电力电子技术在太阳能光伏电池中的应用.docx

PAGE PAGE 2 电力电子技术论文 题目：电力电子技术在太阳能光伏发电中的应用 电力电子技术在太阳能光伏发电中的应用 概述 1.1 1.1 自本世纪五十年代未第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气传动技 术舞台 ，以此为基础开发的可控硅整流装置，是电气传动领域的一次革命，使电能的变换 和控制从 旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志 着电力电子 的诞生。进入 70 年代晶闸管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产 品，普通 晶闸管不能自关断的半控型器件，被称为第一代电力电子器件。随着电力电子技 术理论研究 和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容易和类型等方面得到了很大发 展，是电力电 子技术的又一次飞跃，先后研制出GTR.GTO，功率MOSFET 等自关断全控 型第二代电力电子器 件。而以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的第三代电力电子器件，开 始向大容易高频率、响 应快、低损耗方向发展。而进入 90 年代电力电子器件正朝着复台化、 标准模块化、智能化、 功率集成的方向发展，以此为基础形成一条以电力电子技术理论研 究，器件开发研制，应用 渗透性，在国际上电力电子技术是竞争最激烈的高新技术领域。 世界能源结构正在发生巨大的变革。以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构将逐步 转变为以资源无限，清洁干净的可再生能源为主的多样性，复合型的能源结构。太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点，正得到迅速的推广应用[1~5]。 随着太阳能光伏发电应用的发展，太阳能光伏发电已经不再只是作为偏远无电地区的能源供应，而是向逐渐取代常规能源的方向发展。在国外，并网发电逐渐成为太阳能光伏发电的主要应用领域，太阳能光伏产业已经逐渐形成，并持续高速发展。 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。 太阳能光伏系统的组成 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框图一般如图 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。整个光伏系统中太阳能电池、蓄电池、负载和控制器组成。虚线框中部分即为系统控制部分的结构框图，一般由充电电路、放电电路和状态控制电路 3 部分组成。 图 1 独立供电的太阳能光伏系统结构框图 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。 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，范围在 200w/m2 到 1000w/m2 之间。 图 2 太阳能并网系统结构框图 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，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满足式 (1) 令，，则当时，