网，并网系统中光伏方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。在阴雨天或夜晚，太阳电池组件没有产生电能或者产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。 因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用光伏方阵所发的电力，从而减小了能量的损耗，并降低了系统的成本。但是系统中需要专用的并网逆变器，以保证输出的电力满足电网电力对电压、频率等电性能指标的要求。因为逆变器效率的问题，还是会有部分的能量损失。这种系统通常能够并行使用市电和太阳能太阳电池组件阵列作为本地交流负载的电源，降低了整个系统的负载缺电率，而且并网系统可以对公用电网起到调峰作用。但并网光伏供电系统作为一种分散式发电系统，对传统的集中供电系统的电网会产生一些不良的影响，如谐波污染，孤岛效应等。 二、项目地点及气候辐照状况 图片来自Google地球 1、项目地点为：江苏省泰州市XX区XX镇； 2、纬度：32°22’，经度：120°12’； 3、平均海拔高度：7m； 信息孤岛的解决方案 樊梦真 269779216@https://www.doczj.com/doc/ce416018.html, 内容提要：产生信息孤岛的根本原因在于当前的软件设计模式存在问题，人们是先设计出数据结构各不相同的信息系统，然后再通过转化数据结构而实现互联互通，犹如火车通过换车轮而实现互通。火车之所以可以互通是因为火车是以标准化的钢轨为基础而设计。本文的独立数据库技术借鉴“以标准的钢轨为基础而设计火车”的“标准化模式”，通过“数据结构的标准化”及“数据的标准化”方式而从根本上避免信息孤岛问题的产生。 1.1火车的互联互通及机械零部件的互换性对信息系统设计的启示：标准化 火车之所以能够在全国各地互联互通，是因为全国的钢轨都是标准的，我国的各种火车都是以标准的钢轨为基础而设计的。机械零部件的互换性是机械中的一个非常重要特性。机械工程师在设计机械设备时都要尽量采用标准的零部件。火车的互联互通及机械零部件的互换性都是以“标准化”为基础。 然而，对IT行业的软件工程师而言，他们几乎没有标准的概念。软件设计人员在设计软件系统时几乎不考虑任何标准，各种信息系统中的数据完全由软件设计人员自己任意定义，其结果就是各种信息系统中的数据全是不标准、不规范的异构数据。 如果全国各地的火车钢轨都是不标准的，那么火车要在全国各地行驶，就必须不断地“换车轮”，火车换一次车轮需要80分钟。 当前的信息系统通过转换数据结构的方法实现互联互通就犹如火车“换车轮”。铁路交通以“钢轨的标准化”而从根本上避免了“铁路交通孤岛”问题的产生。如果各种信息系统的数据及数据结构也采用标准化的数据和数据结构，那么，也可以从根本上实现各种信息系统之间的互联互通！然而利用关系数据库技术，不可能使数据结构标准化、统一化。独立数据库（源于发明专利技术“医学信息的结构化存贮方法”）中的“事物信息表”可存贮各种各样的结构化数据，可以成为标准的数据结构表。 1.2以“数据结构的标准化”+“数据的标准化”而避免信息孤岛产生 从关系数据库的角度而言，产生信息孤岛的根本原因有两个，一是各个信息系统中的数据结构多种多样、各不相同，二是各个信息系统中的数据不标准、不规范，因此，当一个信息系统中的数据发送到另一个信息系统时，数据的接收方不能存贮、识别处理接收到的数据。当前解决信息孤岛、实现数据的共享交换的方法是：“转换数据结构，把数据转换为数据的接收方可以存贮、识别处理的形式”，例如BI、EAI、EDI、ETL、ESB等都是通用转换数据结构模式，犹如火车通过换车轮而实现互通。 光伏并网发电系统控制策略 能源危机和环境保护使大规模地开发利用可再生清洁能源受到人们的关注。太阳能储量的无限性、开发利用的洁净性以及逐渐显露出来的经济性等优势,使它的开发利用成为人类理想能源的替代能源。太阳能将会成为21世纪后期的主导能源。高性能的数字信号处理器芯片(DSP)的出现,使得一些先进的控制策略应用于光伏并网逆变器的控制成为可能。本文的主要内容:1.首先分析了光伏并网逆变器的结构和控制策略,本文使用改进的固定开关频率SPWM电流控制策略,较好地实现了并网逆变器的单位功率因数正弦电流输出控制。本文还使用状态空间平均法对并网逆变器进行了建模分析,然后使用MATLAB中的Simulink工具进行了系统仿真。通过仿真给具体的硬件设计提供了有效的帮助。2.最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking)控制问题是光伏系统中经常遇见的问题。本文详细地分析了常用的几种MPPT控制方案,提出了新型MPPT控制算法。然后重点论述了本文设计的两级变换结构光伏并网逆变器MPPT 控制的实现过程。通过理论分析和具体实验,提出了对于两级变换结构的光伏并网逆变器使用DC-AC逆变器部分实现MPPT控制的控制方式。最后通过实验验证了本文提出的两级变换结构光伏并网逆变器MPPT控制方法的正确性。3.首先设计了系统的硬件电路,包括参数的选择,器件的选型等,然后又对基于DSP芯片的单相光伏并网系统进行了软件设计。在介绍了系统的硬件资源分配后,给出了系统软件的总体设计,给出了系统的流程图。4.最后给出了系统的实验结果,实验结果对实际控制过程中控制参数的选取提供的帮助。 同主题文章 [1]. 陈厚岩,许洪华. 3kW光伏并网逆变器' [J]. 可再生能源. 2005.(03) [2]. 焦在强,许洪华. 单级式并网光伏逆变器' [J]. 可再生能源. 2004.(05) [3]. 王飞,余世杰,苏建徽,沈玉梁. 采用最大功率点跟踪的光伏并网逆变器研究' [J]. 电力电子技术. 2004.(05) [4]. 杨伟昕,肖岚. 一种宽范围输入的光伏并网逆变器' [J]. 佳木斯大学学报(自然科学版). 2009.(06) [5]. 李进国,金新民. 小功率光伏并网逆变器控制系统的设计' [J]. 北方交通大学学报. 2003.(02) [6]. 雷珽,艾芊. 光伏并网策略及应用研究' [J]. 低压电器. 2010.(02)太阳能光伏发电系统课程设计家庭并网光伏发电系统的优化设计
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