30KW光伏并网发电系统研究(2)

4.2 光伏并网逆变器的选择 ........................................................................................... 16 4.3 并网逆变器的控制技术 ........................................................... 错误！未定义书签。 4.4 系统主电路的总体方案 ........................................................... 错误！未定义书签。

4.4.1 系统主电路的具体设计................................................. 错误！未定义书签。 4.4.2 基于30KW系统的并网逆变器的参数确定 ................ 错误！未定义书签。

第五章 整个光伏并网发电系统的仿真部分 ......................................................................... 20

5.1 光伏电池的MATLAB仿真和分析 ......................................................................... 20 5.2 最大功率点跟踪控制的仿真 ................................................................................... 23 5.3 并网逆变器的仿真及分析 ....................................................... 错误！未定义书签。 5.4 系统的整体仿真 ....................................................................... 错误！未定义书签。 第六章 基于DSP的光伏并网发电系统软件设计 ............................................................... 25

6.1 TMS320LF2407A芯片功能介绍 .............................................................................. 25 6.2 系统软件的总体设计 ............................................................................................... 26

6.2.1 系统软件总体实现功能................................................................................. 26 6.2.2 SPWM的实现 ................................................................................................. 28 6.2.3 基于DSP的锁相控制技术 ........................................................................... 29 6.3 系统部分控制功能的实现程序................................................................................ 31 参考文献 .................................................................................................................................. 32 附录A 整个系统仿真程序图 ............................................................................................... 34 附录B 系统部分控制程序 ................................................................................................... 35 致 谢 ...................................................................................................................................... 36

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第一章 绪 论

1.1 光伏并网发电技术的研究背景

随着全球经济的迅速发展和人口的不断增加，以及石油、天然气和煤炭等化石能源的逐步消耗。能源危机已成为世界各国共同面临的课题。与此同时，化石能源造成的环境污染和生态失衡等一系列问题，也成为制约社会经济发展的瓶颈。新能源应用正成为全球的热点。太阳能资源作为最丰富的可再生能源之一 ，它分布广泛，且不污染环境，因而是理想的替代能源。光伏并网发电是太阳能利用的一种形式。它可将光伏电池组件转换的直流电经逆变器逆变后向电网输送能量。可在一定程度上能缓解能源紧张的问题。目前，我国的光伏发电产业还处于起步阶段，还有很多问题需要解决。我国政府也高度重视光伏并网发电，并逐步推广“屋顶计划”。太阳能光伏并网发电正在由补充能源向替代能源方向迈进。因此，太阳能发电对今后能源发展有着特别重要的意义。

能源是人类社会生存和发展的动力源泉。随着社会经济的发展和人类生活水平的提高，世界范围内对能源的需求日益增长，目前世界能源的利用仍以煤炭、石油、天然气和水与核能等一次能源为主，然而这些有限的能源储量正在日趋枯竭。太阳能以其清洁、无污染，并且取之不尽、用之不竭等优点越来越得到人们的关注。

光伏发电在众多的可再生能源利用中独树一帜是因为它具有以下优点 [1] ： ⑴资源可再生。太阳能资源取之不尽用之不绝，每年地球表面所接受的太阳能约为1.07×1014GWh/年，是全球能量年需求的35000倍，可以说是一种无限的资源。

⑵环保清洁。光伏发电本身不产生任何废弃物，没有污染、噪声等公害，是理想的清洁能源。

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⑶资源分布广泛。不似水电受水力资源限制，火电受到煤炭资源及运输成本等影响，光伏发电不受地域的限制，在地球上绝大部分地方都可以方便地得到太阳能，所以理论上讲在任何可以得到太阳能的地方都可以安装光伏发电系统。

⑷建造灵活方便。光伏发电系统可以按照需要将光伏组件灵活地并、串联，达到所需功率，形成光伏阵列。

⑸可共地域。现行电站一般都建在较偏地区，电能要通过长距离输变电后再进入用电地区。但光伏发电和用电可以在同一地域，这样可大幅度节省远程输变电设备的投资费用。

⑹光伏建筑集成。光伏产品与建筑材料集成在一起是目前国际上研究发展的前沿，这种产品不光美观大方，还节省发电站使用的土地面积和费用。

最近几十年，太阳能的光伏利用得到了迅猛的发展。90年代以来，发达国家重新掀起了发展光伏并网系统的高潮，特别是发展“屋顶光伏并网系统”。屋顶光伏并网系统不单独占地，将太阳电池安装在现成的屋顶上，非常适应太阳能能量密度较低的特点，而且其灵活性和经济性都优于大型并网光伏电站，有利于普及，有利于战备和能源安全，受到了各国的普遍重视。并网发电是光伏利用的发展趋势，是太阳能发电规模化发展的必然方向。

一、光伏并网发电在国外的现状和发展

光伏并网发电系统是光伏发电技术步入大规模发电阶段、成为电力工业组成部分的重大技术步骤，是当今世界光伏发电技术发展的大趋势。其可分为直接并入电网的集中式并网系统和与建筑相结合的屋顶并网系统。

太阳能光伏发电产业是20世纪80年代以来世界上增长最快的高新技术产业之一。目前国际上对太阳能资源已经十分重视。20世纪70年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。

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西方一些发达国家纷纷出台有关政策、法规来扶持光伏并网产业。1990年德国率先提出并实施“一千屋顶计划”，在居民住宅屋顶上安装太阳能并网发电系统。由于采取了一些优惠政策，项目结束时共安装1-5KW的屋顶太阳能并网发电系统2056套。1999年1月进一步提出了“十万屋顶计划”，到2000年安装太阳能发电系统容量超过40MW。现在德国的太阳能发电市场已从探索阶段发展成为繁荣的专业市场。日本从20世纪70年代开始连续制订和实施了几个太阳能发电发展5年计划，到1996年底己安装2700套并网户用太阳能发电系统，每套容量平均为3MW。同时，日本政府又提出“30年计划”，预计到2030年光伏发电总容量达100GW。目前日本的光伏组件产量己超过美国居世界第一位。意大利1998年实施“全国太阳能屋顶计划”，总容量为50MW。在这类系统中，规模最大的是1997年6月美国总统克林顿在联合国环境发展会议上宣布的“百万太阳能屋顶计划”，到2010年将安装101.4万套光电系统，总安装容量高达3025MW。欧盟在1997年11月发表了名为《能源的未来：再生能源》的欧盟战略与行动白皮书提出，到2010年在欧盟范围内要安装100万套太阳能发电系统，其中50万套为屋顶太阳能并网发电系统，需要光伏组件1000MW，另外50万套是为乡村供电的独立太阳能发电系统。这就需要将目前30MW的光伏组件的年产量扩大100倍(3GW)。按美国国家可再生能源实验室的估计，到2010年太阳能发电电价将可与常见能源电价相当。多数人认为到下世纪中叶，太阳能发电量将占世界总发电量的15-20％，必将超过核电成为人类的基本能源之一 [2] 。

目前，光伏发电主要集中在日本、欧盟和美国，其光伏发电量约占世界光伏发电量的80%。今后光伏发电系统主要围绕高效率、低成本、长寿命等方向发展。专家们预测到2050年，光伏发电在发电总量中将占13%-15%，到2100年将约占64%。

总之，从能源利用的国际发展趋势来看，光伏发电最终将以替代常规能源的角色进入电力市场，而并网发电将是光伏发电进入电力市场的必由之路。

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二、光伏并网发电在国内的现状和发展

我国正处在经济转轨和蓬勃发展时期，但能源问题严峻，由于城市中大量使用化石能源，环境持续恶化。2000年世界卫生组织公布的世界上污染最严重的十大城市中，中国占了8个。另一方面，我国具有丰富的太阳能资源，日照时数大于2000h、太阳能总辐射量高于5016MJ/(m2a)的地方约占全国总面积的三分之二以上，尤其是西部地区有很大的潜力。在这些地方发展并网发电计划，对于缓解当地的能源贫乏情况，提高当地人们生活水平有着极其重要的意义。

我国在20世纪50年代开始研究太阳能电池，于1971年首次成功应用于我国发射的东方红二号卫星。我国光伏产业发展经历了2个重要时期，第一个是在20世纪80年代中期，引进4条总计5MW的光伏电池生产线，光伏产业初步形成。第二个发展时期是在新世纪初，国家发改委在2002年启动了“送电到乡工程”，该工程光伏系统容量为20MW，极大的拉动了我国光伏市场的需求。尽管我国研制太阳能电池始于1958年，中国的光伏技术经过了50年的努力，己经具有一定的水平和基础，但是与世界先进国家相比仍有不小的差距。

近几年来，我国的光伏发电技术已经具有了一定的市场潜力和市场吸引力，但光伏并网发电的关键技术和设备主要依靠进口，光伏并网发电的技术更是刚刚起步，因此导致并网型光伏系统的造价高，依赖性强，制约了并网型光伏发电系统在国内的发展和推广。因此，掌握并网型光伏系统的核心——并网逆变技术对发展并网型光伏发电系统具有至关重要的作用。

国内光伏系统主要采用单位功率因数并网，不具备电能质量控制功能。因此，研究具有电能质量调节功能的光伏并网系统有重要意义，其研究主要放在并网逆变器的控制方法上，相同的拓扑电路，采用不同的控制方法能够产生不同的控制效果。对逆变器建立模型并进行分析，采用先进的控制策略对于光伏并网系统的性能是必不可少的。同时采用先进的控制算法是提高逆变器效率的方法之一。

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