一种光伏发电自动跟踪控制方法的研究
一种光伏发电自动跟踪控制方法的研究
摘要：提高光伏发电效率的一种重要途径是设计自动跟踪的光伏发电系统，本文针对已有的光伏跟踪控制方法的缺陷与不足，考虑到执行电机在转动时间内对太阳位置角度的变化与跟踪误差范围的预测与控制，提出了一种改进型的间歇跟踪控制方法，并通过理论分析与Matlab/Simulink 仿真结果验证了其可行性。
关键字：自动跟踪，间歇跟踪，仿真
Abstract ：A kind of important way to improve the efficiency of PV power generation is to design an automatic tracking system of the PV modules. In this paper, aiming at the defects and shortcomings of the existing tracking control method, an improved intermittent tracking method is proposed, in which the actuating motor’s rotating takes into account of the position changes of the sun angle and the tracking error range in the rotation time. The feasibility is demonstrated by the theoretical analysis and the simulation results.
Key words ：Automatic tracking, intermittent tracking, Simulation
0 引言
太阳能光伏发电产业是当今世界发展速度最迅速的行业之一，为了解决未来能源危机和生态环境恶化，实现可持续发展，世界各国都将光伏发电作为新能源与可再生能源发展中的重点。但目前太阳能光伏发电的一个应用瓶颈就是发电效率低，很大程度上制约了光伏发电的应用和发展。研究发现，在光伏发电系统设计中，光伏组件的安装形式与放置角度对其接收太阳辐射有很大的影响[1-2]。
在光伏电池组件能量转换效率一定的情况下，提高光伏发电效率的一种重要可行的途径是设计光伏组件的自动跟踪。自动跟踪是指太阳升起后根据太阳的高度与方位的变化，调整太阳能光伏组件的偏转角度来跟踪太阳的运行轨迹，使太阳的入射光线尽量垂直照射到太阳能电池板上，从而最大限度地接收太阳辐射能量。据试验得知，同等环境条件下，相同功率的电池组件采用自动跟踪式比固定式安装的光伏发电系统的发电量提高25%以上[3-4]。
1太阳位置计算
太阳能跟踪系统形式多样，根据跟踪方式的不同可以分为光电跟踪与视日运动轨迹跟踪两种方式，在光伏发电跟踪系统中，一般采用视日运动轨迹跟踪。视日运动轨迹是指根据地理位置与实时时间计算出太阳的位置参数，通过计算机控制电机转动，驱动跟踪装置进行轨迹跟踪。地平坐标下，太阳位置可以由高度角与方位角两个量进行描述[5]。
1.1太阳赤纬角
太阳光线与地球赤道面的夹角称为赤纬角，记为δ，一年之内δ始终在±23°27′间进行变化，太阳赤纬角度随时间的变换规律可以根据Cooper 方程[6]来计算：
)365284360sin(45.23n +?
=δ （1）
1.2太阳时角
太阳时角是与时间相关的太阳角度，记为ω。太阳每小时转动15°的经度角，正午时0=ω，每隔一小时增加15°，上午为负，下午为正，可以用式（2）来计算：
??-=15)12(t ω （2） 其中，360060s m h t ++=，h 为当前小时数，m 为分钟，s 为秒钟。实际上，时角是一个与真太阳时有关的物理量，计算真太阳时与当地所在经度有关，但是在光伏跟踪系统中，计算时角所用的太阳时用平太阳时替代，一般不考虑经度对时角所产生的影响。
1.3太阳高度角
太阳高度角为太阳光线与地平面的夹角，记为α，可以用式（3）进行计算：
)cos cos cos sin arcsin(sin ωδ?δ?α+=
（3）
其中，?为地理纬度；δ为太阳赤纬角；ω为太阳时角。
1.4太阳方位角 太阳方位角是指太阳光线在地面上的投影线与南北方向线间的夹角，记为γ，可以用式（4）进行计算：
)cos sin cos arcsin(αωδγ= （4） 其中，α为太阳高度角，?为地理纬度；ω为太阳时角；δ为太阳赤纬角。
由式（3）、（4）可以看出，太阳角度的变化规律与安装地地理纬度与所处时间有关，一年之中不同日期及一天之中不同时间，变化规律都有所不同，具有较强非线性。
2跟踪控制方法
为了获得较好的跟踪效果，减小控制系统的耗能量，光伏发电跟踪系统一般采用间歇型跟踪方法进行控制。间歇跟踪是指执行电机满足一定的条件下，转动到控制系统的指定位置，其余时间内电机保持静止的运动控制方法。
2.1间歇跟踪控制方法的改进
在以往的太阳能跟踪控制系统的设计中，间歇跟踪方法的实现方式大都是这样实现的：电机的运动的前提条件是固定的时间间隔t ?，即执行电机在跟踪时间内，每隔t ?时间转动一次，从而带动跟踪器的水平轴或垂直轴调整到与当前太阳运行所在位置的高度角与方位角保持一致。间隔时间内跟踪系统的跟踪双轴保持固定，而执行电机也保持静止状态，如此往复循环，实现太阳能跟踪系统的间歇控制。然而这种实现方式有两个弊端：首先，它忽略了电机转动过程的时间。无论电机采用匀速运动还是加速运动方式，电机运动到指定位置总是需要一定的执行时间，在这个时间段内，太阳的位置也在变化，因此当电机运动到控制指令发出时太阳所在的位置时，太阳已经运动到另外一个位置上，这就导致了跟踪系统在跟踪范围内一直滞后（正向跟踪时）或一直超前（反向跟踪时）于太阳位置，也就是说，太阳入射到跟踪系统的电池板的入射角会一直大于0°，这在一定程度上
降低了跟踪系统的跟踪效率。其次，跟踪误差范围难以预测与控制。由太阳高度角与方位角的计算公式可知，跟踪系统的双轴的运动规律在不同的时间段是不同的，因此在电机运动的时间内，太阳角度的变化也是不同的，这就导致了当电机运动到指定位置时，跟踪系统的双轴与太阳位置角度之间的差值的变化规律也是不定的，运动过程中的误差就更加难以计算。本文综合考虑光伏发电系统的跟踪系统的精度与能耗的要求，在原有的间歇跟踪方法的基础上，提出了一种改进型的间歇跟踪方法。跟踪控制方法的基本原理如图1所示。
α+i αi
θ+i θi αi 1+i 2+i
图1 跟踪控制方法原理示意图
图中，i θ表示跟踪系统前一时刻所处的位置角度，1+i θ表示电机带动跟踪系统转动之后所处的位置角度，i α与1+i α表示转动前后太阳所处的位置角度，θ?为跟踪系统双轴驱动电机转动的触发条件，即当太阳位置角度与跟踪系统的位置角度差值大于等于θ?时，驱动电机进行转动从而带动跟踪器进行太阳跟踪。考虑到执行电机在转动时间内太阳位置角度的变化，引入跟踪修正量k ，即满足跟踪系统运动的触发条件后，跟踪控制系统驱动执行电机带动角度轴在t ?时间内转动角度量k +?θ的行程，并一直保持到下一次误差大于等于θ?，跟踪时间中重复上述过程，从而实现了跟踪系统的间歇控制方法。每次控制电机多转动k 角度量，既能避免电机的连续转动，造成电能的不必要的损耗，同时也改善了以往间歇跟踪方法的太阳入射到跟踪系统的电池板的入射角会一直大于0°的问题，使跟踪系统静止的时候更多的太阳入射角为零的情况发生，从而对提高太阳能电池板接收的太阳辐射量，提高光伏发电系统的发电量有很大的帮助。
2.2参数讨论
为了确定修正值k ，本文进行如下讨论，电机运动到指定位置时太阳位置角度与跟踪系统的位置角度差值如式（5）所示：
),,()),,((11t t n k t n i i i i ?+-+=-=?++?α?ααθα
（5）
假设忽略电机的转动时间，考虑其极限情况，即t ?趋近与零时，角度的差值如式（6）所示：
k t t n t n k i i t t =?+-+=?→?→?)),,(),,((lim lim 00?α?αα （6）
由上式可以看出，忽略电机转动时间，电机转动到指定跟踪位置时，跟踪系统的位置角度与太阳的角度差值有k =?α，若θ?>k ，这样就满足了跟踪系统执行电机的转动的触发条件，电机便立即开始转动，这样就违背了间歇跟踪方法的设计原则，显然，θ? 3跟踪控制规律仿真分析 3.1控制效果仿真分析 为了验证间歇跟踪方法的可行性，直观跟踪系统的控制效果，下面选取??==?04.32,1?θ，选取典型日期冬至日时采用该间歇跟踪控制方法的跟踪效果进行仿真，仿真过程中忽略电机转动所耗用的时间，即假设0=?t ，并且修正值也取得θ?=k 的极限状态，仿真的采样间隔为144s ，得到冬至日的高度角与方位角的跟踪仿真曲线如图2所示。由于设计中跟踪系统的启动条件为高度角大于或等于20°，从图中仿真曲线还可以明显地看出，跟踪系统的运动轨迹围绕着太阳的运动轨迹变化，并且跟踪时间内，电机运动到指定位置后，等待下一个触发条件的到来时，跟踪系统的位置与太阳位置有完全重合的状态点，随后角度误差逐渐增大，等待下一个电机运动的时刻。同时由图2可以比较出高度角与方位角跟踪规律的区别：高度角的角度正午之前是一直增大的，而正午过后开始减小，变化趋势相对于正午时分对称，正午时高度角变化虽快，但变化的幅度不大，因此其角度变化频率在正午时达到最小，越靠近日出日落时分角度变化的幅度越大，因此电机动作的频率也会加快。而方位角的变化一直为增大趋势，靠近正午时，角度变化加快，电机跟踪频率也加快。 （a ）高度角跟踪曲线 （b ）方位角跟踪曲线 图2跟踪仿真曲线 9101112131415 时间(小时) 9 10 11 12 13 14 15 时间(小时) 方位角(度) 高度角 3.2误差分析 由前面分析可知，改进后的间歇跟踪方法的跟踪误差取决于θ?、k 与电机转速ω，由于仿真时忽略了电机的运行过程，因此跟踪误差曲线走势取决于前两者，跟踪系统运行时误差仿真曲线如图3所示。 （a ）高度角误差曲线 （b ）方位角误差曲线 图3 误差仿真曲线 可以看出，跟踪时间内，跟踪系统双轴的位置角度与太阳位置角度的误差保持在θ?-与θ?之间，并且误差曲线经过0°线。 4结论 通过对采用间歇跟踪方法的跟踪系统的跟踪轨迹仿真曲线与误差仿真曲线的分析，跟踪系统的轨迹曲线与太阳的运动轨迹曲线基本吻合，误差也在可控的范围内，可以证明改进后的间歇控制策略是可行的。在具体的跟踪控制系统的设计中，应综合考虑工程需求与性价比等因素，选取合适的执行电机转动的触发条件θ?、转动角度修正值k 及选取与系统相匹配的电机转速。 参考文献 [1] Mousazadeh H, Keynani A, Javadi A, et al. A review of principle and sun tracking methods for maximizing solar system output [J]. Renewable and sustainable Energy Reviews, 2009, 13(8): 1800-1818. [2] Wenjam S R, Green M A. Applied photovoltaics [M]. Shanghai ：Shanghai jiaotong university press, 2008: 85- 100. [3] 余海.太阳能利用综述及提高其利用率的途径[J].新能源研究与利用，2004，7(3)：34- 37. [4] Salah A. The effect of using sun tracking systems on the voltage current characteristics and power generation of flat plate photovoltaic [J].Energy Conversion and Management, 2004, 45: 1671-1679. 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(2) 3.1 总体设计原则 (3) 3.1.1 视觉美观性 (3) 3.1.2 太阳辐射量 (3) 3.1.3 电缆长度 (4) 3.2 方案设计原理 (4) 第4章光伏系统监控设计 (6) 第5章效益分析 (7) 5.1 发电量计算与节能减排量分析 (8) 5.2 资金投入与效益分析 (10) 第6章某太阳能电源技术有限公司...................................................错误！未定义书签。 6.1 雄厚的集团背景.................................................................................................................. 错误！未定义书签。 6.2 超强的项目管理能力.......................................................................................................... 错误！未定义书签。 6.3 卓越的设计团队.................................................................................................................. 错误！未定义书签。 6.4 “一揽子交钥匙服务”...................................................................................................... 错误！未定义书签。 6.5 增值服务 ............................................................................................................................. 错误！未定义书签。第7章在节能方面为万达服务过的项目 .. (20) 第8章附录《政策分析》 (21) 自动跟踪太阳能光伏发电系统方案 方案需求 ?光伏发电管理急需精细化，降本增效。 ?传统光伏支架未能最大化利用太阳能，无法跟踪光照。 ?光伏板依靠本地维护人员巡检管理，人工成本高，且存在漏检现象。 方案介绍 宇飞太阳能自主研发的自动跟踪太阳能光伏发电系统，是一种能随着太阳角度变化，按照一定的算法，控制太阳能板转动，增加有效受光面积，从而增加电厂发电量带来更高收益的自动化控制系统，可以理解为“向日葵”。 自动跟踪太阳能光伏发电系统其实是一套负反馈控制系统，工控机采集角度传感器信息后，根据当前角度与目标角度的差异，下发控制指令驱动电机带动推拉杆运动使太阳能板旋转，直至采集回来的当前角度与目标角度吻合。 系统组成 自动跟踪太阳能光伏发电系统由：太阳能跟踪支架，太阳能组件，带监控模块的MPPT控制器，蓄电池，逆变器及连接线缆组成。 太阳能跟踪支架规格参数 1、立柱直径：φ220mm 2、立柱高度：650mm 3、安装容量：最大6块450W 4、光伏板倾角：25度角度固定 5、抗风能力：14级，带细钢丝绳斜拉结构； 6、材料：不锈钢材料 7、旋转精度：1度 8、旋转速率：12分钟旋转半圈 9、旋转角度：220度， 10、提高发电量：天气晴好情况下，冬季提高发电量15%；春秋季提高30%；夏季提高45%；综合全年提高25-35%（不同地区发电量提高有区别） 11、控制器电源：12V由光伏板输出供电（或者提供集中12V 直流供电） 12、控制方式：将光伏板固定好，并将追日控制器接好电源线后，天气晴朗条件下旋转立柱自动带着光伏板跟踪太阳；在天阴时，自动转入时控控制状态，每隔5分钟自动旋转1度； 13、而且每个旋转立柱内部都有同步控制系统，确保每台旋转立柱每次旋转的角度完全一致，光伏板以最强光强功率发电。晚上天黑，自动回东。 14、由多个旋转立柱组成的各种规模的光伏电站，由于旋转立柱的东限位位置全部一致，旋转立柱内置机械同步装置，可以确 独立光伏系统的应用及 控制策略探讨 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998 独立光伏系统的应用及控制策略探讨 来源： 一、引言 近年来随着环境污染的不断加剧，环保意识的不断提高，人们对能源和环境问题日益关注，新能源的开发和应用取得了飞速的发展，其中以太阳能在军地的应用最为广泛。太阳能发电在解决边远山区和边防海岛连队供电难题中发挥了很大的作用，尤其是在总部提出构建“生态营区”的要求以后，太阳能同样在部队“生态营区”建设中发挥了重要作用，主要以光伏发电系统和太阳能热水系统为主，包括太阳能景观灯、太阳能路灯、太阳能发电系统、太阳能热水器、太阳能海水淡化系统等，都取得了广泛的应用。 通过对光伏系统在部队应用的广泛调研，分析整理资料和建议，得到三点启示：一是光伏系统在部队的应用会越来越广泛，以解决偏远营区的供电为主，其他多种形式的应用发展迅速；二是独立光伏系统中的能量控制策略过于简单，没有根据系统的容量大小进行具体的设计，造成能量的利用效率较低，储能蓄电池容易失效，运行成本较高；三是实行储能系统的分组充放电，能够有效地提高供电可靠性。 本文将对独立光伏系统在军营中的应用进行研究分析，同时对系统的能量控制策略进行研究，提出一种分组充放电控制策略，为解决光伏系统应用中存在的问题，提供了很好的参考。 二、光伏系统在军营中的应用 随着科学技术水平的不断发展，现在战争对于后勤电力的保障提出了更高的要求，要求我们必须拓展多种供电渠道，研究多种供电保障方式，以满足各种复杂条件下的供电要求；同时由于社会生活水平的不断提高，官兵对于居住环境也有了更高的要求，环保、绿色的军营更能营造一种积极健康的生活形态，同时激发官兵爱岗敬业的意识，而太阳能作为一种绿色能源，正好满足了以上要求。太阳能作为一种清洁、环保、绿色能源，在部队建设中发挥着越来越重要的作用，通过对光伏系统的应用调研，光伏发电在部队主要的应用和意义有以下五个方面： 1．解决了边防和海岛连队的供电保障难题。我军很多驻扎在边防和海岛的连队，以及很多驻地远离大电网的部队营区，基本上都存在着供电保障难的问题。目前，其用电主要是通过自备的发电机（组）来解决。很显然，这一方案存在发电成本较高、噪音大、污染环境、燃料运输成本高等的不足。随着新能源技术的不断发展，改善这些部队平时和战时的供电条件，已经越来越重要，其中以独立光伏发电系统和小型风力发电系统应用最为广泛。建设一个小型的独立光伏电站不但可以解决供电问题，同时可以减少运输燃油的费用，降低对于燃油的依赖。 2．户外独立工作站点的供电。对于各种微波中继站、户外检测点和航海灯塔等户外独立工作设备，常常远离电网，电网的延伸供电困难重重，光伏系统能够很好的解决这类室外工作站点的电源供电问题。 3．在部队“生态营区”建设中应用广泛。部队营区的改造和建设都以生态营区、环保营区、绿色营区为目标，一般都会根据营区所在地的自然环境条件进行新能源项目的论证，主要包括太阳能路灯、太阳能景观灯、光伏发电系统、风力发电等，其中以太阳能景观灯的应用最广泛。 4．为探索后勤供电保障的新方法提供了思路。拓展各种供电渠道，研究多种供电方式，光伏发电系统为现阶段探索后勤供电保障的新方法提供了思路。例如综合应用薄膜太阳能电池和新型储能装置（超级 中南光电 分布式光伏发电接入系统方案 合肥供电公司电力经济技术研究所 二〇一三年四月 审批：审核：编制： 1.工程概况 合肥中南光电有限公司位于合肥市肥东新城经济开发区和平路7号，总用地面积约70亩。该公司主要经营范围是太阳能单晶硅棒、硅片、电池片组件、太阳能光伏系统工程、太阳能电池控制等太阳能系列产品的研发、生产、销售和施工服务。生产厂房于2009年9月建成投产。 该厂区现建设有1座10kV环网柜。该环网柜采用压气式负荷开关，一进三出，保护采用熔断器保护。环网柜电源“T”接在110kV店埠变10kV19开关二水厂线公用线路上，安装630kVA、200kVA变压器各一台，电压等级为10/0.4kV。 合肥中南光电有限公司厂区共计2栋厂房和1个办公楼屋顶建筑面积约20000m2。本工程计划在屋顶安装6120块245w/块太阳能电池组件，设计按每20块组件组成一串，每10或11串接入一个汇流箱，每10个汇流箱接分别入3台直流柜，经3台阳光电源生产的500kW逆变器逆变为交流270V，经1台1000kVA的双分裂变压器及1台500kVA的双绕组变压器升压至10kV，接入厂区本期工程建设的配电房的10kV母线。总装机容量1500千瓦，采用用户侧并网方式。计划于2013年10月建成投运。 2.建设必要性 太阳能发电是绿色、环保、清洁、可再生能源，有利于节约煤炭资源，符合国家产业政策。本工程利用厂房屋顶建设光伏发电示范项目，建成后可就近向合肥中南光电有限公司厂区供电，能有效利用资源和保护环境，经济、社会、环境效益显著。因此，本工程的建设是必要的。 3、接入系统 1）电厂定位 根据电力平衡，本工程定位为用户侧并网太阳能电站，所发电力在合肥中南光电有限公司厂区内就地消化。 2）主要技术原则 (1)本工程接入系统方案应以国家电网公司分布式光伏发电接入系统典型设计、合肥电网现状及规划接线为基础，并与合肥中南光电有限公司厂区内部供电规划相结合。接入系统方案应保证电网和电厂的安全稳定运行，技术、经济合理，便于调度管理。 (2)本工程光伏电站接入系统方案应充分考虑并网太阳能电站的特殊性及其对电网的影响并采取有效的防范措施。本工程接入系统应满足GB／Z 19964《光伏发电站接入电力系统技术 东北电网自动发电控制功能运行管理办法 （试行） 第一章总则 第一条为保障东北电网安全、优质、经济、稳定运行，加强电网统一调度和运行管理，提高发电机组自动发电控制功能调节性能，结合东北电网机组的实际情况，制定本办法。 第二条自动发电控制（以下简称“AGC”）是指发电机组在规定的出力调整范围内，跟踪电力调度指令，按照一定调节速率实时调整发电出力，以满足电力系统频率和联络线功率控制要求的服务。 第三条并网发电厂单机容量20万千瓦及以上火电机组和单机容量4万千瓦及以上非径流式水电机组应具备AGC 功能。 第四条发电厂应保证发电机组AGC设备的正常运行，未经上级调度许可不得擅自退出并网发电机组的AGC功能。 第五条调度机构按照调度管辖范围负责所辖发电机组AGC功能运行管理及考核的具体实施工作，具体按照东北电监局《东北区域发电厂并网运行管理实施细则（试行）》和《东北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则（试行）》（以下简称“两个《实施细则》”）进行考核和补偿。 第六条本办法以调度机构自动化系统采集的实时数 据和当班调度员值班记录为评价依据。 第七条本办法适用于并入东北电网的所有发电机组。 第二章 AGC功能运行管理 第八条各级调度机构根据电网实际运行情况，遵循“按需调用”的原则，选择调用发电机组AGC功能，并确认发电机组AGC运行方式。发电厂应根据上级调度机构当班调度员的指令投入和退出AGC装置。 第九条发电机组AGC调节容量应达到机组额定容量的50％。 第十条发电机组AGC调节性能应满足以下要求： 1、采用直吹式制粉系统的火电机组： AGC调节速率不小于每分钟1.0%机组额定有功功率； AGC响应时间不大于60s； AGC调节精度为±2%。 2、采用中储式制粉系统的火电机组： AGC调节速率不小于每分钟2%机组额定有功功率； AGC响应时间不大于40s； AGC调节精度为±2%。 3、水电机组： AGC调节速率不小于每分钟20%机组额定有功功率； AGC响应时间不大于20s； 光伏并网发电系统控制策略 能源危机和环境保护使大规模地开发利用可再生清洁能源受到人们的关注。太阳能储量的无限性、开发利用的洁净性以及逐渐显露出来的经济性等优势,使它的开发利用成为人类理想能源的替代能源。太阳能将会成为21世纪后期的主导能源。高性能的数字信号处理器芯片(DSP)的出现,使得一些先进的控制策略应用于光伏并网逆变器的控制成为可能。本文的主要内容:1.首先分析了光伏并网逆变器的结构和控制策略,本文使用改进的固定开关频率SPWM电流控制策略,较好地实现了并网逆变器的单位功率因数正弦电流输出控制。本文还使用状态空间平均法对并网逆变器进行了建模分析,然后使用MATLAB中的Simulink工具进行了系统仿真。通过仿真给具体的硬件设计提供了有效的帮助。2.最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking)控制问题是光伏系统中经常遇见的问题。本文详细地分析了常用的几种MPPT控制方案,提出了新型MPPT控制算法。然后重点论述了本文设计的两级变换结构光伏并网逆变器MPPT 控制的实现过程。通过理论分析和具体实验,提出了对于两级变换结构的光伏并网逆变器使用DC-AC逆变器部分实现MPPT控制的控制方式。最后通过实验验证了本文提出的两级变换结构光伏并网逆变器MPPT控制方法的正确性。3.首先设计了系统的硬件电路,包括参数的选择,器件的选型等,然后又对基于DSP芯片的单相光伏并网系统进行了软件设计。在介绍了系统的硬件资源分配后,给出了系统软件的总体设计,给出了系统的流程图。4.最后给出了系统的实验结果,实验结果对实际控制过程中控制参数的选取提供的帮助。 同主题文章 [1]. 陈厚岩,许洪华. 3kW光伏并网逆变器' [J]. 可再生能源. 2005.(03) [2]. 焦在强,许洪华. 单级式并网光伏逆变器' [J]. 可再生能源. 2004.(05) [3]. 王飞,余世杰,苏建徽,沈玉梁. 采用最大功率点跟踪的光伏并网逆变器研究' [J]. 电力电子技术. 2004.(05) [4]. 杨伟昕,肖岚. 一种宽范围输入的光伏并网逆变器' [J]. 佳木斯大学学报(自然科学版). 2009.(06) [5]. 李进国,金新民. 小功率光伏并网逆变器控制系统的设计' [J]. 北方交通大学学报. 2003.(02) [6]. 雷珽,艾芊. 光伏并网策略及应用研究' [J]. 低压电器. 2010.(02) 光伏发电示范项目系统设计建议书 示范项目名称：XXXXXXXXX示范项目 二〇一〇年十月 目录 第1章项目概况 (1) 1.1 项目地理情况 (1) 1.1.1 地理位置 (1) 1.1.2 供电要求 (1) 1.2 项目建筑类型（BIPV） (2) 第2章一般光伏发电系统的价格构成...............................................错误！未定义书签。第3章光伏并网发电系统设计原则与原理. (2) 3.1 总体设计原则 (3) 3.1.1 视觉美观性 (3) 3.1.2 太阳辐射量 (3) 3.1.3 电缆长度 (4) 3.2 方案设计原理 (4) 第4章光伏系统监控设计 (6) 第5章效益分析 (7) 5.1 发电量计算与节能减排量分析 (8) 5.2 资金投入与效益分析 (10) 第6章某太阳能电源技术有限公司...................................................错误！未定义书签。 6.1 雄厚的集团背景.................................................................................................................. 错误！未定义书签。 6.2 超强的项目管理能力.......................................................................................................... 错误！未定义书签。 6.3 卓越的设计团队.................................................................................................................. 错误！未定义书签。 6.4 “一揽子交钥匙服务”...................................................................................................... 错误！未定义书签。 6.5 增值服务 ............................................................................................................................. 错误！未定义书签。第7章在节能方面为万达服务过的项目 .. (20) 第8章附录《政策分析》 (21) 光伏发电原理及发电系统简介 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。 一、光伏效应 如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子-空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。 通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5~0.6V。通过光照在界面层产生的电子-空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。 二、原理 太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。 太阳能发电有两种方式，一种是光-热-电转换方式，另一种是光-电直接转换方式。 (1)光-热-电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光-热转换过程;后一个过程是热-电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍。 (2)光-电直接转换方式该方式是利用光伏效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光-电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用;与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。 三、系统组成 光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等设备组成。 1、电池方阵 4000W屋顶光伏发电系统方案说明书一、系统方案 （一）光伏发电简介 光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件。 光伏发电系统分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统 （1）独立光伏发电系统 独立光伏发电也叫离网光伏发电。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统，太阳能户用电源系统，通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统 （2）并网光伏发电系统 并网光伏发电就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。 （二）背景与系统介绍 （1）背景 一市家庭用户，屋面类型为水泥屋面。主要电器设备为一盏功率为60W普通照明灯和一台功率为300W电视机。 （2）用电量分析 电灯和电视机每天平均使用5小时，每天用电量为：（60W+300W）x 5h=1800Wh（即1.8度）,考虑到特殊情况的每天最大用电量为2.5度电。 （3）装机容量的确定 据气象数据统计，最续阴雨天气为3天，光伏发电在阴雨天连续提供的电量应达到：（3+1）X 2.5=10（度），因此本光伏发电系统的 装机容量设定为4000W，4000W的光伏发电系统日均发电量约11.2度，用户电器按每天运行5小时计算，可满足其正常使用4天。 （4）系统介绍 根据用户用电情况本工程选用离网光伏发电系统。 离网光伏发电系统构成：由太阳能电池组件、光伏控制逆变一体机、蓄电池组、交流配电柜、接地系统、电缆等组成。 电池组件方阵 在有光照情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，即“光生伏特效应”。在光生伏特效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，。太阳能电池一般为分为单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。 蓄电池组 蓄电池的作用是贮存太阳能电池方阵发出的电能并可随时向负 分类号：____________ 密 级：______________ ＵＤＣ：____________ 单位代码：______________ 安徽工业大学 硕士学位论文 论文题目：户用太阳能光伏发电系统的研究 学 号：_________________________ 作 者：_________________________ 专 业 名 称：_________________________ 2010年06 月10日 电力电子与电力传动 20070043 张高玉 安徽工业大学硕士学位论文 论文题目： Research on Residential Photovoltaic System 作 者： 学院： 指 导 教 师： 单位： 协助指导教师： 单位： 单位： 论文提交日期：2010年 06月 10日 学位授予单位：安 徽 工 业 大 学 安徽马鞍山243002 户用太阳能光伏发电系统的研究 张高玉 电气信息学院 郑诗程 安徽工业大学 安徽工业大学 安徽工业大学 汪小平 武卫华 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安徽工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 签名日期：____________ 关于论文使用授权的说明 本人完全了解安徽工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文,保密的论文在解密后应遵循此规定。 签名导师签名日期：____________ 东北电网自动发电控制功能运行管理办法（试行） 第一章总则 第一条为保障东北电网安全、优质、经济、稳定运行，加强电网统一调度和运行管理，提高发电机组自动发电控制功能调节性能，结合东北电网机组的实际情况，制定本办法。 第二条自动发电控制（以下简称“AGC”）是指发电机组在规定的出力调整范围内，跟踪电力调度指令，按照一定调节速率实时调整发电出力，以满足电力系统频率和联络线功率控制要求的服务。 第三条并网发电厂单机容量20万千瓦及以上火电机组和单机容量4万千瓦及以上非径流式水电机组应具备AGC功能。 第四条发电厂应保证发电机组AGC设备的正常运行，未经上级调度许可不得擅自退出并网发电机组的AGC功能。 第五条调度机构按照调度管辖范围负责所辖发电机组AGC功能运行管理及考核的具体实施工作，具体按照东北电监局《东北区域发电厂并网运行管理实施细则（试行）》和《东北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则（试行）》（以下简称“两个《实施细则》”）进行考核和补偿。 第六条本办法以调度机构自动化系统采集的实时数 据和当班调度员值班记录为评价依据。 第七条本办法适用于并入东北电网的所有发电机组。 第二章 AGC功能运行管理 第八条各级调度机构根据电网实际运行情况，遵循“按需调用”的原则，选择调用发电机组AGC功能，并确认发电机组AGC运行方式。发电厂应根据上级调度机构当班调度员的指令投入和退出AGC装置。 第九条发电机组AGC调节容量应达到机组额定容量的50％。 第十条发电机组AGC调节性能应满足以下要求： 1、采用直吹式制粉系统的火电机组： AGC调节速率不小于每分钟1.0%机组额定有功功率； AGC响应时间不大于60s； AGC调节精度为±2%。 2、采用中储式制粉系统的火电机组： AGC调节速率不小于每分钟2%机组额定有功功率； AGC响应时间不大于40s； AGC调节精度为±2%。 3、水电机组： AGC调节速率不小于每分钟20%机组额定有功功率； AGC响应时间不大于20s； 大型光伏电站无功电压控制策略 周林邵念彬 （重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆 400030） 摘要:对于大型光伏电站有功出力的波动不仅会造成并网点电压越限也会造成电站内部局部电压过高导致保护动作使得逆变器脱网。分析了光伏电站并网点电压及站内各光伏发电单元并网电压的影响因素提出了一种考虑站内电压分布的大型光伏电站无功电压控制策略。该控制方法通过实时检测并网点电压与参考值比较，并通过PI控制器自动获取维持并网点电压所需的无功需求量实现并网点电压的动态调节通过实时调节逆变器的无功输出实现站内电压均匀分布。应用灵敏度的分析方法表示无功与电压间的关系给出了PI控制器参数的设计过程并将以站内电压均匀分布为目标的无功优化问题转化为可以快速准确求解的带约束条件的非线性规划模型，对该模型进行求解计算出无功补偿装置及各组光伏发电单元的无功参考量在保证并网点电压稳定的基础上改善站内电压分布保证光伏电站的稳定运行。最后通过仿真计算验证了该控制策略的正确性和可行性。 关键词：光伏；发电；大型光伏电站；电压波动；无功控制；电压控制；灵敏度；电压分布 中图分类号：TM 615 文献标识码：ADOI：10.16081／j.issn.1006－6047.2016.04.018 0引言 近年来随着光伏产业迅速发展，系统成本不断降低，光伏并网技术逐渐成熟，建设大型并网光伏电站成为大规模利用太阳能的有效方式［1］。不同于分布式光伏发电，大型光伏电站多建立在荒漠地区，当地负荷水平较低，所接入地区电网的短路容量较小，大量的光伏电力需要高压长距离输电线路外送［2-3］。由于光伏发电受光照影响较大，光照的波动会引起有功输出的波动，从而导致并网点电压波动甚至越限［4］，因此大型光伏电站必须具备无功电压控制能力［5］。 目前针对光伏电站电压控制的研究多集中在分布式发电领域。分布式光伏发电的调压方式主要有利用储能装置［6 - 7］、无功补偿装置、逆变器无功功率控制［8］。储能装置可以平抑有功波动但会增加系统成本，且控制复杂；无功补偿装置调压忽略了逆变器的无功输出能力；逆变器无功功率控制主要针对本地负载的无功补偿，不能实现光伏电站的无功独立控制。此外，德国电气工程师协会提出了适用于分布式光伏发电的4种无功控制策略：恒无功功率Q 控制、恒功率因数cos φ控制、基于光伏有功出力的cosφ（P）控制及基于并网点电压幅值的Q（U）控制策略［9］。但这4 种控制策略仅针对单台逆变器，并不适用于大型光伏电站。 不同于分布式光伏发电，大型光伏电站内部无功源包括逆变器和无功补偿装置，因此大型光伏电站的无功电压控制必然涉及逆变器与无功补偿装置以及各逆变器的协调控制。文献［10］提出了以并网点电压以及并网点功率因数为控制目标的控制策略；文献［11］将大型光伏电站内部的无功源分为3层，提出了3层无功控制策略。但以上文献都只针对并网点电压进行控制，未研究电站内部的电压分布情况。 大型光伏电站通常由多组光伏发电单元PVGU（PV Generation Unit）组成，每组PVGU 分别通过升压变压器汇入送端配电站，然后以相应的电压等级实现远距离高压交流输电［12］。虽然目前尚无规范对站内PVGU并网电压做出具体规定，但由于站内集电线路的存在，随着有功出力的增加，可能会导致线路末端PVGU 电压过高，从而导致保护装置动作，使得 某学校 512K分布式光伏发电系统设计方案2013年10月10日 项目编号：XXX 目录 1工程概述 (3) 1.1工程名称 (3) 1.2 地理简介 (3) 1.3 气象资料 (3) 2太阳能并网发电系统介绍 (4) 2.1 太阳能并网发电系统工作原理 (4) 2.2 主要组成设备介绍 (4) 3方案设计 (5) 3.1 设计依据 (5) 3.2 设计原则 (5) 3.3 系统选型设计 (6) 3.4 主要设备的选型说明 (6) 3.4.1电池组件 (6) 3.4.2 组件结构图 (7) 3.4.3 并网逆变器 (8) 3.4.4 并网逆变器规格 (9) 4发电量估算 (10) 5系统的社会效益 (10) 5.1社会效益(25年) (10) 6设备材料清单及造价一览表（此报价含税不含物流费用） (11) 7工程业绩表及典型工程 (11) 8合利欧斯优势 (16) 8.1 与保利协鑫（GCL）的合作 (16) 8.2 与河北**的的合作 (17) 1工程概述 1.1工程名称 河南**外国语学校512kW户用分布式光伏发电项目。 1.2 地理简介 郑州位于东经112°42'-114°13' ，北纬34°16'-34°58'，东西宽166公里，南北长75公里，总面积约为7446.2平方公里，其中市区面积约1010．3平方公里，山地面积约2377平方公里，水面面积约11.4平方公里。郑州市属北温带大陆性季风气候，冷暖适中、四季分明，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季晴朗日照长，冬季寒冷少雨。郑州市冬季最长，夏季次之，春季较短。统计资料表明郑州市的平原和丘陵地区春季开始的时间大致在3月27日，终止于5月20日，历时55天；夏季开始于5月21日，终止于9月7日，历时110天；秋季开始于9月8日，终止于11月9日，历时63天；11月10日至次年的3月26日为冬季，长达137天。处于西部浅山丘陵区的荥阳、巩义、新密和登封四市，年平均气温在14～14.3℃之间。郑州年平均降雨量640.9毫米，无霜期220天，全年日照时间约2400小时。 1.3 气象资料 气象资料以NASA数据库中郑州气象数据为参考。 表1 气象资料表 太阳能光伏发电系统的控制问题研究 摘要：由于目前我们国家对于太阳能光伏发电的系统利用程度变得越来越高， 我们在进行光伏发电系统的使用过程当中，就必须加强对该系统关键问题的研究。因为在太阳能光伏发电系统的使用过程当中，如果不能够加强对他关键问题的研 究的话，那么就会导致出现很多的意外情况，这对于促进我们国家太阳能光伏发 电系统的改进具有一个十分重要的影响，所以说文章的下面，我们就针对太阳能 光伏发电系统控制问题进行一个全面的分析调查。 关键词：太阳能光伏发电系统；控制问题；研究分析 1.前言 根据目前我们国家对太阳能光伏发电系统的利用程度，我们可以看出我们对 太阳能光伏发电系统的依赖程度正在不断的加大，所以说如何才能够更好的将这 种技术真正的融入到我们国家供电系统当中，是我们目前所要研究的一个重要的 问题，所以说文章的下面，我们就针对太阳能光伏发电系统控制的主要的问题进 行了情况。通过我们对该方面主要问题的分析研究，能够更好的了解到目前太阳 能光伏发电系统控制问题的主要的情况，对于促进我们国家日后技术的改进又有 一个十分重要的帮助作用。 2.太阳能光伏发电系统在使用时主要的不足 要想能够更好的对一个事物，它的发展过程当中遇到的问题进行全面的分析 的话，我们就需要对他目前所存在的主要的不足进行全面的调查，这样的话才能 更好的促进该事物的发展，所以说文章下面我们就真对目前光伏发电并网电网过 程当中存在的主要的不足，进行全面的分析通过对问题的分析才能更好的提出解 决方案。所以文章的下面我们就通过两个方面来对太阳能光伏发电当中存在的主 要的不足进行详细的分析。 2.1光伏电池容易出现问题 首先在文章当中我们要介绍的太阳能光伏发电系统在使用时的主要不足，就 是光伏电池容易出现很多的问题。由于太阳能光伏发电系统在建立的过程当中， 光伏电池是一个十分重要的组成部分，所以说它对于整个系统的使用来说，就有 一个十分重要的作用，因此我们首先通过对光伏电池容易出现的问题进行一个全 面的数据分析来更好的了解提升太阳能光伏发电系统的办法。由于光伏电池在建 设的过程当中，我们国家的科学技术还不能达到更高的一个要求，所以说它在使 用的过程当中很容易出现很多的问题，这对于我们国家该系统的使用过程当中就 会产生很多的问题，因此光伏电池技术的改进是保障太阳能光伏发电系统质量提 升的一个十分重要的关键因素，所以说光伏电池的使用过程当中会受到各种因素 的影响，我们如何才能够更好的针对这些因素。提出更加科学合理的解决方案， 目前我们对该技术发展的十分重要的一个帮助作用，所以说太阳能光伏发电系统 过程当中存在的一个主要的不足就是光伏电池容易出现问题，这也是一个最重要 的原因，通过对光伏电池的分析影响才能够更好的帮助我们国家该技术日后的发展。 2.2其他的关键部位也会出现很多问题 由于该系统它在建立的过程当中最主要的构成部分是光伏电池，但是他在具 体的工作过程当中，还是有很多其他关键的部位进行协同工作的，所以说我们还 需要对其他的关键部位进行一个详细的分析与调查，因为其他的关键不在使用的 过程当中，如果出现了很严重的问题，那么也会影响整个系统的使用。因此要想太阳能自动跟踪系统的设计
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