黑龙江省2011年度专业技术人员继续教育知识更新培训学习心得
太阳能光伏发电系统的电能变换与控制技术
学习心得体会
通过本次2011年度专业技术人员继续教育知识更新培训我学习了太能光伏发电系统的电能变换与控制系统，我了解到现今太阳能巨大，即使像上海这种太阳能资源不算丰富的地区(属三类地区)，太阳每年照射在水平面上的能量也有4 600 MJ/m2左右，相当1280度电能。太阳能是一种聚变能，根据太阳的质量和爱因斯坦的质能转换理论，太阳还可以“燃烧”800亿年，相对于人类5000年历史而言，这几乎是一个天文数字的时间长度。太阳能清洁无污染，安全无毒害，是理想的可持续发展能源之一。向太阳索取电能是工业化发展到今天、大量化石能源被消耗且面临枯竭的必然趋势。太阳能光伏发电技术是人类向太阳索取电能的重要途径。
一、太阳能光伏发电系统
光伏发电技术离网系统与公共电网没有直接的联系，其规模小至几百瓦的照明电源，大至上百千瓦的独立光伏电站。它特别适用于岛屿、深山、荒漠、大草原等无电地区，也适用于城市中铺设线路困难且成本高的场所，如书报亭、岗亭、高速公路指示灯和沿途休息场所的用电等。零售的太阳能草坪灯、太阳能计算器中的电源也是该系统技术的应用。由于光伏发电技术离网系统除了太阳能外无需外界能源支持，因此，它还可用作空间站电源。
二、光伏发电技术并网系统
太阳电池发的电是直流，通过控制逆变装置变换成交流，经过相位整合后同电网的交流电合起来使用。采用这种形态的光伏发电技术系统就是光伏发电技术并网系统。光伏发电技术 并网供电形式是光伏发电技术系统技术的主流发展趋势。系统技术日益完善，系统形式也越来越多样化。目前有无蓄电池无逆流(即不向电网倒送电)系统、有蓄电池无逆流系统、有逆流系统(光伏发电技术系统剩余电力向电网输送，由电力部门回购)，随着技术进步，今后将发展微网系统、智能电网系统和全球光伏发电技术供电系统。
三、微网系统
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太阳辐射到地面任一点的功率密度一年四季每时每刻都在变化，是一种不稳定的供能源泉，也是太阳能光伏发电与核能发电或火力发电的不同之处。光伏发电技术系统的输出功率受气候影响，输出的电能时刻变化，与电网连接后会给电网带来不稳定。光伏发电技术 系统普及量不大时这种影响不明显，当大规模太阳能光伏发电并网输电时，供电波动问题将凸显出来，因此，必须开发把这种不稳定影响限制在最小的控制技术，如能彻底解决这一问题，则人类在电力使用方面可高枕无忧了。
微网系统是一种独立性很强的分散型电源网络，是解决上述问题的新一代电网技术。该系统是由太阳能光伏发电、风力发电、小水力发电、生物质发电、燃气发电或柴油发电、燃料电池、蓄电池组等任意组合起来，再加入计量和控制装置，自成系统，独立于大电网或间歇与大电网连接，不需要长距离输电线(电缆)和架空铁塔等大型设备，投资省，不需要大规模投资，也解决了远距离运输大型设备的成本，尤其可以解决大型发电设备运往岛屿和山区的困难。由于其自我调衡，因此，能把可再生能源发电对大电网的扰动减少到最低程度，还能改善家庭太阳能发电系统从发电、用电到蓄电的效率。它还是解决无法实施大型火力或核能发电的小国、岛国、穷困地区日常用电的最佳方案。该技术目前尚处于研究和完善阶段，但可以预期其进入实际应用将为期不远。
四、智能电网系统
智能电网的提出并非偶然，是有多种原因的，其中很重要的因素就是分散型的可再生能源(太阳能、风能、生物质能等)电力的大量应用和上网造成电网管理日益复杂和困难，且势头已不可逆转，需要改革传统的管理方式，运用现代高科技来调控和管理。作为大规模接纳可再生能源电力的电网技术必须做到对频率和电压波动的抑制，同时维持和提高电力质量，并提高电力的使用效率。其主要手段是在微网供配电技术基础上借助通信网络(移动通信、无线通信等)来把握安装有光伏发电技术系统的家庭、办公楼等用电户与发电厂之间供需电情况，进行远距离监测和控制。可以说，智能电网是利用微网技术和IT技术形成的新一代电网。据资料称，日本搞智能电网技术研究的科技人员中有70％来自于IT行业，这足以说明IT技术与智能电网技术的密切关系。发挥IT在快速准确传递信息方
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面的技术特点，在国家一级的广大区域内实时掌控电力使用状况和发电状况，进行电力需求调整，包括对光伏发电技术电力和风电等不稳定电力进行调控。
在智能电网中，蓄电装置仍然是不可或缺的重要支柱，整个蓄电系统将包括电动车(EV)内的蓄电池。电动车的大规模应用为蓄电提供了辅助容量，很可能将来电动车会成为智能电网中蓄电系统的最有力的支持，成为能奔跑的蓄电库和紧急救援用辅助电源。目前，能适应快速充放电的高功率密度和高能量密度蓄电池仍然是一项瓶颈技术。根据日本野村证券金融经济研究所预测，2010年至2030年，日美欧在智能电网上的投资将达12500亿美元，其中蓄电系统投资占60％ ，足见蓄电系统在智能电网中的地位。
五、太阳能光伏并网发电系统的发展
并网光伏发电技术是当今世界光伏发电的趋势，是光伏技术步入大规模发电阶段，成为电力工业组成部分之一的重大技术步骤。与离网运行的太阳能光伏电站相比，并入大电网可以给太阳能光伏发电带来诸多好处。首先，不必考虑负载供电的稳定性和供电质量问题；其次，光伏电池可以始终运行在最大功率点处，由于大电网来接纳太阳能所发的全部电能，提高了太阳能发电的效率；再次，省略了蓄电池作为储能环节，降低了蓄电池充放电过程中的能量损失，免除了由于存在蓄电池而带来的运行与维护费用，同时也消除了处理废旧蓄电池带来的间接污染。
并网光伏发电系统一般由光伏阵列模块、逆变器和控制器三部分组成。
（一）太阳能光伏井网逆变器的发展
太阳能光伏并网逆变器是连接光伏阵列模块和电网的关键部件，它完成控制光伏阵列模块运行于最大功率点和向电网注入正弦电流两大主要任务。
早期太阳能光伏并网系统的逆变器结构采用单级无变压器、电压型全桥逆变结构。其特点是结构简单、造价低、鲁棒性强；但受限于当时开关器件水平，系统的输出功率因数只有0.6~0.7，且输出电流谐波大。随着电子开关器件的发展，开关频率高于l6kHz的高频器件，如BJT、MOSFET或IGBT等，逐渐取代了晶闸管。带工频变压器结构的光伏逆变系统。它最大优点是逆变器在低压侧，因此逆变桥可以采用高频低压器件MOSFET，从而节省了初期投资；而且由于在低压侧实现逆变器的控制，使得整个控制过程更容易实现。另外，此结构还适用于大电
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流光伏模块。然而工频升压变压器体积大，效率低，价格也很昂贵，随着电力电子技术和微电子技术的进一步发展，这一问题采用高频升压变换得到了解决。高频升压变换能实现更高功率密度的逆变，如图1-4所示，升压变压器采用高频磁芯材料，工作频率均在20kHz以上。它体积小、重量轻，高频逆变后经过高频变压器变成高频交流电，又经高频整流滤波电路得到高压直流电(通常在300V以上)，再由工频逆变电路实现逆变。
光伏逆变器由单级到多级的发展，使电能转换级数增加，能够方便满足最大功率点跟踪和直流电压输入范围的要求；但是单级逆变器结构紧凑，元器件少，损耗更低，逆变器转换效率更高，更易控制。因此在结合两者优点的前提下，尽可能提高直流输入电压，就能提高逆变器的转换效率。
（二）太阳能光伏并网发电系统控制策略的发展
光伏发电系统实现并网运行必须满足：输出电压与电网电压同频同相同幅值，输出电流与电网电压同频同相(功率因数为1)，而且其输出还应满足电网的电能质量要求。这些都依赖于逆变器的有效控制策略。光伏并网发电系统的控制一般分为两个环节：第一个环节得到系统功率点，既光伏阵列模块工作点；第二个环节完成光伏逆变系统对电网的跟踪。同时，为保证光伏逆变器安全有效地直接工作于并网状态，系统必须具备一定的保护功能和防孤岛效应的检测与控制功能。
近几年，光伏并网系统的综合控制成为其研究发展的新趋势。基于瞬时无功理论的无功与谐波电流补偿控制使得光伏并网发电系统既可以向电网提供有功功率，又可实现电网无功和谐波电流补偿。这对逆变器跟踪电网控制的实时性、动态特性要求更高。研究适合于这类光伏发电系统的控制方法对电网电能质量的提高具有重大意义。
事实上把光伏发电技术 技术推广应用到普通家庭，发挥家用光伏发电技术系统不占地、就地发电就地使用、减少输电损失、故障就地解决的优点，将更能体现光伏发电技术技术的综合经济效益。大城市的电网四通八达，如能充分利用家用光伏发电技术系统的优点，大力推广并网型家用光伏发电技术系统，则对建设资源节约型和环境友好型社会具有极大的价值和社会效益。相信只要中国也出台绿电回购政策，有逆流光伏发电技术 系统将会得到大规模的发展。
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从200年前的工业革命开始，人类在大规模开发利用矿物能源的过程中，既获得了电动机械、高速交通工具、成千上万种家电和霓虹闪烁的夜生活带来的享受，也饱受了煤炭石油造成的无情污染和气候变化之苦，并且每时每刻都把自己置身于切尔诺贝利核电泄露事件那样的威胁之下。到如今，连这种乐中带苦的“享受”也难以为继了，我们无法得知矿物能源枯竭的那一天何时到来，但是人类已经感觉到这种威胁的日益逼近。随着时代的进步和科技的发展，大规模利用太阳能光伏发电技术进行太阳能发电已经蓬勃兴起，也许清洁、无污染、永不枯竭的太阳能才能真正地让人类从此走上一条可持续发展之路。
提 交 人：郭元友
报名序号： 100102033593
专 业： 电气工程
身份证号： 230107196104300623 工作单位： 达尔凯阳光（哈尔滨）热电有限公司
提交日期： 2011年5月28日
