太阳能并网发电系统的仿真研究(开题报告).doc
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中北大学
毕业论文开题报告
学生姓名：
杨勇
学号：
0805044118
学院、系：
信息与通信工程学院电气工程系
专业：
电气工程及其自动化
论文题目：
太阳能并网发电系统的仿真研究
指导教师:
2012年1月5日
毕业论文开题报告
1．结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：
文献综述
1.1本课题的研究背景及意义
众所周知，能源是经济与社会发展的主要动力，但由于常规能源的有限性与分布不均匀性，造成世界上大部分国家的能源供应不足，不能满足经济可持续发展的需要，而且传统的化石能源所带来的环境问题也令人担忧[1]。
其燃烧后产生的气体，不仅对大气造成污染，甚至局部严重地区形成酸雨，又造成水土污染。
同时由于排放大量温室气体而产生的温室效应，已引起全球气候恶化[2]。
因此人们将目光转向了可再生能源与清洁能源，而太阳能由于其潜力大、无污染、廉价以及取之不竭用之不尽的特性进入了人们的视线。
目前，太阳能的应用领域非常广泛，光伏发电是一个重要方面[3]。
太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，是采用太阳能电池将光能转换成电能的发电方式。
太阳能电池的基本原理为半导体的光伏效应，即在太阳光照射下产生光电压现象。
与化石能源、核能、风能和生物能发电技术相比，光伏发电具有一系列特有的优势，主要可归纳如下[4]：
1）发电原理具有先进性：
即直接从光子到电子转换，没有中间过程（如热能—机械能、机械能—电磁能转换等）和机械运动，发电形式极为简洁。
2）太阳能资源的无限性和分布特性。
3）光伏发电与自然的关系：
没有燃烧过程，不排放温室气体和其他废气，不排放污水，环境友好，做到真正的绿色发电。
4）整个发电系统没有机械旋转部件，不存在机械磨损，无噪声；建造和拆卸相对简单；发电性能稳定，使用寿命长（30年以上）;维护管理可实现微机控制。
由于太阳能光伏发电目前的成本较高，其大规模推广应用还存在一定困难，但是，从长期来看，随着技术的进步，以及其它能源利用形式的逐渐饱和，到2050年前后，太阳能将成为主流能源利用形式，有着不可估量的发展潜能[5]。
1.2本课题国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
在国外，太阳能光伏电源已开始由补充能源向替代能源过渡，并从偏远无电地区中小功率的独立发电系统向并网发电系统的方向发展。
2006—2009年，全球太阳能光伏电池产量的年均增长率为60%，虽然受到2008年金融危机的影响，但2009年全年的太阳能电池产量达到了10431MW，比2008年增长了42.5%。
世界太阳能电池的年增长率已连续十年超过30%[6]。
目前，美国参议院能源委员会已投票通过了美国千万太阳能屋顶计划，2013—2021年，每年将投资5亿美元用于太阳能屋顶计划。
该项立法的补助资金可以补贴40GW的安装容量，加上地面光伏电站、各州联邦政府补贴，美国光伏发电市场总容量必将超过100GW，显然，美国将取代德国成为未来太阳能发电市场的发动机[7]。
在2010年的第二届亚洲光伏峰会上，美国提出“太阳能先导计划”意在降低太阳能光伏并网发电的成本，使其2015年达到商业竞争化的水平。
日本也提出了在2020年达到28GW的总装机容量。
欧洲光伏协会提出了“setfor2020”规划，规划在2020年让光伏发电做到商业化竞争[8][9]。
在发展低碳经济大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。
权威机构预测到2020年光伏发电在世界电力生产中所占的比例将达1%左右，到2050年约25%。
可以断言：
光伏发电正在快速进入电力能源结构，并且将逐步成为其重要的组成部分。
谁掌握了可再生能源和太阳能发电，谁就掌握了未来发展的主动权。
1.2.2国内研究现状
我国光伏发电产业于20世纪70年代起步，90年代中期进入稳定发展时期[10]。
太阳能电池及组件产量逐年稳步增加。
特别在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏发电市场的有力拉动下，尤其是《可再生能源中长期发展规划》以及“太阳能屋顶计划”、“金太阳工程”的出台，我国的光伏发电产业获得了迅猛发展[11]，自从2007年我国的太阳能电池产量超过欧洲和日本后，至今一直保持着世界第一。
2009年我国的太阳能市场安装容量为228MW，年增长率高达552%。
到2015年光伏发电装机容量要达到5GW，电价水平达到1元/KW·h以内，这意味着未来几年内，我国光伏发电市场必将呈现飞跃式的增长。
预计到2020年，我国光伏产业规模将超过20GW，平均电价可达到0.6—0.8元KW·h[12]。
截止到2011年底，我国建成超过装机容量200KW光伏并网电站项目近20个（总装机容量17MW；而未来几年内，我国10MW以上特级大型光伏电站建设项约有30项，其中百兆瓦以上级特大型光伏电站建设项目约有12项，总装机容量接近4GW[13]。
尽管如此，我国光伏并网发电的关键技术及设备与世界先进水平相比仍有一定差距，主要表现在硅材料紧缺、生产规模小、产业链不完整、技术水平低、成本价格高及标准规范不够健全等方面。
且我国光伏并网发电系统还没有真正的投入商业运行，目前所建系统均为示范工程。
发电系统的核心设备主要依赖于进口或合作研究，导致整个系统的造价升高、依赖性强，从而制约了国内市场的发展与推广[14]。
因此发展具有自我知识产权的相关高技术，进而实现其产业化，已是刻不容缓的事情。
1.3本课题相关理论综述
光伏发电系统可分为离网光伏系统和光伏并网系统。
离网光伏系统不与电网相连，主要用于给边远无电地区供电。
光伏并网系统与电力系统的电网连接，可为电力系统提供有功和无功电能。
现在，世界光伏发电系统的主流应用方案是光伏并网发电方式[15]16]。
光伏并网系统通常由三部分构成：
光伏阵列、逆变器和电网。
光伏阵列将太阳能转化为电能，逆变器实现太阳能电池板的最大功率点跟踪（MPPT）并将光伏阵列所发之电逆变成正弦电流并入电网中[17]。
光伏并网发电简单原理框图如下:
电网
逆变器
光伏
阵列
图1光伏并网发电简单原理框图
参考文献：
[1]林安中，王斯成.国内外太阳能电池和光伏发电的进展与前景[J].太阳能学报
1999（特刊），68~74
[2]赵玉文.光伏发电是未来最重要的战略能源[E].中山大学讲座，2004,10
[3]斐郁.我国可再生能源发展战略研究[D].辽宁师范大学，2004,5
[4]陈劲松.人类理想能源-太阳能发电[J].百科知识，总第228期
[5]张兴，曹仁贤.太阳能光伏并网发电及其逆变控制[M].北京：
机械工业出版社，
2011,5：
1~2
[6]太阳能电池的发展现状及存在的主要题.http;//
-test/2213.asp
[7]秦伟，李国强.光伏太阳能-21世纪的能源之星[J].新经济产业：
2006,44~46
[8]Haas,Reinhard,Socio-economicaspectsoftheAustrian200kWpPhotovo-
-ltaic-rooftopProgramme[J].SolarEnergy,1999,66（3）:
181-193
[9]IEEEStandardforInterconnectingDistributedResourceswithElectric
PowerSystems[J],IEEE1547-2003
[10]时景丽.我国和世界光伏发电技术、产业、市场发展情况比较[J].光伏技术专
栏，2004（4）:
26~29
[11]左然，施明恒.可再生能源概论[M].北京：
北京工业出版社，2007
[12]吴敬儒.2005-2030年电力需求预测及发展战略研究[EB/OL].http//finance.
S./chanjing/b/20070920/17293998771.shtml,2007-09-20
[13]罗运俊.太阳能利用技术[M].北京：
化学工业出版社，2011-01-01.
[14]王小雪.光伏并网控制系统的仿真研究，硕士学位论文[D].河北：
河北工业大
学,2008
[15]CalaisM,MyzikJ,etal.Invertersforsingle-phasegridconnected
Photovolaticsystems-Anoverview[C].IEEEPESCConferenceProceedings,2002:
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[16]MyrzikJM,CalaisM.Stringandmoduleintegratedinvertersforsingle-
-phasegridconnectedPhotovolaticsystems-areview[C].PowerTechConference
Proceedings,2003
[17]赵为.太阳能光伏并网发电系统的研究,博士学位论文[D].合肥：
合肥工业大
学，2011
毕业论文开题报告
２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：
2.1本课题要研究或解决的问题
1）了解太阳能光伏并网发电的工作原理;
2）建立单相光伏并网发电系统的动态模型;
3）建立光伏并网发电系统逆变输出环节的小信号模型;
4）利用MATLAB软件对上述模型分别在开环和闭环状态下进行仿真。
2.2拟采用的研究手段
尽管光伏发电工作原理简单（如图1），但为了提高系统的稳定性，还需要一套控制电路。
本文采用了DSP控制单相光伏并网发电系统的方法，其总体系统框图如下：
电网
交流侧
滤波
逆变器
直流侧
滤波
光伏
阵列
负载
电网单相
电压检测
液晶显示单元
单片机
键盘输入
故障
检测
SPWM波
AD0AD2
AD1
DSP芯片
AD3
SCI
MPPT
直流电压
电流检测
驱动电路
并网单相
电流检测
电脑
图2光伏并网发电总体系统框图
光伏阵列将太阳能转化为直流电，经直流滤波输出到逆变器转换为交流电，再经交流滤波后，输出与电网电压同频同相的交流电，达到并网的目的。
为保证逆变器的输出电流与电网电压严格的同频同相，保证稳定工作，并且能时刻向电网提供最大功率，故设计一套控制电路。
控制电路的核心设备是DSP芯片，主要用来完成各个被检测量的A/D转换及产生PWM信号，其中PWM信号经驱动电路隔离放大后送入逆变器中。
以单片机为核心的子系统主要实现显示并网系统的运行参数，实时设置并调节参数等功能。
也可经RS232/RS485总线与电脑相连，实现光伏并网发电系统的远程控制及智能控制。
本文以光伏并网发电为研究对象，基于Matlab/Simulink数学建模工具，先建立由光伏阵列、逆变器、控制器、电网等组成的光伏并网发电系统的数学仿真模型，分别建立单相光伏并网发电系统的动态模型及其逆变输出环节的小信号模型，并在开环和闭环两种情况下进行仿真，模拟
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