基于微型逆变器的智能并网光伏发电系统性能研究

【摘要】：太阳能光伏并网发电作为最具发展潜力的可再生能源应用,近年来装机容量急剧攀升。当前,光伏并网发电工程中的光伏阵列主要采用集中式最大功率点跟踪(MPPT)的拓扑结构,具有系统设计简单、成本低和便于维护的优势。但在阴影遮挡、热斑、组件参数不同等失配条件下,光伏组件间的最大功率点出现差异,集中式MPPT装置难以跟踪到光伏阵列的最大功率点(MPP),造成系统年发电量损失严重。其次,在此拓扑结构下的监测设备通常集成于逆变器单元,实现监控终端对光伏阵列直流输出端和交流并网端的运行参数监测。此监控方案一方面存在增加通信成本、系统结构冗余的问题,另一方面存在监控终端无法定位故障信息点,难以保障及时采取应急措施等问题。针对上述问题,伴随着智能电网概念的提出,智能化并网光伏发电系统已成为主流研究和发展趋势。本文以实现智能化并网光伏发电系统为目的,以基于分布式MPPT并集成窄带电力线载波通信技术的并网光伏发电系统为研究主线,展开较为深入的理论、模拟和实验研究。理论分析出了组件式系统配置下的光伏系统能够有效降低组件参数差异、局部阴影遮挡带来的损失,并实现组件级别的数据监控和故障定位;仿真结果显示,倾角变化会导致系统年均发电量最高43.75%的变化率;方位角变化则会导致系统年均发电量最高11.78%的变化率;在局部阴影遮挡下,基于微型逆变器的光伏系统相比基于集中式逆变器的光伏系统月均性能提高了10%~26.1%,有效避免了组件失配折损整个系统发电功率;实验对比研究结果显示,倾角变化在一天内引起集中式逆变器系统1.6%~32.5%的发电功率变化,微型逆变器系统26.55%~30.42%的发电功率变化;方位角变化在一天内导致微型逆变器系统20~33%的发电功率变化;局部阴影遮挡下,微型逆变器系统相比集中式逆变器系统性能最大提升了9.2%。研究结果表明,基于微型逆变器和NB-PLC的并网光伏发电系统能够提高系统在失配条件下的发电性能;并在降低配件数量和通信成本的同时实现组件级别的监控,全面提升并网光伏发电系统的智能化。 【关键词】：并网光伏发电系统 微型逆变器 窄带电力线载波通信 失配 智能化
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 智能电网与智能并网光伏发电系统10-16
• 1.2.1 智能电网概念的提出10-14
• 1.2.2 智能并网光伏发电系统概念界定14-16
• 1.3 国内外智能并网光伏发电技术研究动态16-17
• 1.3.1 国外智能并网光伏发电技术研究现状16-17
• 1.3.2 国内智能并网光伏发电技术研究现状17
• 1.4 研究内容及思路17-19
• 第2章 并网光伏阵列拓扑结构分析及数学模型建立19-31
• 2.1 光伏阵列拓扑结构分析19-22
• 2.1.1 集中式光伏系统配置下的并网光伏发电系统19-20
• 2.1.2 组串式光伏系统配置下的并网光伏发电系统20-21
• 2.1.3 组件式光伏系统配置下的并网光伏发电系统21-22
• 2.2 阴影遮挡下的光伏阵列模型22-29
• 2.2.1 太阳辐照量模型23-25
• 2.2.2 光伏阵列表面的阴影遮挡模型25-26
• 2.2.3 阴影遮挡下的光伏电池数学模型26
• 2.2.4 不同光伏系统配置下的光伏模型26-29
• 2.3 本章小结29-31
• 第3章 并网光伏发电系统性能对比仿真研究31-45
• 3.1 倾角、方位角对并网光伏发电系统性能影响的仿真研究32-37
• 3.1.1 光伏阵列倾角变化对系统性能的影响33-35
• 3.1.2 光伏阵列方位角变化对系统性能的影响35-36
• 3.1.3 仿真结果与系统实测结果的对比分析36-37
• 3.2 阴影遮挡对CMPPT与DMPPT的光伏系统性能影响的对比研究37-43
• 3.2.1 两种系统仿真参数设置及仿真背景介绍37-39
• 3.2.2 局部阴影遮挡对并网光伏发电系统的影响仿真39-41
• 3.2.3 局部阴影遮挡对两种系统性能比影响的仿真结果对比分析41-43
• 3.3 本章小结43-45
• 第4章 智能并网光伏发电系统架构45-57
• 4.1 智能并网光伏发电系统的通信网络架构45-48
• 4.2 电子电力量测控制系统和计算机可视化监控软件48-51
• 4.2.1 智能并网光伏发电系统中的电子电力量测控制系统48-50
• 4.2.2 智能并网光伏发电系统中的计算机可视化监控软件50-51
• 4.3 单套光伏组件发电单元嵌入NB-PLC通信的试验平台51-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第5章 智能并网光伏发电系统平台的试验与性能分析57-73
• 5.1 千瓦级并网光伏发电示范系统平台搭建58-61
• 5.2 系统测试数据分析61-71
• 5.2.1 倾角变化对并网光伏发电系统的影响61-65
• 5.2.2 方位角变化对并网光伏发电系统的影响65-67
• 5.2.3 辐照量变化对光伏系统发电性能影响67-71
• 5.3 本章小结71-73
• 第6章 结论与展望73-76
• 6.1 结论73-74
• 6.2 论文创新点74
• 6.3 展望74-76
• 参考文献76-81
• 作者在攻读硕士研究生期间发表的学术论文及其它81-83
• 致谢83

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