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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 家用多功能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 該作品是基于家庭用電而設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，是一款集光伏并網(wǎng)發(fā)電、遠(yuǎn)程通信、不間斷供電技術(shù)、家庭用電管理及智能控制五位一體的家用并網(wǎng)發(fā)電裝置。系統(tǒng)采用高性能的不間斷供電方案、可實(shí)現(xiàn)并、離網(wǎng)的自動(dòng)切換；通過(guò)對(duì)電能的存蓄和轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)能量的最優(yōu)利用；系統(tǒng)接受遠(yuǎn)程調(diào)度指令，可組成大容量分布式發(fā)電系統(tǒng)。 本作品是教育部“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)091053620）研究成果。
- 詳細(xì)介紹：
- 工作原理： 本作品是針對(duì)家庭用電情況設(shè)計(jì)的實(shí)用家庭用電的一套新型并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備。系統(tǒng)應(yīng)用電力電子技術(shù)，采用FPGA為核心控制器，由光伏電池板、功率變換主電路、控制電路、蓄電池充放電電路和無(wú)線通信模塊組合而成，以并網(wǎng)逆變器為基礎(chǔ)，嵌入微處理器軟核，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電的多方案、全自動(dòng)及智能化控制。 系統(tǒng)特點(diǎn)： 1. 研究逆變及并網(wǎng)算法，降低并網(wǎng)諧波，減小開(kāi)關(guān)損耗，使系統(tǒng)具有92%以上較高轉(zhuǎn)換效率； 2. 設(shè)計(jì)自尋優(yōu)MPPT功率跟蹤算法，實(shí)現(xiàn)光伏電池最大功率跟蹤； 3. 新型并網(wǎng)方案，通過(guò)對(duì)頻率與相位的準(zhǔn)確跟蹤，實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊并網(wǎng)； 4.具有孤島檢測(cè)、自動(dòng)并網(wǎng)控制功能，應(yīng)用故障檢測(cè)與故障排除后系統(tǒng)自主恢復(fù)程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能控制與保護(hù)； 5.良好的人機(jī)交互界面，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的輸入輸出功率，電池容量，統(tǒng)計(jì)輸送電量，也可方便地設(shè)定系統(tǒng)工作模式以及系統(tǒng)參數(shù)； 6.設(shè)計(jì)通信電路，應(yīng)用電力線載波通信方式，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可通過(guò)電力線對(duì)其遠(yuǎn)程控制，只需要一臺(tái)控制設(shè)備便可對(duì)所有連接在同一輸電線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，組成大容量的分布式發(fā)電系統(tǒng)； 7.采用不間斷供電技術(shù)，當(dāng)電網(wǎng)意外斷電時(shí)，仍然可以向家庭用電網(wǎng)絡(luò)供電，同時(shí)斷開(kāi)與電網(wǎng)的并網(wǎng)，消除孤島效應(yīng)；在電網(wǎng)恢復(fù)電力供應(yīng)時(shí)，系統(tǒng)能夠在帶負(fù)載條件下快速跟蹤電網(wǎng)相位，并入點(diǎn)恢復(fù)系統(tǒng)與電網(wǎng)的并網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)兩次過(guò)度保護(hù)； 8.通過(guò)蓄電池對(duì)電能的儲(chǔ)蓄和轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)最優(yōu)算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭用電的統(tǒng)一管理及合理分配，同時(shí)能夠在一定程度上減小用電高峰期的電網(wǎng)壓力。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的與意義： 隨著新生能源開(kāi)發(fā)利用，光伏并網(wǎng)的市場(chǎng)前景將更加廣闊，光伏發(fā)電也將朝著普及化的方向發(fā)展，分布式并網(wǎng)發(fā)電即將成為光伏發(fā)電的主流，因此一種真正適用家庭用電的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備也將成為更多用戶(hù)的選擇。 基本思路： 該作品為一款適合家庭用電的發(fā)電設(shè)備，系統(tǒng)可集成家庭用電網(wǎng)絡(luò)的智能管理及控制，高性能不間斷供電方案，也可以利用多個(gè)的發(fā)電設(shè)備組建分布式發(fā)電網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)具備智能化自動(dòng)運(yùn)行能力，無(wú)需專(zhuān)業(yè)操作技能，管理方便，性能穩(wěn)定。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1）系統(tǒng)能夠全自動(dòng)智能化運(yùn)行，根據(jù)用電情況自動(dòng)分配電能，并調(diào)節(jié)蓄電池的電量?jī)?chǔ)備，無(wú)需人工控制與調(diào)度； 2）孤島保護(hù)與不間斷供電方案：系統(tǒng)在檢測(cè)孤島效應(yīng)時(shí)控制并網(wǎng)繼電器動(dòng)作斷開(kāi)與電網(wǎng)的連接，系統(tǒng)自動(dòng)過(guò)度到逆變工作方式，持續(xù)向負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭用電網(wǎng)絡(luò)的不間斷供電。 3）具有二次并網(wǎng)能力。 4）具有遠(yuǎn)程通信功能，系統(tǒng)應(yīng)用電力線載波通信方式，無(wú)需額外的通信線即可接收控制命令。 技術(shù)關(guān)鍵： 1）應(yīng)用擾動(dòng)爬升法的最大功率跟蹤算法。 2）基于FPGA的并網(wǎng)逆變及鎖相環(huán)技術(shù)。 3）二次并網(wǎng)過(guò)程移相控制對(duì)負(fù)載端供電性能研究。 4）半雙工電力線載波通信研究。 技術(shù)指標(biāo)： 1）孤島檢測(cè)相應(yīng)時(shí)間<0.5s 2）并網(wǎng)逆變器工作效率，500w條件>91.5% 3）最大功率跟蹤理論精度：5w 4）采用半雙工電力線載波通信，通信距離>400m 5)具有電池電量檢測(cè)，過(guò)流過(guò)壓過(guò)熱保護(hù)功能。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 技術(shù)科學(xué)性和進(jìn)步性： 目前我國(guó)光伏并網(wǎng)一般應(yīng)用在較大型的系統(tǒng)上，在小功率并網(wǎng)逆變器的研究上投入較少，技術(shù)并不完善，缺少較好的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，很多并網(wǎng)逆變器都需要專(zhuān)業(yè)技能才能操作和管理，因此很難使光伏發(fā)電得到普及化的推廣使用。在光伏發(fā)電領(lǐng)域，并網(wǎng)逆變算法、孤島檢測(cè)及保護(hù)、最大功率跟蹤等技術(shù)研究較早，也比較成熟。但是對(duì)帶蓄電池并網(wǎng)系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化管理，系統(tǒng)智能化運(yùn)行控制，以及光伏發(fā)電與新型不間斷供電的結(jié)合等方面研究較少，而做為一款家用光伏發(fā)電系統(tǒng)，這些技術(shù)非常重要。 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的家用多功能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是基于家庭用電而設(shè)計(jì)的多功能太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，是一款集光伏并網(wǎng)發(fā)電、遠(yuǎn)程通信控制、家庭用電管理、不間斷電技術(shù)及智能控制為一體的家用并網(wǎng)發(fā)電裝置。系統(tǒng)擁有并網(wǎng)、離網(wǎng)及不間斷供電多種工作方式，改變了以往光伏并網(wǎng)發(fā)電的單一工作模式。同時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)管理運(yùn)行和人性化管理界面，無(wú)需專(zhuān)業(yè)操作人員，這極大提高了該系統(tǒng)的應(yīng)用人群，促進(jìn)光伏發(fā)電事業(yè)的普及化。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年，通過(guò)校級(jí)、省級(jí)審核申請(qǐng)為國(guó)家創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目； 2010年參加校級(jí)電子設(shè)計(jì)比賽獲得特等獎(jiǎng)； 2011年參加校級(jí)電子設(shè)計(jì)比賽獲得特等獎(jiǎng)； 2011參加省挑戰(zhàn)杯科技比賽獲得省二等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 該項(xiàng)目已經(jīng)完成開(kāi)發(fā)，準(zhǔn)備投入生產(chǎn)
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 委托開(kāi)發(fā) 技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 錄像 樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明： 本套裝置以太陽(yáng)能電池板的直流作為輸入（額定輸入電壓50v、20A），負(fù)載輸出接家用用電網(wǎng)絡(luò)，并網(wǎng)輸出接交流220v市電網(wǎng)絡(luò)即可工作。該系統(tǒng)工作頻率50hz電壓AC220v，額定功率1kw。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 1. 采用逆變及并網(wǎng)算法，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率高達(dá)91%。 2. 應(yīng)用高性能不間斷供電方案，避免意外斷電造成的損失。 3. 設(shè)計(jì)通信電路，可組成大容量的分布式發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力資源遠(yuǎn)程調(diào)度； 4. 良好的人機(jī)交互界面，操作便捷簡(jiǎn)單，管理方便。 適應(yīng)范圍及應(yīng)用前景： 適應(yīng)于廣大的家庭用戶(hù)，特別是邊遠(yuǎn)城市和偏僻的無(wú)電人群，也可作為手機(jī)通信基站、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和計(jì)算機(jī)設(shè)備UPS。 推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明： 本作品重點(diǎn)研究光伏并網(wǎng)發(fā)電、帶蓄電池并網(wǎng)系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化管理及系統(tǒng)智能化運(yùn)行控制，符合智能家居和國(guó)內(nèi)智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，擁有廣闊的應(yīng)用前景，可產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 光伏并網(wǎng)發(fā)電起始于80年代初，歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。它有效消除了傳統(tǒng)電能生產(chǎn)方式對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)也成為電網(wǎng)電能的一個(gè)重要來(lái)源。1979年，美國(guó)太陽(yáng)聯(lián)合設(shè)計(jì)公司在能源部的支持下，研制出了面積為0.9*1。8M的大型光伏組件，建造了戶(hù)用屋頂光伏試驗(yàn)系統(tǒng)，印度、馬來(lái)西亞、泰國(guó)、越南等發(fā)展中國(guó)家也都有國(guó)家的家用光伏發(fā)展計(jì)劃。 隨著光伏期間價(jià)格不斷下降及國(guó)家相關(guān)政策的支持，國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)迎來(lái)了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期，它急需一種性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)。根據(jù)調(diào)研的情況，現(xiàn)階段，我國(guó)已經(jīng)研制出一系列的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，性能優(yōu)良，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)。但目前我國(guó)建設(shè)和投入的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)大多是在西部的邊遠(yuǎn)地區(qū)建立的獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)，例如西藏措勤縣20KW光伏電站、西藏阿扎縣50Kw光伏電站，但小功率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用并未普及。 家用多功能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)靈活性和經(jīng)濟(jì)性都大大優(yōu)于大型的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，有利于普及。家用多功能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用國(guó)外開(kāi)發(fā)可調(diào)度性并網(wǎng)系統(tǒng)，在控制上網(wǎng)時(shí)間的基礎(chǔ)上提高了電網(wǎng)調(diào)峰效率，克服了不可調(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)不能夠控制上網(wǎng)時(shí)間，調(diào)峰使用效果較差的缺陷。且調(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)要求逆變器同時(shí)具有獨(dú)立工作和并網(wǎng)工作兩種模式，具有更大的靈活性， 提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率是光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。家用多功能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用FPGA配合D/A轉(zhuǎn)換和MOSFET功率管實(shí)現(xiàn)SPWM正弦脈寬調(diào)制，電流同步跟蹤，并網(wǎng)逆變/獨(dú)立逆變的切換控制等功能，提高了整套裝置的效率。系統(tǒng)中DC—DC、DC—AC功率電路的設(shè)計(jì)，保證并網(wǎng)電路90%以上的工作效率，克服了光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率低的缺陷。 目前，市場(chǎng)上光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要集中于孤島技術(shù)、最大功率跟蹤及并網(wǎng)電流的檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)。家用多功能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用最基本的獨(dú)立運(yùn)行或并網(wǎng)發(fā)電兩種模式及最大功率跟蹤電路等常規(guī)技術(shù)外，集光伏并網(wǎng)發(fā)電、遠(yuǎn)程通信控制、家庭用電管理、不間斷光電技術(shù)多種功能于一體。系統(tǒng)一方面可向安裝用戶(hù)供電，另一方面能夠檢測(cè)用戶(hù)的用電及發(fā)電情況，通過(guò)系統(tǒng)對(duì)電能的存蓄和輸出，設(shè)計(jì)最優(yōu)算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭用電的統(tǒng)一管理及合理分配，同時(shí)能夠在一定程度上減小用電高峰期的電網(wǎng)壓力，是一種實(shí)用的家用并網(wǎng)發(fā)電裝置。
