![IC系列 [2-3kW 高頻單向逆變器]](/userfiles/images/2022/10/25/2022102517113877.jpg)
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國內(nèi)外大型光伏發(fā)電系統(tǒng)簡介
光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)是指將光伏陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓同幅值、同頻、在光伏發(fā)電并網(wǎng)過程中，涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：光伏并網(wǎng)逆變技術(shù)、光伏并網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)、反孤島保護(hù)技術(shù)、低電壓穿越以及直流并網(wǎng)技術(shù)的選擇等，本文將針對以上各主要技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)闡述。并網(wǎng)逆變器是實現(xiàn)光伏并網(wǎng)的重要組成部分，主要作用是將光伏電池產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能，并實現(xiàn)與電網(wǎng)電壓的同相同頻，從而實現(xiàn)與電網(wǎng)電能的交互。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中常用的逆變器包括集中式逆變器、組串式逆變器和微型逆變器三類，不同類型逆變器技術(shù)特點不同，適用于不同的光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)逆變器是實現(xiàn)光伏并網(wǎng)的重要組成部分，主要作用是將光伏電池產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能，并實現(xiàn)與電網(wǎng)電壓的同相同頻，從而實現(xiàn)與電網(wǎng)電能的交互。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中常用的逆變器包括集中式逆變器、組串式逆變器和微型逆變器三類，不同類型逆變器技術(shù)特點不同，適用于不同的光伏發(fā)電系統(tǒng)。為了保證光伏發(fā)電可靠、高效的并網(wǎng)運行，電站監(jiān)控系統(tǒng)是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前大型電站大多配有監(jiān)控系統(tǒng)，除了具備常規(guī)的數(shù)據(jù)采集和保護(hù)功能外，往往還能夠?qū)夥到y(tǒng)進(jìn)行能量管理，針對不同的應(yīng)用場合，對光伏發(fā)電功率進(jìn)行控制，提高系統(tǒng)運行安全可靠性和經(jīng)濟效益，有些還具有遠(yuǎn)程控制和云數(shù)據(jù)功能。在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，為了避免電網(wǎng)故障情況下光伏發(fā)電系統(tǒng)與本地負(fù)荷功率匹配，形成一定時間內(nèi)的孤島系統(tǒng)，對電網(wǎng)中的人和用電設(shè)備造成威脅的狀況發(fā)生，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)一般需要配備反孤島保護(hù)功能。孤島檢測技術(shù)分為遠(yuǎn)程法、被動法和主動法三大類。太陽能資源非常豐富，具有獨特的優(yōu)勢和巨大的開發(fā)利用潛力。在光伏電池發(fā)明以前，人類對太陽能的利用主要是光和熱。1839年法國科學(xué)家貝克雷爾發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料不同部位之間產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象即被稱之為“光伏效應(yīng)”。1954年美國貝爾實驗室兩位研究人員恰賓和皮爾松，根據(jù)這一原理首次研制成功實用的單晶硅太陽能電池，人類從此進(jìn)入了將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的光伏發(fā)電階段。進(jìn)入21世紀(jì)以來，全球光伏發(fā)電新增容量持續(xù)快速增長，年平均增速達(dá)到50%。至2015年底全球光伏裝機容量累計達(dá)到227GW，比2009年至少增加了10倍，比2005年至少擴大了40倍。獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要應(yīng)用在電網(wǎng)不方便或者無法進(jìn)入的偏遠(yuǎn)地區(qū)，一般用來解決無電地區(qū)居民的簡單用電需求。由于用電需求小，電氣設(shè)備的功率比較低，所以系統(tǒng)的容量通常在幾百瓦之內(nèi)。對于草原牧區(qū)、偏遠(yuǎn)山區(qū)等遠(yuǎn)離電源點，居住特別分散的特點，獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)可以很好的滿足大電網(wǎng)地區(qū)發(fā)展不平衡的弊端。但是由于光伏陣列的特性，導(dǎo)致其輸出電流和輸出電壓的穩(wěn)定性會受到工作地的環(huán)境溫度、日照強度、負(fù)載大小等因素的影響，所以基本都會給供電系統(tǒng)加裝控制系統(tǒng)、蓄電池和能量管理環(huán)節(jié)。在對光伏電池工作原理分析時，可以了解到光伏陣列輸出的都是直流電，系統(tǒng)中只有搭配逆變器才能為交流負(fù)載供電。因此獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)又可以根據(jù)系統(tǒng)能否為交流負(fù)載供電來劃分，只要能為交流負(fù)載供電那就稱為交流獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，否則就是直流獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)。所以應(yīng)用范圍比單純?yōu)橹绷髫?fù)載供電的系統(tǒng)要大很多。根據(jù)是否有市電進(jìn)行補充又可以將交流獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)分為兩種，一種是無市電互補的交流獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)；另一種則是市電互補型光伏發(fā)電系統(tǒng)。前者與直流類型發(fā)電系統(tǒng)相似，只是為了給交流負(fù)載供電，需要給系統(tǒng)安裝逆變器。后者同樣可以為交流負(fù)載供電，但是在整個用電系統(tǒng)中和市電進(jìn)行互補工作，在陽光充足的時候負(fù)載優(yōu)先使用光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能，晚上或者陽光不充足的時候則由市電進(jìn)行補充。
系統(tǒng)并網(wǎng)的條件是在并網(wǎng)側(cè)需要輸出與電網(wǎng)電壓同幅、同頻、同相的交流電，所以并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由光伏陣列、DC/DC變換器、逆變器、變壓器等構(gòu)成。由于該系統(tǒng)具有并網(wǎng)特性，當(dāng)環(huán)境不適合光伏系統(tǒng)工作時，負(fù)載從電網(wǎng)中獲取電能，在負(fù)載消化不完光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電力時，可以將多余的電能送入電網(wǎng)。由于本論文以獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對象，在此不做過多介紹。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。在能源危機和環(huán)境污染的雙重壓力下，研究開發(fā)新能源以解決未來人類對能源的需求已迫在眉睫。新能源主要包括風(fēng)能、太陽能、海洋能、地?zé)崮艿?。太陽能發(fā)電包括太陽熱發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電，其中太陽能光伏發(fā)電因為其具有獨特優(yōu)勢被全社會公認(rèn)為當(dāng)前世界最有發(fā)展?jié)摿颓熬暗男履茉醇夹g(shù)。光伏發(fā)電與傳統(tǒng)能源和其他新能源相比，光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光伏電池的光生伏特效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)按照運行方式，主要可分為獨立型、并網(wǎng)型和混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)。其中，并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，可以分為單級式、雙級式和多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。光伏電池的作用是將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能,供負(fù)載使用或存貯于蓄電池內(nèi)備用。太陽能光伏電池按其發(fā)展可以分為三代，目前正從第一代基于硅片技術(shù)的晶體硅電池向基于半導(dǎo)體薄膜電池技術(shù)的第二代薄膜電池過渡，第三代太陽能電池尚處于研發(fā)階段，目標(biāo)是提高轉(zhuǎn)化效率，降低生產(chǎn)成本。晶體硅太陽能電池可以分為單晶硅和多晶硅太陽能電池，特點是轉(zhuǎn)化效率高、壽命長和穩(wěn)定好，但是在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生對有環(huán)境污染的物質(zhì)，同時成本也比較高；薄膜電池具有工藝簡單、成本低，但是這種電池穩(wěn)定性差、壽命短、效率低、發(fā)展較慢。目前，在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中所應(yīng)用的電池大部分是晶體硅光伏電池。光伏電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷漭敵龉β适枪庹諒姸?、溫度的非線性函數(shù)，工作機理相當(dāng)于一個半導(dǎo)體發(fā)光二極管。光伏組件模型主要分為物理模型和工程模型，物理模型能夠比較精準(zhǔn)的反映光伏電池的物理特性，但是，該方法建模時需要光伏電池的內(nèi)部物理參數(shù)，工程模型是對光伏電池輸出特性進(jìn)行簡化和變換，得到的模型與生產(chǎn)廠家提供的光伏組件參數(shù)對應(yīng)，模型簡單，在研究中被廣泛地使用。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是指發(fā)電輸出端與電網(wǎng)相連接，不是直接與負(fù)載的系統(tǒng)，即光伏電池經(jīng)過逆變后在相應(yīng)控制下，輸出符合并網(wǎng)要求的交流電的光伏發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)中逆變器與獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)的功能不用，其不僅要實現(xiàn)逆變還是實現(xiàn)并網(wǎng)。此外，根據(jù)光伏系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同,并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可以分為單級式、雙級式和多級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其中最常見的是單級式、雙級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
