基本信息
- 项目名称：
- 光伏并网发电系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 提出一种单相光伏并网发电系统的设计方案。并网发电系统由光伏并网逆变器和光伏电池模拟电源组成。光伏并网逆变器为核心部件，起作用是将光伏电池输出的直流电能逆变成交流电能，直接输送到电网。为方便开发，设计了一种光伏电池模拟电源。通过小功率的光伏电池和特性匹配电路的控制，大功率开关电源可实现光伏电池输出特性。
- 详细介绍：
- 光伏发电属于清洁的可再生能源，发展光伏发电技术并使其得到广泛的应用对于缓解常规能源的短缺和减少环境污染具有重要作用，已为国际社会所公认。本项目——光伏并网发电系统，其功能是将太阳能电池阵列输出的电能转换为与电网同频同相的交流电能，并入电网。现场演示装置包括光伏特性模拟电源和并网逆变器（含人机交互界面）。前者作用是模拟太阳能电池阵列输出的电能特性，便于室内环境的作品展示和研究开发。后者是本项目的核心部件，主电路采用带隔离变压器的单相逆变电路结构，控制核心为DSP TMS320F2406A，通过逆变器能够将光伏电池阵列输出的直流电能逆变成交流电能，直接输送到电网。 本项目的主要创新点主要体现在控制芯片的控制算法上。通过采用创新的输出电流控制算法，使并网逆变器输出高质量的正弦波电流；通过最大功率跟踪控制，使光伏电池始终工作在最大功率点上，提高了能源利用率；通过孤岛效应检测方法，使并网逆变器能有效识别电网的异常故障状态，并及时从电网断开。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：本作品在研究方向上响应了国家关于“节能减排、绿色经济”的发展政策。研发该作品的目的是为了减少不可再生资源的消耗和环境污染，进一步推动绿色能源行业的发展。 基本思路：本项目设计了一种光伏并网发电系统。核心部件并网逆变器主电路采用单相桥式逆变电路结构，输出端带工频变压器。并网逆变器主电路功率开关器件在控制系统发出的驱动信号的控制下，将光伏电池输出的直流电压逆变成正弦脉冲宽度调制电压，该电压经过滤波电感和滤波电容滤波滤除高频纹波后，产生高质量的正弦波电流，该正弦波电流经过工频变压器隔离后直接注入电网，实现并网发电。 创新点：（1）并网逆变器输出电流控制采用由比例控制和重复控制构成的复合控制算法，使输出电流谐波总含量小于5%（额定功率）； （2）通过可调直流电源、电灯、小功率光伏电池和特性匹配电路构成模拟光伏电池真实特性的电源。 技术关键： 通过控制模块的算法程序控制，使并网逆变器输出高质量的交流电，实现最大的光能转换，并使系统及时检测到孤岛效应从电网中断开是本作品的技术关键。 主要技术指标： 直流侧工作电压范围：450V~290V； 额定输出功率：5kW； 输出电流谐波总含量：<5%； 最大效率：94%； 适应电网电压：220V/50Hz（单相）。 光伏电池特性模拟电源： 最大输出功率：1.5kW（由于经费原因，只设计成1.5kW） 最大输出电压：450V； 最大输出电流：3A；
科学性、先进性
- 作品的科学性先进性： 光伏并网发电是太阳能应用的发展方向，得到国家的大力扶持。本作品中的光伏并网逆变器具有转换效率高（最高达94%），输出电流谐波含量小（额定功率下，电流总谐波含量<5%），适应光伏电池电压范围宽（450V~290V）的特点。与当前国内开发的并网逆变器相比较，本作品突出的实质性技术特点在于逆变器控制模块上算法程序的创新和优化。使用比例控制和重复控制的并网电流控制算法，使得逆变器输出的交流电质量更高。采用主动式和被动式相结合的孤岛效应检测算法，逆变器能更加有效的防止孤岛效应的发生，安全系数更高。利用光伏特性模拟电源，可在不受天气因素限制的情况下，更好的进行测试、研究工作。这是本作品在光伏并网发电系统中的一大技术性的进步。
获奖情况及鉴定结果
- 作品未参加各种活动、无获奖记录及鉴定结果
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品，光伏并网逆变器直流侧接特性模拟电源，输出端接交流电网。光伏并网逆变器上电后，执行运行环境自检操作。当直流电压和交流电网电压均符合运行要求时，并网逆变器自动合闸开始输出电流。 本系统中可并网输出高质量的正弦波电流，输出电流总谐波含量<5%；转换效率高，最高效率94%。 本系统中能真实模拟实际光伏电池伏安特性，不受外界天气影响。 本系统中光伏并网逆变器为中功率户用型，可在小区、独户、机关等地方安装使用。 特性模拟电源可用于为光伏发电系统的研究开发、测试或演示。 光伏并网逆变器属高技术含量产品，具有较高的附加值。本系统的逆变器如实现产业化生产，参考当前同类产品价格即2万元/5kW，每台逆变器成本为5000元，则每台逆变器销售利润为15000元。若交付小型企业生产，按每年1000台产能计，则企业每年销售额为2千万元，利润为1千5百万，扣除高科技企业15%税负，年实际盈利可达1千2百万。
同类课题研究水平概述
- 当前，国内外对光伏并网逆变器的研究主要集中在光伏并网逆变器拓扑、并网电流控制算法、光伏电池最大功率点跟踪算法、孤岛效应的检测与保护等领域。国外无论在技术研究、还是产品的开发、生产及销售方面占据优势。 目前光伏并网逆变器产品最高效率可达到98%，但这种产品系采用无变压器结构。无变压器结构的并网逆变器由于存在光伏电池安全接地及漏电流问题，某些国家和地区禁售此类产品。一般采用有变压器结构产品，此类结构的并网逆变器最高效率可在95%左右。如何进一步提升此类并网逆变器的效率，减小损耗仍是国内外的重要研究课题。 国际上光伏并网逆变器输出电流谐波在规定的输出功率范围内可达到小于4%的水平，我国“金太阳工程”认证标准规定要求小于5%。如何进一步降低谐波仍有待研究。 就中国而言，中国光伏逆变器生产企业在转换效率、结构工艺、做工、稳定性上跟国外最先进水平有一定差距，小功率技术水平基本跟国外处于相同水平。
