太阳能热光伏发电系统研究与仿真论文答辩ppt

地热 其他再生能源 太阳热能
一 次 能 源 消 费
光伏和太阳热发电
风能 现代生物质能 传统生物质能 水能 核能 天然气 煤 石油
未来100年世界能源发展预测
明德 砺志 博学 笃行
2.太阳能光伏的研究意义：
进入70年代后，由于二次石油危机的影响，以及光伏产业本身具有的优点，使得光伏发 电在世界范围内受到高度重视，发展非常迅速。从远期看，光伏发电将以分散式电源进入电 力市场，并部分取代常规能源。不论从近期和从近期看，光伏发电可以作为常规能源的补充， 在解决特殊应用领域，如通信、信号电源，和边远无电地区民用生活用电需求方面，从环境 保护及能源战略上都具有重大的意义。
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太阳能热光伏发电系统研究与仿真
课题主要涵盖以下问题： 一．太阳能光伏产业现状的介绍及其研究意义的分析。 二．光伏电池模型及最大功率点跟踪原理。 三．太阳能热光伏发电系统的直流换流技术。 四．太阳能热光伏发电系统的交流换流技术。 五．太阳能并网发电系统的孤岛效应及其检测方案。 六、小结。
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本文提出一种新颖的控制思想：CVT启动断续扰动观察方案，这种MPPT技术结合了 CVT的启动和扰动观察法的优点，从而快速地、有效地跟踪了太阳能电池的最大功率点。和 古典的扰动观察法相比较，此方案不同的是，当找到了系统的最大功率点之后，不是继续进 行扰动，而是停止相关扰动。之所以会这样做，是因为继续扰动的话，系统就会始终无法稳 定的工作在最大功率点上，直接导致系统的输出不稳定，并降低了系统的效率。因为在相对 较短的日照时间内太阳电池的输出变化会很小，所以就没有必要一直进行扰动。
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（b）利用光生伏特效应原理而制成的光伏电池，P-N结是其工作原理的核心，每个光
伏电池单元的外特性模型主要部分可看成是一个恒电流源与一只正向二极管的并联回路。 光伏电池等效电路模型的典型形式是单二极管形式，如图2-2(a)所示。简化等效电路(见 图2-2(c))等多种模型形式。
R' Vi Vo *(1 D) Vo *(1 D)2 RL *(1 D) 2 I i I o / (1 D) I o
其中: R':BOOST电路等效输人阻抗，D：开关占空比，RL：负载阻抗。式中不考BOOST电路电感 的自身电阻。从式(5)可知，开关占空比越大，Boost电路输入阻抗就越小。当改变Boost电路 开关占空比，使得其等效输入阻抗与光伏系统阻抗相匹配，则光伏电池将输出最大功率，这也 是利用BOOST电路实现最大功率跟踪的理论依据。
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2004年，欧洲联合研究中心（JRC）根据各种能源技术的发展潜力及其资源量，对未来100 年的能源需求总量和结构变换做出了预测：可再生能源的比重将不断上升，于2020、2030、 2040、2050和2100年将分别达到20%、30%、50%、62%和86%。其中，化石能源消耗总量将 于2030年出现拐点，太阳能在未来能源结构中的比重将越来越大。
光伏系统并网整体模型
并网光伏发电系统的实质与其它类型的发电站一样，可为整个电力系统提供电能,与独立运行 的太阳能光伏电站相比，并入大电网可以给太阳能光伏发电带来许多好处。首先，不必考虑负载 供电的稳定性和供电质量问题、其次，光伏电池可以一直运行在最大功率点处，由大电网来接纳 太阳能所发出的全部电能,提高了太阳能发电的效率；再其次，省略了蓄电池作为储能环节，降低 了蓄电池充放电过程中的能量损失，免除了由于存在蓄电池而带来的运行与维护费用，同时也消 除了处理废旧蓄电池带来的间接污染。并网光伏逆变系统由光伏阵列、变换器和控制器组成。如 图4-14所示：变换器将光伏电池发出的电能逆变成正弦电流并入电网中，控制器控制光伏电池最 大功率点跟踪、控制逆变器并网电流的波形和功率，使向电网转送的功率与光伏阵列所发的最大 功率电能相平衡。
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然而，此法是靠不断的改变系统输出来跟踪最大功率点的，当达到最大功率点时， 并不会停止扰动，而是在最大点左右摆动，这样就会造成能量的损失，导致系统的工作 效率降低，尤其是在环境变化很缓慢的冬季时候，能量损失相当严重，所以这也是扰动 观察法的最大缺点。我们可以通过减小扰动幅度的方法来减小能量的损失，但是在环境 变化很大时，则需要相对较长的时间来跟踪新的最大功率点，这时将会导致大量的能量 损失。因此，如果选用扰动观察法时，扰动幅度的大小应该在减小能量损失和加快跟踪 速度二者之间做一权衡。
1.降压型BUCK电路：
电路原理图：
输出电压：
U O DU S
ton US TS
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2.升压型Boost变换器的电路：
输出电压：
VO
T 1 VS S VS 1 D toff
当光伏阵列采用Boost电路作为DC-DC变换电路时，考虑Boost电路输出负载为纯电阻的情况，且 变换器的效率为100%，则可以对Boost电路阻抗的进行简单地变换。由电压输出可知Boost电路输 入电压和输出电压关系Vi=Vo*(1-D)，又由于变换前后功率守衡，所以Ii=Io/(1-D)，由此可以求 出等效电阻为：
0
t
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四、太阳能热光伏发电系统的交流换流技术。
太阳能电池板输出的是直流电，而电网侧是 50Hz 的交流电，要将太阳能电池板输出的能量 输送到电网上，就需要通过逆变器将直流电变换为交流电。光伏发电系统并网控制的目的，就是 要控制并网逆变器输出的电流与电网电压同频同相，以单位功率因数向电网送电. 逆变器根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变器；直流 侧是电流源的为电流型逆变器。以电流源为输入的逆变器，其直流侧需要串联一大电感提供较稳 定的直流电流输入，但由于此大电感往往会导致系统动态响应差，因此当前世界范围内大部分并 网逆变器均采用以电压源输入为主的方式。 常见的单相正弦逆变器主电路主要有半桥、全桥、推挽三种结构。本文以单相全桥为例进行 介绍。
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3.升降压型Buck-Boost变换器
输出电压： 改变占空比D，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压底。当 0<D<1/2时为降压，当为1/2<D<1时为升压，因此将该电路称为升降压斩波电 路。 工作波形：

D US 1 D
i1 ton IL
0
toff t
i2 IL
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一．太阳能光伏产业现状的介绍及其研究意义的分析
1.太阳能光伏产业现状的介绍：
太阳能发电是太阳能利用的一种重要方式，应用太阳电池是将一种光学能转换为电能的 发电方式，而且随着技术的不断进步，光伏发电可能是最具有发展前景的发电方案之一。 与风能、化石能源、核能和生物能发电技术相比，光伏发电在众多方面有着不可超越的 优势。主要体现在其发电原理有着先进性、太阳能资源的无限和分布特性、没有资源短缺 和资源耗尽问题、光伏发电和自然环境的关系、没有机械部件的旋转、建造与拆卸特征、 使用性能和寿命问题、维护管理问题等优点。
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这种方法优点是：实施手段简单，性能稳定。但有效使用的前提是保证光伏电池工作环境温 度和自身结温度变化不大。它的缺点是：因环境温度和光伏电池自身温度的变化会致使最大功率 点的电压只发生偏移，在那些一年四季或者昼夜温差较大的场合下，使用这一控制法会造成一定 的功率损失。所以从严格意义上说，这种跟踪方法只是一种近似的MPPT控制方法。
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并网光伏发电模型
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五、太阳能并网发电系统的孤岛效应及其防止策略
1.孤岛的概念
AC 380V
开关
本地负载
~
配电网负 载
配电网 孤 岛
D G
D G
D G
逆变器并网发电系 统
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2.危害
1） 孤岛效应使电压及其频率失去控制，如果分布式发电系统中的发电装置没有电压和频 率的调节能力，且没有电压和频率保护继电器来限制电压和频率的偏移，孤岛系统中的电压和 频率将会发生较大的波动，从而对电网和用户设备造成危害。 2） 孤岛系统被重新接入电网时，由于重合闸时系统中的分布式发电装置可能与电网不同 步而使电路断路器装置受到损害，并且可能产生很高的冲击电流，从而损害孤岛系统中的分布 式发电装置，甚至导致电网重新跳闸。 3） 孤岛效应可能导致故障不能清除（如接地故障或相间短路故障），从而可能导致电网 设备的危害，并且干扰电网正常供电系统的自动和手动恢复。 4） 孤岛效应使得一些被认为已经与所有电源断开的线路电路，这会给相关人员（如电网 检修人员和用户）带来电击的危害。
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2.最大功率MPPT技术
MPPT方法可以根据控制算法进行分类，也可根据具体实现环节的控制参数分类。若根据 MPPT算法的特性和具体实现机理的过程，可将MPPT方法分为三大类：基于参数选择方式的 间接控制法；基于采样数据的直接控制法；基于现代控制理论的人工智能控制法。国内外对 MPPT型最大功率点跟踪控制的方法已经有过不少研究和介绍，归纳起来，主要有如下死种方 法：(1)CVT定电压法；(2)电压反馈法；(3)功率反馈法；(4)扰动观察法；(5)电导增量法；(6)直 线近似法；(7)实际测量法；(8)最优梯度法；(9)闻歇扫描法等。
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三、太阳能热光伏发电系统的直流换流技术
在光伏系统中的换流环节有DC-DC,通过DC-DC的环节可以将光伏模块出来的DC整合为人为所 需的直流电，直接供给直流负载。DC-DC变换器又称直流斩波器，它是将一种固定连续的直流电压 变换为另一种（固定或可调的）直流电压，其工作原理是通过调节控制开关，其中二极管起续流作 用，LC用来滤波。常有的DC-DC电路有降压电路(Buck)、升压式(Boost)和升降压型变换器（BuckBoost）。