中央广播电视大学人才培养模式改革和开放教育试点 2
“中央广播电视大学人才培养模式改革
和开放教育试点”
甘肃广播电视大学开放教育
光伏发电技术及应用专业（专科）
毕业论文
论文题目光伏并网发电系统的结构和
以后发展方向
姓名王倩
学号 1262001406391
指导教师黄焱
完成日期 2013.11
分校酒泉分校
甘肃电大开放教育光伏发电技术及应用专业（专科）2012 级
毕业论文评审意见表
分校：（盖章）工作站：班级代号：姓名王倩学号1262001406391 导师
论文
题目
光伏并网发电系统的结构和以后发展方向
评分项目满分实际得分
论文评分研究目的、立题依据、对实际工作的指导意义10 课题设计严谨性与研究方法适宜性10 数据资料可靠性、统计处理正确性10 研究结论严谨性与正确性10 论文写作结构规范、语言流畅、无错别字10 论文写作重点突出、层次清晰、逻辑合理10
答辩评分论文报告内容的组织10 语言表达水平 5 回答问题的正确性 5
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总计100
答
辩
委
员
会
评
语
毕业论文等级评定：
答辩委员签名：
年月日备注：考核等级评定分为：优秀、良好、及格、不及格
目录
摘要
一、国内光伏发电的现状及前景
1.1 国内光伏发电的现状
1.2 国内光伏发电的前景
二、光伏并网发电系统的组成
2.1 光伏并网发电系统的简单介绍
2.2 光伏阵列
2.3 光伏逆变器
2.4 控制器
2.4.1 继电保护装置
三、光伏并网发电系统的分
3.1 光伏并网发电系统
四、MPPT控制方法
4.1 恒定电压跟踪法
4.1.1 CVT控制的优点
4.2 电导增量法
五、并网逆变器的结构
5.1 并网逆变器
六、展望
6.1 光伏产业今后发展
参考文献
光伏并网发电系统的结构和以后发展方向
摘要：进入21世纪的人类社会正面临着化石燃料短缺和生态环境严重污染的局面。廉价的石油时代已经结束，逐步改变能源的消费结构，大力发展可再生能源，走可持续发展的道路。已经成为世界各国政府的共识。太阳能是一种非常理想的清洁能源，根据其特点和实际应用需要，目前太阳能发电分为光热发电和光伏发电两种，通常所说的太阳能发电是指太阳能光伏发电。光伏发电是利用半导体的将光能转变为电能的一种技术。
关键词：独立光伏系统，光伏电池，最大功率点跟踪
一、国内光伏发电的现状及前景
1.1 国内光伏发电的现状
中国的光伏发电市场目前主要用于边远地区农村电气化、通信和工业应用以及太阳能光伏商品，包括太阳能路灯、草坪灯、太阳能交通信号灯以及太阳能景观照明等。由于成本很高，并网光伏发电目前还处于示范阶段。光伏产业包括多晶体硅原材料制造、硅锭/硅片生产、太阳电池制造、组件封装和光伏系统应用等，还有一些与整个产业链相关联的产业，如各环节的专用材料制造、专用设备制造，专用检测设备制造以及光伏系统平衡部件制造等。
1.2 国内光伏发电的前景
为了促进我国太阳能光伏发电产业的发展，实现可再生能源中长期规划提出的发展目标，2007年国家发改委启动了“大型并网光伏示范电站建设计划”，加快解决日照资源丰富的西部八省（内蒙古、云南、西藏、新疆、甘肃、青海、宁夏、陕西）无电乡用电问题，明确要求并网光伏示范电站建设规模应不小于5兆瓦，同时明确了大型并网光伏电站的上网电价通过招标确定。
图1-1 中国太阳电池年产量和年装机
二、光伏并网发电系统的组成
2.1 光伏并网发电系统的简单介绍
光伏并网发电系统是将太阳能电池发出的直流电转化为与电网电压同频同相的交流电，并且实现既向负载供电，又向电网发电的系统。光伏并网发电系统主要由光伏阵列、并网逆变器、控制器和继电保护装置组成。
2.2 光伏阵列
光伏阵列是光伏并网发电系统的主要部件，由其将接收到的太阳光能直接转换为电能。目前工程上应用的光伏阵列一般是由一定数量的晶体硅太阳能电池组件按照系统需要的电压的要求串、并联组成的。
2.3 光伏逆变器
并网逆变器是整个光伏并网发电系统的核心，它将光伏阵列发出的电能逆变成220V/50Hz的正弦波电流并入电网。电压型逆变器主要由电力电子开关器件组成，以脉宽调制的形式向电网提供电能。
2.4 控制器
控制器一般由单片机或DSP芯片作为核心器件，控制光伏阵列的最大功率点的跟踪、控制逆变器并网电流的功率和波形。
2.4.1 继电保护装置
继电保护装置可以保证光伏并网发电系统和电网的安全性。
三、光伏并网发电系统的分类
3.1 光伏并网发电系统
光伏并网发电系统有单级式光伏并网发电系统和两级式光伏并网发电系统。单级式光伏并网发电系统中，并网逆变器要同时完成MPPT 和并网电流控制的任务，即保证光伏阵列输出功率最大化的前提下控制并网电流与电网电压同频同相；两级式光伏并网发电系统中，并网逆变器只需进行逆变控制，光伏阵列最大功率点跟踪（MPPT ）由前级DC/DC 变换器完成，并网逆变器通过控制DC/DC 变换器的输出电压实现系统功率平衡，并网逆变器控制的任务是保证输出电流与电网电压频率、相位完全一致。
四、MPPT 控制方法
观察光伏电池输出功率特性P-U 曲线可知, 太阳能电池有一个最优工作点, 叫做最大功率点(MPPT), 它取决于电池板温度和光照大小, 不同的温度和光照条件下太阳能电池有不同的最大功率点。即使在同一温度和光照条件下, 由于太阳能电池的工作电压不同, 也会使太阳能电池输出功率不同。要使光伏电池尽可能地工作在最大功率点,需要使用最大功率 点跟踪(MPPT)控制。最常用的最大功率点跟踪方法有：恒定电压跟踪法(CVT)、扰动观察法、电导增量法[4]
等。
4.1 恒定电压跟踪法
通过观察光伏系统P-V 关系曲线图，发现在一定的温度下，当日照强度较高时，诸曲线的最大功率点几乎都分布在一条垂直线的两侧，这说明光伏阵列的最大功率输出点大致对应于某一恒定电压，这就大大简化了MPPT 的控制设计，即人们仅需从生产厂商处获得数据max V ，并使阵列的输出电压钳位于max V 值即可，实际上是把MPPT 控制简化为稳压控制，这就构成了CVT 式的MPPT 控制。采用CVT 较之不带CVT 的直接耦合工作方式要有利得多，对于一般光伏系统可望获得多至20%的电能。但这种控制方式忽略了温度对开路电压的影响，特别是在环境温度变化比较大的场合，会产生较大的偏差，从而浪费较大的电能。
4.1.1 CVT 控制的优点
CVT 控制的优点是：控制简单，易实现，可靠性高；系统不会出现振荡，有很好的稳定性；可以方便地通过硬件实现。缺点是：控制精度差，特别是对于早晚和四季温度变化剧烈的地区；必须人工干预才能良好运行，更难预料风、沙等影响。
图 2-3 采用CVT 控制的控制流程图
4.2 电导增量法
由光伏电池的P-U 曲线可以看出，在最大功率点处的斜率为零。通过简单的数学推导后如下：
求功率对电压的导数：
*0dP dI
I U dU dU =+=
达到最大功率点时有下式成立
dI I
dU U =-
最大功率点右边时有下式成立
0dP
dU <
最大功率点左边时有下式成立
五、并网逆变器的结构
5.1 并网逆变器
并网逆变器是整个光伏并网发电系统的核心部分。光伏并网逆变器按控制方式分类，可分为电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制、电流源电流控制四种方式。以电流源为输入的逆变器，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，因此当前并网逆变器普遍采用以电压源输入为主的方式。
按照输入直流电源的性质，可以将逆变器分为电流型逆变器和电压型逆变 器
[17]
，结构如图2-6所示。
(a) 电流型逆变器
(b) 电压型逆变器
图 2-6 电流型、电压型并网逆变器结构图
市电电网可视为容量无穷大的定值交流电压源，光伏并网逆变器的输出可以控制为电压源或电流源。如果光伏并网逆变器的输出采用电压控制，则光伏并网系统和电网实际上就是两个交流电压源的并联运行，这种情况下要保证光伏并网发电系统稳定运行，则必须采用锁相控制技术实现与市电电网同步。在稳定运行的基础上，可通过调整并网逆变器输出电压的幅值与相位来控制系统的有功输出与无功输出。但由于锁相回路的响应较慢，并网逆变器输出电压值不易精确控制，系统可能出现环流等问题，同样功率等级的电压源并联运行方式不易获得优异性能。因此光伏并网逆变器的输出常采用电流控制，此时光伏并网系统和电网实际上是交流电流源和电压源的并联，只需控制逆变器的输出电流以跟踪电网电压，即可达到并联运行的目的。这种控制方式相对简单，使用比较广泛。
综上所述，本文设计的光伏并网逆变器采用电压源输入、电流源输出的控制方式，即电压型逆变器。
六、展望
6.1 光伏产业今后发展
目前光伏并网发电系统在世界各国得到了广泛的推广和应用，对其的利用和控制还是比较前沿的课题。控制理论和电力电子技术的紧密结合使得该领域的研究博大精深。虽然光伏并网发电系统在国外已经有了一定规模的应用，但是这个领域仍然有很多技术问题有待解决，特别是在整个系统的核心一并网逆变器的拓扑结构、控制策略等方面。
参考文献
[1] 赵争鸣等编著.太阳能光伏发电及其应用.北京：科学出版社，2005
[2] 沈辉，曾祖勤.太阳能光伏发电技术.北京：化学工业出版社，2005
[3] 司传涛，周林，张有玉，刘强，冯玉.光伏阵列输出特性与MPPT控制仿真研究[J].华
东电力，2010，38(2)
[4] 廖志凌.太阳能独立光伏发电系统关键技术研究[D].南京: 南京航空航天大学，2008.
[5] 谢萍，刘永强，马士超，黄俊彦. 光伏系统并网逆变器控制策略[J]. 智能电网与智能
电器，2010,(14):24-27.