光伏并网发电系统孤岛检测技术的研究及实现(2)
1．1 课题研究背景
能源是人类经济文化活动的动力源泉。随着人类对能源需求的日益增加，化石能源的储量正日趋减少。开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展是人类必须采取的措施。
太阳能作为一种储量巨大的可再生能源，每天到达地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量。开发和利用太阳能，既是现在急需的能源补充，又是未来能源结构的基础。不论是从走可持续发展之路和保护人类赖以生存的地球生态环境的高度来审视，还是从新能源解决现实能源供应问题出发，开发利用太阳能都具有重大战略意义[1]。
太阳能的利用主要包括热利用、化学利用和光伏利用。光伏利用的主要形式是光伏发电，是根据光生伏打效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电具有以下优点：无污染、可再生、资源的普遍性、可存储性、分布式电力系统、资源、发电、用电同一地域等[2]。
1．2 国内外光伏发电现状
1．3 光伏发电系统简介
光伏发电有独立和并网运行两种工作方式。以前光伏发电多数被用于偏远的无电地区，而且多以中小系统为主，属于独立运行。现在光伏并网技术是当今世界光伏发电的发展趋势，是步入大规模发电阶段、成为电力工业组成部分之一的重大步骤。
1.3.1 光伏发电系统结构及其工作原理
图1-1为光伏独立发电系统的组成结构，系统由光伏阵列、充电控制器、蓄电池组、正弦波逆变器和系统监控部分等组成，其工作原理是：光伏阵列首先将接收来的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池中，在日照不足时，储存在蓄电池中的能量经过逆变器后变成SPWM波,然后再经过滤波和工频变压器升压后变成交流220 、50 正弦电压供给交流负载使用，此时，逆变器为电压控制型电压源逆变器，相当于一个受控电压源。
图1-1 独立发电结构图
图1-2为光伏并网发电系统的组成结构，常见并网系统由光伏阵列、高频DC/DC升压电路、蓄电池组、正弦波逆变器DC/AC和系统监控部分等组成。其工作原理是：光伏阵列将接收来的太阳辐射能量经过高频直流变换后变成高压直流电，然后经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频同相的正弦交流电流，此时负载为电网，逆变器为电流控制型电压源逆变器，相当于一个受控电流源。
图1-2 并网发电结构图
1.3.2 光伏发电系统研究问题
1）逆变器控制方式
光伏并网系统逆变器按控制方式分类，可分为电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制和电流源电流控制四种方法。以电流源为输入的逆变器，其直流侧需要串联一大电感提供较稳定的直流电流输入，但由于此一大电感往往会导致系统动态响应差，因此当前世界范围内大部分并网逆变器均采用以电压源输入为主的方式。逆变器与市电并联运行的输出控制可分为电压控制和电流控制.如果逆变器的输出采用电流控制，则只需控制逆变器的输出电流以跟踪市电电压，即可达到并联运行的目的。由于其控制方法相对简单，因此使用比较广泛。综合以上所述原因，光伏并网逆变器一般都采用电压源输入、电流源输出的控制方式。
2）最大功率点跟踪（MPPT）
光伏阵列是光伏发电系统重要的组成部分，由多个光伏电池组合而成。由于光伏阵列输出的最大功率点随光照强度和环境温度的变化而改变，为了获得最大的能量输出，就要求光伏阵列在任一时刻都工作在最大功率点上，所以必须有最大功率跟踪器对光伏发电系统的功率输出进行跟踪。常用的最大功率点跟踪方法有：定电压跟踪法、扰动观察法、电导增量法、最优梯度法、滞环比较法、间歇扫描法、模糊控制法、实时监控法、神经网络预测法等。这些方法都是根据光伏阵列的特性曲线上最大功率点的特点来搜索该点对应的电压，有的方法需要大量的计算，有的方法需要实时采样数据并进行分析。这些方法各有优缺点，可以根据不同的系统要求选择不同的控制方法。