離網太陽能光伏發電系統設計xx (1.東北電力大學電氣工程學院電氣工程及其自動化專業08級畢業生,吉林 吉林 132012；2. 東北電力大學電氣工程學院，吉林，吉林 132012)摘 要：太陽能光伏發電是可再生能源利用的一種重要形式。本文主要是對光伏發電控制系統的仿真研究。首先介紹了目前國內外太陽能光伏發電技術的背景及其意義。接著對太陽能光伏發電系統進行概述，介紹了它的組成和分類。本文以太陽能光伏發電系統為研究對象，先對其整體結構進行設計，再對蓄電池和光伏陣列容量進行計算，最后對DC-DC變換器、DC-AC逆變器和光伏陣列進行仿真。關鍵詞：光伏電池；DC-DC變換器；逆變器；并網；仿真 引 言太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性、確實的長壽命和維護性、資源的充足性及潛在的經濟性等優點，在長期的能源戰略中具有重要地位并且得到廣泛的應用。光伏發電系統是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電系統裝置。 太陽能光伏發電系統原理目前，電力系統是以大容量集中發電，高壓輸電和大電網聯網運行的方式進行電能的生產、輸送和分配，全世界90%的電力都是由這種集中單一的大電網提供的。近年來以可再生能源為主的分布式發電技術得到了快速發展，與傳統電力系統相比克服了大電網系統的一些弱點，并以其環保性能與大電網形成了良好的互補性，成為世界能源系統發展的熱點之一。根據不同場合的需要，太陽能光伏發電系統一般分為獨立供電的光伏發電系統、并網光伏發電系統、混合型光伏發電系統三種。 獨立光伏發電系統的設計3.1 獨立光伏發電系統的設計整個電路有如下幾個部分：光伏電池陣列、蓄電池、DC-DC電路、DC-AC電路、負荷。如圖3-1。圖3-1整體電路結構控制器：白天給發電機供電接三相交流電，晚上切換到兩相給電燈供電，實現自動切換。充放電控制器：陰雨天放電，正常天氣充電3.2蓄電池容量的設計(1)蓄電池選擇NP65-12，浮充電壓為1.2V。(2)蓄電池容量 Be(AH) 計算蓄電池的容量由下列公式(3)計算決定 Be=(P L*24*D)/(K b*V) 符號含義 D :連續不日照天數(一般在 3 至 7 天) Kb :安全系數 ( 放電深度(一般為 70%),逆變器效率(根據廠家數據),線損(一般為 5%)等) V :系統電壓(V) PL ：負荷的消費電力PL=（2*4+5*4）/（4+4）=3.5kwhBe=(P L*24*D)/(K b*V) =（3.5*24*1）、（0.8*324）=324Ah3.3 光伏陣列的容量設計太陽電池采用38D97x400型組件，組件的標準功率為38w，工作電壓為17.1v，工作電流為2.22A，安裝地水平面上接收的平均日輻射量為13572（KJ/m2），Kop值為1.1548,最佳傾角44.9o。太陽能電池組組件串聯數NsNs=Ur/Uoc=(Uf+Ud+Uc)/Uoc =(324+0.7+1.2)/17.1 =19Ur:太陽能電池方陣輸出最小電壓；Uoc:太陽能電池組件的最佳工作電壓；Uf：蓄電池組浮充電壓；Ud：二極管壓降，一般取0.7；Uc：其他因素引起的壓降。太陽能電池組件日發電量Qp Qp=IocTKopCz =2.22x3.77x1.1548x0.8 =7.732Ah T=Ht*2.778/10000=3.77式中：Ioc：太陽能電池組件最佳工作電流； T:：等效峰值太陽小時數 Kop：斜面修正系數，參考表7-5 Cz：修正系數，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.8兩組最長連續陰雨天之間的最短間隔天數Nw，主要考慮要在此段時間內將虧損的蓄電池電量補充起來，需補充的蓄電池容量Bcb為： Bcb=AQLNL =1.2x66.7x1 =80.04Ah Ql=2/220*4+5/（3*220）*4=66.7Ah式中：A：安全系數，取1.1-1.4之間 Ql：負載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時數 Nl：最長連續陰雨天數4. 太陽能電池組件并聯數Np的計算方法計算方法如下：Np=(Bcb+NwQl)/QpNw*n*Fc =(80.04+7*66.7)/(7.732*7) =10.10 12n：蓄電池充電效率的溫度修正系數，蓄電池充電效率受到環境環境溫度的影響，修正系數見表7-6Fc：太陽能電池組件表面灰塵、贓物等其他因素引起的損失的總修正系數（通常取1.05）太陽能電池方陣的功率計算 P=PoNsNp =38*19*12 =8.664kwPo：太陽能電池組件的額定功率。綜上，太陽能電池功率為8.664kw，蓄電池容量為324Ah。4 重要部分的設計4.1 太陽能電池方陣太陽能電池單體是光電轉換的最小單元，尺寸一般為4cm2到100cm2不等。太陽能電池單體的工作電壓約為0.5V, 工作電流約為2025mA/cm2, 一般不能單獨作為電源使用。將太陽能電池單體進行串并聯封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨作為電源使用的最小單元。太陽能電池組件再經過串并聯組合安裝在支架上，就構成了太陽能電池方陣，可以滿足負載所要求的輸出功率4.2 光伏電源充放電控制器（1）高壓（HVD）斷開和恢復功能：控制器應具有輸入高壓斷開和恢復連接的功能。（2）欠壓（LVG）告警和恢復功能：當蓄電池電壓降到欠壓告警點時，控制器應能自動發出聲光告警信號。（3）低壓（LVD）斷開和恢復功能：這種功能可防止蓄電池過放電。通過一種繼電器或電子開關連結負載，可在某給定低壓點自動切斷負載。當電壓升到安全運行范圍時，負載將自動重新接入或要求手動重新接入。有時，采用低壓報警代替自動切斷。（4）保護功能： 防止任何負載短路的電路保護。 防止充電控制器內部短路的電路保護。 防止夜間蓄電池通過太陽電池組件反向放電保護。 防止負載、太陽電池組件或蓄電池極性反接的電路保護。 在多雷區防止由于雷擊引起的擊穿保護。（5）溫度補償功能：當蓄電池溫度低于時，蓄電池應要求較高的充電電壓，以便完成充電過程。相反，高于該溫度蓄電池要求充電電壓較低。 4.3 DC-DC變換器原理升壓式DC/DC變換器主要用于輸出電流較小的場合，只要采用12節電池便可獲得312V工作電壓，工作電流可達幾十毫安至幾百毫安，其轉換效率可達70%-80%。升壓式DC/DC變換器的基本工作原理如圖4-1所示。圖4-1升壓式DC/DC變換器4.4 DC-AC逆變器的設計三相電壓源型SPWM逆變器是在通用變頻器中使用最多的，本文用Simulink模塊仿真三相電壓源型SPWM逆變器很方便，使用模型庫的多功能橋模塊（Universal Bridge）和PWM脈沖發生器（PWM Generator）就能實現SPWM逆變器模型的參數設置。對多功能橋設為三相橋臂，三相在輸出端，開關器選擇了IGBT。并且在測量中選擇了電壓和電流，這是為便于通過多路測量器（Multimeter）觀測IGBT承受的電壓和電流，為選擇IGBT參數提供了依據。IGBT的驅動信號由PWM信號發生器產生，在發生器對話框中，選擇了內產生調制信號方式，當然也可以采用外調制信號輸入方式，這時需要外加三相正弦調制信號。選擇三角波頻率僅為600Hz，這樣觀察電壓波形比較清楚，實用頻率要高得多。利用MATLAB模塊建立了仿真模型，三相電壓源型SPWM逆變器的仿真模型如圖4-2所示圖4-2三相電壓源型SPWM逆變器的仿真模型圖4-3三相電壓源型SPWM逆變器的仿真波形結 論本文通過對太陽能的發展歷程以及太陽能應用，主要的是太陽能光伏發電系統原理及應用的研究，讓我更加深刻的認識到發展利用可再生能源是當今世界必須要走的能源之路。只有這樣才能最大限度的降低環境污染，從而保衛我們生存的地球。光是一種清潔、可再生能源，并且太陽能資源在我國廣泛分布。由于我國是一個能源消耗大國，并且人口分布極不合理，因此發展太陽能光伏發電系統對于我國的可持續發展、保持能源供給的獨立性和安全性，以及分散人口地區居民用電具有重要意義。同時，在研究這個論題時，也讓我更加深刻的理解事物的發展是存在兩面性的。在太陽能開發利用的同時，還存在許多的技術難關，還 有環境是否也會遭到破壞！這些問題是每個人都要想的。在此同時，也希望開發利用太陽能的技術越來越完善。參考文獻1郝晶卉 機電專業委員會全國職業培訓教學工作指導委員會 電工與電子基礎 機械工業出版社 20092崔容強、趙春江、吳達成 并網型太陽能光伏發電系統太陽能實用技術叢書 化學工業出版社 20073黃漢云 太陽能光伏發電應用原理 化學工業出版社 20094尹建華,李志偉 半導體硅材料基礎 化學工業出版 20095羅玉峰等著21世紀高校規劃教材（光伏專業） 太陽能光伏發電 技術 電力建設網 20096羅玉峰 陳裕先 李 玲 太陽能光伏發電技術 江西高校出版社 20097李鐘實 太陽能光伏發電系統設計施工與維護 人民郵電出版 20088惠晶方光輝 新能源轉換與控制技術 機械工業出版社 20089侯俊 太陽能LED照明系統設計與實現.廣東 華南理工大學 200810寇臣銳 太陽能LED照明控制系統的研制.河北 河北工業大學 2007Off-grid solar PV system designXue an(1.Electrical Engineering College of Northeast Dianli University,Jilin City,JilinProvince,China,132012；2. Electrical Engineering College of Northeast Dianli University,Jilin City,JilinProvince,China,132012)Abstract：The PV generation system is a significant measure in renewable energy utilization.Simulation on the control system of photovoltaic generation is presented in the thesis.Firstly,introducing the presently application and development situation of photovoltaic technology at home and abroad. Secondly, Having an overview of solar photovoltaic systems and introducing its composition and classification.Thirdly, researching three DC-DC convertersprinciple,presenting that using Boost DC-DC converter to realize conversion and