分布式光伏发电并网系统设计Word文件下载.docx

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1.21.2海内外太阳能发电并网现状

1.31.2.1国内光伏发电并网现状

我国每年大概有万亿吨标准煤的能量的太阳能被地表吸收，有非常宽广的开采使用远景。

现在的关键问题是，太阳能电池板产量过大，国内的销路不好，销路非常依靠外部需求，大多数公司都运营艰难。

然而，太阳能发电价格的价格下降幅度很大，这为保障国内的销路得到扩大提供了了利好的因素。

2012年年初和年末财政部分别拨发了60亿和70亿元资金，拥护并开工建设国内总规模5200MW的太阳能发电模范工程，这毫无疑问的推动了现在不景气的太阳能产业的发展。

相对于全部太阳能产业链来说，光伏逆变器这部分是为数不多的几个有钱可赚的产业模块。

伴随着国内光伏产业的开始，中国太阳能逆变器的需求慢慢增加，这些年来光伏产业发展迅速，加入到这个行业的公司也渐渐的多了起来。

现在，逆变器行业名列前茅的大企业大多有30%左右的毛利。

因为加入的公司越来越多，行业的竞争更加猛烈，中国逆变器的价格快速降低。

而在光伏逆变器本钱的下降速度低于价钱的波动的情况下，加上原材料（如IGBT功率模块）出现的供给紧张和其余电子元器件的价钱稳定，使逆变器的单位成本在2012年出现压缩幅度太小。

2013年，国内受欢迎的逆变器产品的平均成本价在0.25-0.35元/W的区间。

总的来说，太阳能具有很好的发展势头，这有利于广泛推动新能源技术的创新发展，构成比较完备的新能源产业体系。

1.41.2.2国外太阳能发电并网现状

依据欧州联盟的展望，在年左右，整个欧洲40%的发电会由太阳能发电提供。

所以，能够把当今的年代看成是太阳能的使用与开发的年代。

每个国家逐渐的对太阳能行业持续的支持，自1980年以来，部分西方国家先后开始谋划中长期发展布局，极大的推进了太阳能发电技术和行业的发展。

从2013年开始，以中国为首的新兴市场太阳能年装机容量持续快速增加，全世界每年平均的增长率为14%左右。

2013年以前，我国的太阳能电站普遍是大型太阳能地面电站为主，2013年以后，开始积极普及分布式太阳能发电系统。

四年前，中国首次成为全世界最大的太阳能市场。

2013-2015年，中国的太阳能电池装机总量为8.0GW、9.0GW、10.0GW,即便按最少估计，以8元/W计算，2013年-2015年，中国太阳能光伏市场总量为640亿元、720亿元、800亿元，3年内市场总量达到2000多亿元。

一般而言，太阳能逆变器的本钱能够平均占到太阳能发电项目中总消费的5%-10%。

太阳能光伏逆变器才仅占整个太阳能市场7%的比例。

中国光伏产业将大面积开始，大量增加的太阳能装机容量将会马上促进逆变器需求的进一步增大，逆变器市场会因为这个面临发展的重要时期。

随着世界太阳能销量增长逐渐减缓，中国的太阳能销量后劲快速显现。

因此，全球竞争格局正在发生变化，市场集中度下降，中美光伏市场有希望产生新的本土逆变器龙头，这足以动摇SMA大哥的地位。

因为逆变器产品具有很强烈的地区性特征，2005-2010年德国太阳能行业占领了全世界的一半市场，这使得SMA借机变成国际逆变器的老大，全世界的市场占有率达到30%-40%。

随着中国、美国等新兴的太阳能市场的倔起，阳光电源和Power-One有希望作为两国当地逆变器的主角。

22光伏电池电气特性和最大功率点跟踪

2.12.1光伏电池的电气特性分析

2.1.12.1.1光伏电池等效数学模型[5-6]

太阳能的工作能够通过图光伏电池等效电路图来描述。

图太阳能电池等效数学模型图

图中，Ipc是光子在太阳能电池中产生的电流，辐照度、电池的大小和本身的温度T决定了电流的大小。

当入射光的辐照度增加时，Ipc也增加，而温度升高时，Ipc会稍微升高，通常认为，一平方厘米的硅太阳能电池在标准测试环境下的Ipc值为左右，温度每上升1℃，Ipc值会升高80μA左右。

Io是经过PN结的总扩散电流，它的方向与Ipc相反，其表达式为

（2.1）

式中q—电子电荷，1.610-19C；

K—波尔兹曼常数，1.3810-23J/K；

A—一个常数因子

由式（2-1）可得其值和太阳能电池的电动势和温度等有关。

ID0是太阳能电池在没有阳光照耀时候的饱和电流：

（2.2）

式中S—PN结面积；

NC、NV—导带和价带的有效态密度；

NA、ND—受主杂质和施主杂质的浓度；

Dn、Dp—电子和空穴的分散系数；

n、p—电子和空穴的少子寿命；

Eg—半导体材料的带隙。

根据图2.1，可得到负载电流Ipv为

（2.3）

式中RS—串联电阻；

RSh—旁漏电阻。

在正常光照前提下，图和式（）给出的光伏电池数学的建模可以比较精确地描述其工作特征。

通常太阳能电池所串联的电阻特别小，所并联的电阻特别大。

因为在电路中存在串联的和并联的，因而当实行理想电路计算时，这部分能够去掉不予计算，因而其特性公式为：

（2.4）

2.1.22.1.2光伏电池电气特性

太阳能电池的电气特征通常采用或特征曲线进行描述。

图2.2不同光照条件下特性曲线

图2.3不同光照条件下的特性曲线

依据式（）能够绘制出在不相同的阳光照射前提下的太阳能电池的与特征曲线，如图和图。

由图中能够得出，当温度恒定时，阳光照射的强度越强，太阳能电池的峰值功率就越高，但开路电压只是略微增加，而短路电流增幅较大，所以在温度一定的情况下光照强度主要影响短路电路的大小。

图、图分别是在不一样温度情况下的太阳能电池的与特性曲线。

阳光照射强度不产生变化时，温度变低，光伏电池的短路电流也变小，开路电压稍微加大，所以其峰值功率也明显加大，这说明了在一样的阳光照射前提下，温度越小，光伏电池输出功率就越大。

图2.4不同温度条件下的P-V特性曲线

图2.5不同温度条件下I-V特性曲线

2.22.2实行最大功率点跟踪的原因

像图所示的那样，太阳能电池在某个输出电压的时候，它的输出功率是最高效的，此时的点叫做最大功率点。

为了让太阳能一直在最大功率点处工作，就需要运用一系列的控制算法来让太阳能电池工作在最大功率点处，此过程就叫做最大功率点跟踪[7]。

在太阳能发电系统中，要想增进系统总体效率，就必须使用最大功率点跟踪技术来让太阳能电池的输出始终维持在最大功率点的地方。

2.32.3光伏最大功率点跟踪的控制算法

最大功率点跟踪控制方式经常用到的有扰动观察法（P&

O）、电导增量法、恒定电压法（CVT）以及其它途径。

2.3.12.3.1恒定电压跟踪法

起先做到MPPT跟踪的方式是恒定电压跟踪法，此类方式操控思路不复杂，测量的值也不多，能够迅速的完成，而且稳妥容易做到，恰恰根据以上优势，此类方式在太阳能系统中还在运用于功率较小的、光照强度以及温度改变不大的场合。

这种实现方法有非常明显的缺陷:

当温度改变幅度太大的时候，因为开路电压受温度的影响非常大，这种方法的应用显得较为低效，产生很大的功率损失;

此外，此种方式只依赖一个恒定电压来操控太阳能电池板这类的伴随着许多条件而改变的非线性系统，已经实现不了对于高效的目标;

还有，随着各类的控制器的功能逐渐变强以及价格慢慢下降，此类方式有非常大的提高地步。

2.3.22.3.2扰动观察法

扰动观察法拥有简单稳妥，便于做到之优势，然而不变的步长通常招致寻优进程中动态响应与稳态响应效果的恶化。

要是步长太小，那么跟踪时间变长，动态响应效果转差;

要是步长太大，那么振荡变大，功率的波动猛烈，稳态响应质量转差，平均的输出功率会显然比最大功率要小，从而使功率损失变大，减小了太阳能电池组的发电效率。

所以，要摆脱传统扰动观察方式的缺点，提升寻优效率和质量，就要使用对应的改良的算法。

对于Boost变换器有:

（2.5）

（2.6）

它的理论为使用变换器占空比来作为扰动，经由给占空比一个增量，那么增加了，把太阳能电池在现在的功率和之前一时刻的输出功率相比，如果功率变大了，占空比同样变大了，或者功率减小了，占空比也减小了，此说明太阳能电池工作在最大功率点的左边，紧接着就要给占空比加上一个增量;

要是功率也变大了，占空比却减小了，或者功率减小了，占空比反而增大了，此说明太阳能电池工作在最大功率点的右边，那么就要降低占空比，运用更改占空比的方式能够更迅速，更好的追踪太阳能电池方阵的最大输出功率点[9]。

图所示的是这个算法的控制流程图:

图扰动观察法的控制流程框图

2.3.32.3.3电导增量法

电导增量法的原理是将功率对电压求导数，在导数是0时相对的电压值为就是最大功率的电压值，这时的功率值就是最大功率。

下面是对它的原理的分析:

其计算公式是

（2.7）

依据曲线特性，对它执行求导算法，能够得到

（2.8）

整理式子（）能够得到

（2.9）

在电池板处在最大功率点的时候，有，所以通过此前提下可得（）的式子

（2.10）

在太阳能电池板工作在最大功率的时刻，那么其输出的各参数满足式子（），依据当时的电压电流各值的不一样，能够把全部跟踪MPP的进程分成下面的几种情形:

在满足式子时，以曲线特性能够看出，此刻的太阳能电池工作在最大功率点的左边，理应将光伏电池的输出电压变大。

在满足式子时，以曲线特性能够看出，此刻的太阳能电池工作在最大功率点的右边，理应将光伏电池的输出电压变小。

在满足式子时，以曲线特性能够看出，此刻太阳能电池就工作在最大功率点处，这时就要保持光伏电池的输出电压不改变。

电导增量法具备非常高的操控精确度，此类方式根据上面的几类情形进行操控编程的，能够非常完美的解决掉因日照强度的改变导致的功率突然的变化进而所引发的震荡，太阳能电池在最大功率点左右工作的比较平缓稳定，在整个跟踪进程中没有显著的波动。

此外，因为本算法需要很高精确度的检测太阳能电池发出的各类参数以及外界环境的参数，这就对各种传感器检测的精确度要求极高，而且本算法很麻烦，需要进行大量的数学计算，同时还要要求快速的计算，所以，对芯片的运算能力有非常高的标准。

由于本算法的运算量的，控制麻烦，虽然使用高性能运算芯片，但同时还是有启动过慢的问题。

2.42.4本文应用的MPPT算法

通过上面所简述的几类MPPT控制方法中，普遍使用的为扰动观察法、恒定电压跟踪法、电导增量法，经过表5.2对这三类控制方式的比较[10]，我们可以得到以下结论:

①恒定电压法测量的参数较少，对硬件电路的需求标准相较较低，然而控制质量不好，普遍应用在小功率的地方:

②扰动观察法控制方便，控制质量很好，然而当太阳能在最大功率点左右工作时经常会出现功率振荡情况，同时当日照突然变化的时候会丢掉对最大功率