【正文】 著前蘇聯(lián)切爾諾貝利 核泄漏事件和 2011 年日本地震引起的核泄漏事情給社會造成了極大的危害，人 們對核能利用的副作用更加關(guān)注，這就要求對核能的利用的技術(shù)必須更加成熟過 關(guān)。根據(jù)這些情況，為了解決能源和環(huán)境壓力，人類必須開發(fā)出一種清潔可靠的 可再生能源[2]，如此方能滿足社會對能源的需求已經(jīng)對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。目前來說，最為清潔可靠的可再生能源當(dāng)屬太陽能。太陽能獲取簡單方便， 人類取之不盡。據(jù)相關(guān)計(jì)算，太陽每一秒鐘發(fā)出的能量相當(dāng)于地球上 億億噸 煤燃燒產(chǎn)生的熱量，而其中照射到地球表面的約為全球發(fā)電力總和的 20 萬倍。 更為關(guān)鍵的是太陽能發(fā)電沒有廢物排放，清潔綠色，利于人類生態(tài)環(huán)境的保護(hù)， 而其發(fā)電形式多種多樣，不會受到空間地域的影響。從上個(gè)世紀(jì)開始，各國已經(jīng)開始了對太陽能的研究利用。上世紀(jì) 90 年代許多國家開始實(shí)行光伏屋頂計(jì)劃[3]，讓光伏發(fā)電伴隨建筑物。光伏屋頂是指將光伏電池陣列安裝在屋頂或者墻壁，就9地發(fā)電用電。這樣可以節(jié)省電網(wǎng)的許多架線送點(diǎn)設(shè)施，安全高效。這種發(fā)電用電 方式安裝簡單利于推廣，受到許多國家的重視。雖然有光伏屋頂計(jì)劃對太陽能的 利用,但是總體來講對太陽能的利用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因而研究出高效的太陽能發(fā)電 系統(tǒng)是十分有必要的。目前世界上的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)主要核心是光伏發(fā)電系 統(tǒng)中的光伏陣列，只要研究出能適應(yīng)各種條件下的光伏陣列，就能將太陽能的利 用效率最大化。光伏陣列因其占地面積大、效率較低、成本大給科研帶來了很大不便，這是 設(shè)計(jì)一種模擬器，模擬出光伏陣列在各個(gè)環(huán)境下的工作狀況對科研機(jī)構(gòu)開展光伏 發(fā)電的研究是時(shí)分有必要的。而利用直流微電網(wǎng)的光伏模擬器對于太陽能的利用 又尤其獨(dú)特的優(yōu)越性，從直流微電網(wǎng)的特點(diǎn)來講可以歸納為以下幾個(gè)方面：（1） 直流微電網(wǎng)中不需考慮交流微源的輸出電壓、相位、頻率等，可直接接入直流母 線。只需一次 AC/DC 或者 DC/DC 換流，換流簡單，損耗小。而母線也只需一次 DC/AC 逆變器即可。整個(gè)系統(tǒng)成本低損耗小。（2）直流微網(wǎng)中因其能量只與直流 母線電壓有關(guān)，利于各個(gè)微源的協(xié)調(diào)控制。（3）在主網(wǎng)故障時(shí)，直流微網(wǎng)只需利 于并網(wǎng)換流器閉鎖功能，即可迅速從大電網(wǎng)切斷，進(jìn)入孤島運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)微網(wǎng) 中的負(fù)荷仍可以正常用電，不受主網(wǎng)故障的影響。（4）直流微網(wǎng)通可以供給很高 的電能質(zhì)量，因其負(fù)荷側(cè)的換流裝置，當(dāng)某處負(fù)荷發(fā)生短路故障是，其余負(fù)荷不 受影響，供電有保障。（5）直流微網(wǎng)有儲能功能，將儲存的電能作為一個(gè)能量緩 沖器，這就可以平衡各處微源，解決負(fù)載短期能量不足的問題?？傊畯闹绷魑㈦娋W(wǎng)的特點(diǎn)可以看出直流微電網(wǎng)光伏發(fā)電在未來對太陽能的 開發(fā)利用中必將起到無法估量的作用。研究直流微電網(wǎng)光伏模擬器對光伏發(fā)電的 科研具有巨大的推動(dòng)作用，必將大大簡化光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究，直流微電網(wǎng)光伏 發(fā)電系統(tǒng)在未來必將為人類的新能源開發(fā)與利用做出突出貢獻(xiàn)。 直流微電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀從 2002 年美國 CERTS 微電網(wǎng)被提出以來，經(jīng)過美國、日本、歐盟等國家的 科學(xué)家研究與實(shí)踐，微電網(wǎng)定義慢慢被完善。更有利于微電網(wǎng)的推廣與利用。 CERTS 對微電網(wǎng)的定義為：微電網(wǎng)是一種由微型電源和負(fù)荷共同組成的系統(tǒng)， 它可以同時(shí)提供電能和熱量。美國因?yàn)槠浣┠暌恍┩ｋ姮F(xiàn)象，使美國更加注重 工業(yè)用電的可靠性，美國對于微電網(wǎng)的研究也更加注重于可靠性的研究，美國北部電力系統(tǒng)承建了第一個(gè)微電網(wǎng)示范工程。歐盟也有相應(yīng)的微電網(wǎng)項(xiàng)目，因?yàn)闅W 盟希望能夠優(yōu)化電源到用戶的產(chǎn)業(yè)鏈來發(fā)展分布式微電源，而因?yàn)闅W盟的電源與 負(fù)荷相隔較近，因此歐盟的研究方向主要在微電網(wǎng)的互聯(lián)的問題。日本因?yàn)槠浔?土資源匱乏，對于微電網(wǎng)的研究也投入很大，主要對于微電網(wǎng)中的能量儲存研究 更多，日本的青森縣、愛知、和京都都有世界領(lǐng)先的微電網(wǎng)項(xiàng)目。在我國微電網(wǎng) 方面的研究尚處于起步階段，但是微電網(wǎng)的特點(diǎn)是十分適合我國電力發(fā)展的。 直流微電網(wǎng)的研究前景直流微電網(wǎng)技術(shù)因其經(jīng)濟(jì)性與可靠性使得世界各國都投入大量經(jīng)費(fèi)于技術(shù) 研究中，直流微電網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)、發(fā)展、成熟必將改變傳統(tǒng)的電網(wǎng)應(yīng)對負(fù)荷增長 的方式。直流微電網(wǎng)的出現(xiàn)能夠減少電力系統(tǒng)能耗、提高電力系統(tǒng)的可靠性。經(jīng) 濟(jì)發(fā)達(dá)的國家如美國、日本等都十分重視微電網(wǎng)的發(fā)展研究，只有微電網(wǎng)提供的 穩(wěn)定可靠的電能才能保證國內(nèi)電能供應(yīng)，為國家的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的保障。在我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的背景下，對電能的質(zhì)量與穩(wěn)定性要求也日益增大。大電網(wǎng)的脆弱 性在這種背景下也日益凸顯。要改善這些情況微電網(wǎng)就是我國電力事業(yè)發(fā)展的一 種重要途徑，使電能的供應(yīng)能夠跟上經(jīng)濟(jì)發(fā)展的腳步。將地理位置相近的重要負(fù) 荷組成微電網(wǎng)，再設(shè)計(jì)出合適的控制管理方法，為這些重要負(fù)荷提供優(yōu)質(zhì)可靠的 電能，這樣不僅可以解決電能供應(yīng)的一些問題，對于節(jié)能環(huán)保也是有重要作用的。 國家能源局也計(jì)劃在“十二五”期間建設(shè) 30 個(gè)微電網(wǎng)示范工程，各級政府已經(jīng) 出臺了一些支持性政策，自下而上推動(dòng)力越來越顯著。就目前來說直流微電網(wǎng)技 術(shù)還存在許多問題，但直流微電網(wǎng)在各國發(fā)展迅速，相信在不久的將來，直流微 電網(wǎng)技術(shù)必將廣泛的應(yīng)用到電力系統(tǒng)中。 光伏發(fā)電的研究現(xiàn)狀當(dāng)今世界上光伏發(fā)電發(fā)展十分迅速，特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家對太陽能光伏發(fā) 電十分重視，大力發(fā)展。自 20 世界 80 年代開始，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展如何，太陽能光 伏發(fā)電相關(guān)產(chǎn)業(yè)一直以 10%25%的增速飛速發(fā)展[4]。90 年代后期太陽能光伏發(fā)電 的發(fā)展達(dá)到一個(gè)頂峰，是當(dāng)時(shí)世界上成長最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。截止到 2004 年，世界上太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)容量高達(dá) ，而到 2005 年這一數(shù)值增長 到 。目前來說，太陽能光伏發(fā)電已經(jīng)商業(yè)化，在國際上太陽能光伏發(fā)電的成本約為 美元（kwh）,太陽能光伏電池的價(jià)格約為 美元/W，并網(wǎng) 價(jià)格約為 6 美元/W。可以說隨著發(fā)電轉(zhuǎn)化效率的提高，太陽能光伏發(fā)電的利潤正 在逐年增加。目前警惕硅光電池光電轉(zhuǎn)化率達(dá)到 15%，單晶硅光電池光電轉(zhuǎn)化率 高達(dá) %。而且光伏電池的使用壽命也十分長久，可使用 30 多年。隨著技術(shù) 的進(jìn)步，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化率與太陽能電池的使用壽命必將繼續(xù)提高。我國的太陽能光伏發(fā)電也在飛速發(fā)展中，20 世界 90 年代開始我國太陽能光 伏發(fā)電發(fā)展十分快速。到 2004 年我國太陽能光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到 35MW， 占世界份額的 3%。目前，國內(nèi)五大發(fā)電集團(tuán)、四小發(fā)電豪門都投入到了太陽能 光伏發(fā)電的開發(fā)研究中，必將使我國的太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展高 潮當(dāng)中。 光伏發(fā)電的研究前景近些年人類的發(fā)展對地球環(huán)境造成了很大的破壞，而環(huán)保現(xiàn)在也成為了各個(gè) 國家注重的，越是發(fā)達(dá)的國家越注重對環(huán)境的保護(hù)。太陽能光伏發(fā)電因其環(huán)保、 高效、長壽等優(yōu)勢必將是未來能源的主流。隨著技術(shù)的突破，太陽能光伏發(fā)電產(chǎn) 業(yè)將不斷完善與發(fā)展，成本將進(jìn)一步降低。據(jù)專家預(yù)測，2050 年太陽能光伏發(fā) 電將占全球發(fā)電量的 13%15%，2100 年將占 64%。我國的太陽能光伏發(fā)電前景 也是一片光明，預(yù)計(jì)到 2020 年太陽能光伏發(fā)電成本在我國將下降到 元/（kwh）,我國的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)將達(dá)到世界先進(jìn)水平[5]。 本文的主要工作本文主要介紹國內(nèi)外的直流微電網(wǎng)及光伏發(fā)電技術(shù)，了解世界各國直流微電 網(wǎng)及光伏發(fā)電的現(xiàn)狀和研究前景，說明該課題存在的必要性和重要性。文中主要 介紹現(xiàn)行的直流微電網(wǎng)和光伏模擬器的方案，研究光伏電池的特點(diǎn)和在生產(chǎn)中的 的特性。使用 MATLAB 對光伏電池進(jìn)行仿真，來驗(yàn)證光伏電池的特性曲線。直流 微電網(wǎng)技術(shù)與光伏發(fā)電技術(shù)都是世界尖端技術(shù)，要說明這些技術(shù)的優(yōu)越性和基本 原理。對直流微電網(wǎng)光伏模擬器從結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、用途幾方面進(jìn)行研究。2 直流微電網(wǎng) 直流微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)微電網(wǎng)是相對于常規(guī)大電網(wǎng)而言的，是指多個(gè)分布式電源及相關(guān)負(fù)載按一定 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，并通過靜態(tài)開關(guān)并至大電網(wǎng)。微電網(wǎng)是一種較為新型的 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)在世界范圍內(nèi)應(yīng)用最多的大電網(wǎng)相比，微電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、 保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行[6]。微電 網(wǎng)的控制系統(tǒng)如下圖 21 所示：圖 21 微電網(wǎng)的控制結(jié)構(gòu)微電網(wǎng)分為直流微電網(wǎng)與交流微電網(wǎng)兩種，其中直流微電網(wǎng)中系統(tǒng)中的儲能 裝置、DG、負(fù)荷等均通過電力電子變換裝置接入直流母線，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖 22。 直流微電網(wǎng) DG 與母線之間僅有一級電壓變換，這就大大節(jié)約了系統(tǒng)的建設(shè)成 本，且無需考慮 DG 同步的問題，這就降低了直流為電網(wǎng)的技術(shù)難度，對于推廣 直流微電網(wǎng)有很大幫助。與交流微電網(wǎng)相比，直流微電網(wǎng)因其電壓變換少，這 樣能夠減少在電壓變換時(shí)的能量損耗?？梢哉f直流微電網(wǎng)是一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的聯(lián)網(wǎng) 方式。單相交流母線三相交流母線配電網(wǎng)AC AC ACDC DC DC直流母線DC DCDC DC DCAC DC ACDC DC交流 直流儲能 儲能交 流 直 流DG DG直流負(fù)荷圖 22 直流微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu) 直流微電網(wǎng)的特點(diǎn)現(xiàn)在社會對于能源的應(yīng)用主題在于節(jié)能與環(huán)保，開發(fā)太陽能從本質(zhì)上來講也 是為了這兩點(diǎn)。要解決能源問題除了開發(fā)清潔可靠的新能源這一方法，改善電能 的運(yùn)輸方式也是一種非?？煽康氖侄?。采用微電網(wǎng)因其輸送電能的靈活性深受重 視，但在微電網(wǎng)中，直流微電網(wǎng)相比較于交流微電網(wǎng)則具有更大的優(yōu)勢。如果將 世界現(xiàn)行的主流的交流供電方式改變?yōu)橹绷鞴╇?，可以?jié)省 20%的電能損耗。可 以說直流微電網(wǎng)在供電領(lǐng)域的應(yīng)用可以大大改善當(dāng)今世界緊張的能源問題。直流微電網(wǎng)是通過一條公共直流母線將所有的微電源鏈接起來，這樣燃料電 池、光伏發(fā)電、微型汽輪機(jī)、風(fēng)力發(fā)電等微電源通過一個(gè)集中的 DC/AC 換流裝置 與大電網(wǎng)相連，這部分結(jié)構(gòu)與交流微電網(wǎng)較為不同。 相比于交流微電網(wǎng)，直流 微電網(wǎng)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：（1）直流微電網(wǎng)系統(tǒng)成本和損耗將大幅度減少。在直 流微電網(wǎng)中，直流母線與各種微型電源的連接形式更為方便、簡單。不需如同交 流電網(wǎng)那樣考慮電源的輸出電壓的頻率、相位等。直流微電網(wǎng)只需經(jīng)過一次 DC/DC 或者 AC/DC 變流轉(zhuǎn)換，而且直流母線與大電網(wǎng)之間的連接也只需經(jīng)過一次 DC/AC 逆變裝置，可以說直流微電網(wǎng)將使供電系統(tǒng)更加簡單可靠。（2）直流 微電網(wǎng)中各微電源更容易實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。控制直流微電網(wǎng)只需控制直流母線電 壓，對潮流的控制更大程度上也與電流控制有關(guān)。（3）與交流微電網(wǎng)相比，直流 微電網(wǎng)中的換流裝置要少了不少，這就大大降低了系統(tǒng)成本和能量損耗。（4）在 先進(jìn)的配電系統(tǒng)中，如果能應(yīng)用直流微電網(wǎng)，可以把太陽能光伏發(fā)電所產(chǎn)生的直 流電直接提供給家庭或者企業(yè)的電子設(shè)施，能夠更加有效的利用太陽能。正因?yàn)橛羞@些優(yōu)勢，可以說直流微電網(wǎng)對于未來太陽能利用有著十分重要的 作用，而直流微電網(wǎng)對于傳統(tǒng)的交流電網(wǎng)也是一次十分重要的變革。 直流微電網(wǎng)供電系統(tǒng)的研究目前，直流供電在節(jié)能家庭的應(yīng)用較多。如日本廠商提出的“DC 環(huán)保家庭”。 DC 環(huán)保家庭就是將太陽能電池所發(fā)的電儲存到充電電池之中，直接使用直流電 來驅(qū)動(dòng)用電設(shè)備，這樣就沒轉(zhuǎn)換電能的損耗，當(dāng)沖電電池中的電量用完之后，把 家用的電源轉(zhuǎn)變成直流電，相比起傳統(tǒng)供電，這種直流供電只需要轉(zhuǎn)化一次，可 以節(jié)約能量。日本 NTT 公司已經(jīng)開發(fā)出了 400V 直流的電源插頭和插排，該公司 還開發(fā)出來支持 380V 的直流供電系統(tǒng)，現(xiàn)正面臨試驗(yàn)。松下公司也正在開發(fā)家 用的直流供電系統(tǒng)?？傮w來講，直流