2022年电力电子技术在太阳能中的应用整理 .pdf

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1、太阳能光伏发电中的电力电子技术应用1 概述照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40 分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：无枯竭危险；绝对干净（无公害）；不受资源分布地域的限制；可在用电处就近发电；能源质量高；使用者从感情上容易接受；获取能源花费的时间短。不足之处是：照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕

2、不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。目前国外并网逆变器技术发展十分迅速。目前的研究主要集中在空间矢量pwm技术、数字锁相控制技术、数字dsp 控制技术1 、最大功率点跟踪2,3 和孤岛检出技术4,5 ，以及综合考虑以上方面的系统总体设计等。国外的有些并网逆变器还设计同时具有独立运行和并网运行功能。国内太阳能光伏应用仍以独立供电系统为主，并网系统则刚刚起步。目前国内自主研制的并网逆变器存在有系统运行不稳定，可靠性低的弱点;且保护措施不全，容易引起事故，与建筑一体化等问题也没有得到很好考虑。本文主要讨论太阳能光伏发电中电力电子技术的发展应用;介绍独立供电光伏系统和并网系

3、统的组成特点;根据逆变电路不同的电路拓扑，讨论了太阳能最大功率点跟踪技术的实现方法;最后给出了一套独立供电的太阳能光伏试验系统的设计，最大功率点跟踪技术和高效的逆变电路设计得到实现。2 太阳能光伏系统的组成2.1 独立供电的光伏系统组成独立供电的太阳能光伏系统的结构示意图如图1 所示。由于太阳能电池只能在白天光照条件下输出能量，根据负载需要，系统一般选用铅酸蓄电池作为储能环节来提供夜间所需电力。整个光伏系统由太阳能电池、蓄电池、负载和控制器组成。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -

4、 - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 图 1 独立供电的太阳能光伏系统结构示意图系统各部分容量的选取配合，需要综合考虑成本、效率和可靠性。随着光伏产业的迅速发展， 太阳能电池的价格正在逐步下降，然而它仍是整个系统中最昂贵的部分。它的容量选取影响着整个系统的成本。相比较而言，蓄电池价格较为低廉，因此可以选取相对较大容量的蓄电池，尽可能充分利用太阳能电池所发出的功率。另外，在与负载容量配合时，应该考虑到连续阴天的情况，对系统容量留出一定裕度。2.2 并网光伏系统组成与独立供电的光伏系统相比，并网系统一般都没有储能环节，直接由并网逆变器接太阳能电池和电网，如图2 所示。并

5、网逆变器的基本功能是相同的。那就是，在太阳能电池输出较大范围内变化时，能始终以尽可能高的效率将太阳能电池输出的低压直流电转化成与电网匹配的交流电流送入电网。太阳能电池输出的大范围变动，主要原因是白天日照强度的变化。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 图 2 太阳能并网系统结构框图3 太阳能光伏系统的最大功率点跟踪技术图 3 是在一定温度时，不同光照强度下太阳能电池的输出特性曲线。由图 3 所示的功率电压曲线可以看到，

6、每条曲线都存在着一个最大功率输出点，并且这个最大功率点在当前的光照条件下是唯一的。在太阳能光伏系统中采用较多的一阶mppt 正是利用了最大功率点的dp/dv为零的特性。先对太阳能电池的输出电压和电流进行连续的采样，并将每次采样的一组电压电流数据相乘折合成功率值，然后减掉上一次采样得到的功率值，即为功率差分值。当功率达到最大值时，即可近似认为达到最大功率点，这样就构成了最大功率点跟踪的一阶差分算法6 。图 3 太阳能电池输出特性曲线(不同光照强度下 )名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - -

7、 - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 对于图1、图 2 所示的独立供电的太阳能光伏系统和并网太阳能系统，最大功率点跟踪的实现需要采用不同的策略。独立供电系统如图1 所示，最大功率点跟踪在白天太阳能电池对蓄电池充电时实现。通过调整buck 充电电路的驱动脉宽，改变太阳能电池直流母线电容上的电压，达到跟踪最大功率点的目的。并网系统如图2 所示，常用方法是设定逆变输出电流幅值，改变直流母线电容上的电压，达到跟踪最大功率点的目的。这些控制方法都可以看作电力电子在光伏发电技术中的应用。7 4 独立供电的太阳能光伏试验系统本文介绍一套独立供电的太阳能光伏试验系统。图 5 充

8、电电路控制框图图 6 照明供电电路结构框图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 图 7 高频逆变电路输出电流波形(感性负载 )此试验系统中，由于具有铅酸蓄电池做储能用，因此最大功率点跟踪在充电电路设计中实现，考虑到蓄电池的电流接收能力，充电电路的原理框图如图5 所示。图 6 是逆变电路结构框图。根据负载特性，高压钠灯需要配合镇流器工作，相当与感性负载，电源为高频交流方波，由直流升压、高频逆变两个环节实现。实验波形如图7

9、 所示。5 结论本文对太阳能光伏系统中的最大功率点跟踪和逆变技术进行了讨论。通过对独立供电的光伏系统和并网光伏系统进行系统组成分析，比较其构成特点和电路拓扑，讨论得出了各自适用的控制方法。文章最后介绍了一个独立供电的太阳能光伏试验系统，并给出了实验结果。从上述分析可以看到:太阳能光伏发电作为新能源的应用技术正在得到迅速发展，而电力电子技术作为其中的关键技术，对太阳能光伏发电应用的发展起着决定性作用。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -