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基本信息

項(xiàng)目名稱：
光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
提出一種單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)由光伏并網(wǎng)逆變器和光伏電池模擬電源組成。光伏并網(wǎng)逆變器為核心部件，起作用是將光伏電池輸出的直流電能逆變成交流電能，直接輸送到電網(wǎng)。為方便開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)了一種光伏電池模擬電源。通過(guò)小功率的光伏電池和特性匹配電路的控制，大功率開(kāi)關(guān)電源可實(shí)現(xiàn)光伏電池輸出特性。
詳細(xì)介紹：
光伏發(fā)電屬于清潔的可再生能源，發(fā)展光伏發(fā)電技術(shù)并使其得到廣泛的應(yīng)用對(duì)于緩解常規(guī)能源的短缺和減少環(huán)境污染具有重要作用，已為國(guó)際社會(huì)所公認(rèn)。本項(xiàng)目——光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其功能是將太陽(yáng)能電池陣列輸出的電能轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)同頻同相的交流電能，并入電網(wǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)演示裝置包括光伏特性模擬電源和并網(wǎng)逆變器（含人機(jī)交互界面）。前者作用是模擬太陽(yáng)能電池陣列輸出的電能特性，便于室內(nèi)環(huán)境的作品展示和研究開(kāi)發(fā)。后者是本項(xiàng)目的核心部件，主電路采用帶隔離變壓器的單相逆變電路結(jié)構(gòu)，控制核心為DSP TMS320F2406A，通過(guò)逆變器能夠?qū)⒐夥姵仃嚵休敵龅闹绷麟娔苣孀兂山涣麟娔?，直接輸送到電網(wǎng)。 本項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在控制芯片的控制算法上。通過(guò)采用創(chuàng)新的輸出電流控制算法，使并網(wǎng)逆變器輸出高質(zhì)量的正弦波電流；通過(guò)最大功率跟蹤控制，使光伏電池始終工作在最大功率點(diǎn)上，提高了能源利用率；通過(guò)孤島效應(yīng)檢測(cè)方法，使并網(wǎng)逆變器能有效識(shí)別電網(wǎng)的異常故障狀態(tài)，并及時(shí)從電網(wǎng)斷開(kāi)。

作品專業(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：本作品在研究方向上響應(yīng)了國(guó)家關(guān)于“節(jié)能減排、綠色經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展政策。研發(fā)該作品的目的是為了減少不可再生資源的消耗和環(huán)境污染，進(jìn)一步推動(dòng)綠色能源行業(yè)的發(fā)展。 基本思路：本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。核心部件并網(wǎng)逆變器主電路采用單相橋式逆變電路結(jié)構(gòu)，輸出端帶工頻變壓器。并網(wǎng)逆變器主電路功率開(kāi)關(guān)器件在控制系統(tǒng)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制下，將光伏電池輸出的直流電壓逆變成正弦脈沖寬度調(diào)制電壓，該電壓經(jīng)過(guò)濾波電感和濾波電容濾波濾除高頻紋波后，產(chǎn)生高質(zhì)量的正弦波電流，該正弦波電流經(jīng)過(guò)工頻變壓器隔離后直接注入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。 創(chuàng)新點(diǎn)：（1）并網(wǎng)逆變器輸出電流控制采用由比例控制和重復(fù)控制構(gòu)成的復(fù)合控制算法，使輸出電流諧波總含量小于5%（額定功率）； （2）通過(guò)可調(diào)直流電源、電燈、小功率光伏電池和特性匹配電路構(gòu)成模擬光伏電池真實(shí)特性的電源。 技術(shù)關(guān)鍵： 通過(guò)控制模塊的算法程序控制，使并網(wǎng)逆變器輸出高質(zhì)量的交流電，實(shí)現(xiàn)最大的光能轉(zhuǎn)換，并使系統(tǒng)及時(shí)檢測(cè)到孤島效應(yīng)從電網(wǎng)中斷開(kāi)是本作品的技術(shù)關(guān)鍵。 主要技術(shù)指標(biāo)： 直流側(cè)工作電壓范圍：450V~290V； 額定輸出功率：5kW； 輸出電流諧波總含量：<5%； 最大效率：94%； 適應(yīng)電網(wǎng)電壓：220V/50Hz（單相）。 光伏電池特性模擬電源： 最大輸出功率：1.5kW（由于經(jīng)費(fèi)原因，只設(shè)計(jì)成1.5kW） 最大輸出電壓：450V； 最大輸出電流：3A；

科學(xué)性、先進(jìn)性

作品的科學(xué)性先進(jìn)性： 光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽(yáng)能應(yīng)用的發(fā)展方向，得到國(guó)家的大力扶持。本作品中的光伏并網(wǎng)逆變器具有轉(zhuǎn)換效率高（最高達(dá)94%），輸出電流諧波含量?。~定功率下，電流總諧波含量<5%），適應(yīng)光伏電池電壓范圍寬（450V~290V）的特點(diǎn)。與當(dāng)前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的并網(wǎng)逆變器相比較，本作品突出的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)在于逆變器控制模塊上算法程序的創(chuàng)新和優(yōu)化。使用比例控制和重復(fù)控制的并網(wǎng)電流控制算法，使得逆變器輸出的交流電質(zhì)量更高。采用主動(dòng)式和被動(dòng)式相結(jié)合的孤島效應(yīng)檢測(cè)算法，逆變器能更加有效的防止孤島效應(yīng)的發(fā)生，安全系數(shù)更高。利用光伏特性模擬電源，可在不受天氣因素限制的情況下，更好的進(jìn)行測(cè)試、研究工作。這是本作品在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的一大技術(shù)性的進(jìn)步。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

作品未參加各種活動(dòng)、無(wú)獲獎(jiǎng)記錄及鑒定結(jié)果

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無(wú)

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、錄像

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)

本作品，光伏并網(wǎng)逆變器直流側(cè)接特性模擬電源，輸出端接交流電網(wǎng)。光伏并網(wǎng)逆變器上電后，執(zhí)行運(yùn)行環(huán)境自檢操作。當(dāng)直流電壓和交流電網(wǎng)電壓均符合運(yùn)行要求時(shí)，并網(wǎng)逆變器自動(dòng)合閘開(kāi)始輸出電流。 本系統(tǒng)中可并網(wǎng)輸出高質(zhì)量的正弦波電流，輸出電流總諧波含量<5%；轉(zhuǎn)換效率高，最高效率94%。 本系統(tǒng)中能真實(shí)模擬實(shí)際光伏電池伏安特性，不受外界天氣影響。 本系統(tǒng)中光伏并網(wǎng)逆變器為中功率戶用型，可在小區(qū)、獨(dú)戶、機(jī)關(guān)等地方安裝使用。 特性模擬電源可用于為光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)、測(cè)試或演示。 光伏并網(wǎng)逆變器屬高技術(shù)含量產(chǎn)品，具有較高的附加值。本系統(tǒng)的逆變器如實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，參考當(dāng)前同類產(chǎn)品價(jià)格即2萬(wàn)元/5kW，每臺(tái)逆變器成本為5000元，則每臺(tái)逆變器銷售利潤(rùn)為15000元。若交付小型企業(yè)生產(chǎn)，按每年1000臺(tái)產(chǎn)能計(jì)，則企業(yè)每年銷售額為2千萬(wàn)元，利潤(rùn)為1千5百萬(wàn)，扣除高科技企業(yè)15%稅負(fù)，年實(shí)際盈利可達(dá)1千2百萬(wàn)。

同類課題研究水平概述

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器的研究主要集中在光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)?、并網(wǎng)電流控制算法、光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤算法、孤島效應(yīng)的檢測(cè)與保護(hù)等領(lǐng)域。國(guó)外無(wú)論在技術(shù)研究、還是產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)及銷售方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)。 目前光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品最高效率可達(dá)到98%，但這種產(chǎn)品系采用無(wú)變壓器結(jié)構(gòu)。無(wú)變壓器結(jié)構(gòu)的并網(wǎng)逆變器由于存在光伏電池安全接地及漏電流問(wèn)題，某些國(guó)家和地區(qū)禁售此類產(chǎn)品。一般采用有變壓器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，此類結(jié)構(gòu)的并網(wǎng)逆變器最高效率可在95%左右。如何進(jìn)一步提升此類并網(wǎng)逆變器的效率，減小損耗仍是國(guó)內(nèi)外的重要研究課題。 國(guó)際上光伏并網(wǎng)逆變器輸出電流諧波在規(guī)定的輸出功率范圍內(nèi)可達(dá)到小于4%的水平，我國(guó)“金太陽(yáng)工程”認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求小于5%。如何進(jìn)一步降低諧波仍有待研究。 就中國(guó)而言，中國(guó)光伏逆變器生產(chǎn)企業(yè)在轉(zhuǎn)換效率、結(jié)構(gòu)工藝、做工、穩(wěn)定性上跟國(guó)外最先進(jìn)水平有一定差距，小功率技術(shù)水平基本跟國(guó)外處于相同水平。
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