基本信息
- 項目名稱：
- 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 提出一種單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計方案。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)。為方便開發(fā)，設(shè)計了一種光伏電池模擬電源。通過小功率的光伏電池和特性匹配電路的控制，大功率開關(guān)電源可實現(xiàn)光伏電池輸出特性。
- 詳細介紹：
- 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，已為國際社會所公認。本項目——光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其功能是將太陽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)場演示裝置包括光伏特性模擬電源和并網(wǎng)逆變器（含人機交互界面）。前者作用是模擬太陽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發(fā)。后者是本項目的核心部件，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)。 本項目的主要創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在控制芯片的控制算法上。通過采用創(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；通過最大功率跟蹤控制，使光伏電池始終工作在最大功率點上，提高了能源利用率；通過孤島效應(yīng)檢測方法，使并網(wǎng)逆變器能有效識別電網(wǎng)的異常故障狀態(tài)，并及時從電網(wǎng)斷開。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：本作品在研究方向上響應(yīng)了國家關(guān)于“節(jié)能減排、綠色經(jīng)濟”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，進一步推動綠色能源行業(yè)的發(fā)展。 基本思路：本項目設(shè)計了一種光伏并網(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關(guān)器件在控制系統(tǒng)發(fā)出的驅(qū)動信號的控制下，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)過工頻變壓器隔離后直接注入電網(wǎng)，實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。 創(chuàng)新點：（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特性的電源。 技術(shù)關(guān)鍵： 通過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，實現(xiàn)最大的光能轉(zhuǎn)換，并使系統(tǒng)及時檢測到孤島效應(yīng)從電網(wǎng)中斷開是本作品的技術(shù)關(guān)鍵。 主要技術(shù)指標： 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)費原因，只設(shè)計成1.5kW） 最大輸出電壓：450V； 最大輸出電流：3A；
科學(xué)性、先進性
- 作品的科學(xué)性先進性： 光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽能應(yīng)用的發(fā)展方向，得到國家的大力扶持。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。與當前國內(nèi)開發(fā)的并網(wǎng)逆變器相比較，本作品突出的實質(zhì)性技術(shù)特點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。采用主動式和被動式相結(jié)合的孤島效應(yīng)檢測算法，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，更好的進行測試、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)性的進步。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 作品未參加各種活動、無獲獎記錄及鑒定結(jié)果
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 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)行運行環(huán)境自檢操作。當直流電壓和交流電網(wǎng)電壓均符合運行要求時，并網(wǎng)逆變器自動合閘開始輸出電流。 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)中能真實模擬實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)、獨戶、機關(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)的研究開發(fā)、測試或演示。 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)的逆變器如實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，參考當前同類產(chǎn)品價格即2萬元/5kW，每臺逆變器成本為5000元，則每臺逆變器銷售利潤為15000元。若交付小型企業(yè)生產(chǎn)，按每年1000臺產(chǎn)能計，則企業(yè)每年銷售額為2千萬元，利潤為1千5百萬，扣除高科技企業(yè)15%稅負，年實際盈利可達1千2百萬。
同類課題研究水平概述
- 當前，國內(nèi)外對光伏并網(wǎng)逆變器的研究主要集中在光伏并網(wǎng)逆變器拓撲、并網(wǎng)電流控制算法、光伏電池最大功率點跟蹤算法、孤島效應(yīng)的檢測與保護等領(lǐng)域。國外無論在技術(shù)研究、還是產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)及銷售方面占據(jù)優(yōu)勢。 目前光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品最高效率可達到98%，但這種產(chǎn)品系采用無變壓器結(jié)構(gòu)。無變壓器結(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題，某些國家和地區(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。如何進一步提升此類并網(wǎng)逆變器的效率，減小損耗仍是國內(nèi)外的重要研究課題。 國際上光伏并網(wǎng)逆變器輸出電流諧波在規(guī)定的輸出功率范圍內(nèi)可達到小于4%的水平，我國“金太陽工程”認證標準規(guī)定要求小于5%。如何進一步降低諧波仍有待研究。 就中國而言，中國光伏逆變器生產(chǎn)企業(yè)在轉(zhuǎn)換效率、結(jié)構(gòu)工藝、做工、穩(wěn)定性上跟國外最先進水平有一定差距，小功率技術(shù)水平基本跟國外處于相同水平。
