中國科學院知識創(chuàng)新工程重要方向項目可行性研究報告(編輯修改稿)
2025-05-29 13:55 本頁面
【文章內容簡介】 此類系統(tǒng)優(yōu)化設計方案。 市場前景和經(jīng)濟、社會效益光伏發(fā)電在未來必然成為能源結構中的重要組成部分，各個國家和政府都在大力扶持光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)。不但是現(xiàn)在，在未來10年甚至20年內，獨立運行光伏發(fā)電仍是解決分散農牧民用電的理想途徑。這些地區(qū)包括我國廣大的西北部地區(qū)以及亞非拉地區(qū)一些貧窮落后的國家，獨立運行光伏電站的應用在光伏發(fā)電應用領域占據(jù)相當?shù)谋壤哂芯薮蟮氖袌銮熬?。國家發(fā)改委規(guī)劃在未來10－15年解決我國無電地區(qū)的用電問題，我國目前還有1000多萬無電人口，其中用光伏及其互補系統(tǒng)是解決其用電問題的主要途徑，獨立運行光伏系統(tǒng)及其關鍵設備在我國有巨大需求。通過本項目的實施，在為西藏地區(qū)5所無電學校建設穩(wěn)定運行的光伏電站的基礎上，將形成適合西藏氣候特點的具有先進技術水平的獨立運行光伏電站系統(tǒng)控制和逆變關鍵設備。這些設備以高新技術為基礎，在幾乎不增加硬件成本的前提下，極大提高太陽能的利用效率和系統(tǒng)的可靠性，延長蓄電池的使用壽命，形成系統(tǒng)優(yōu)化設計方案，從另一個側面節(jié)約了資金的投入，改善了實際用電效果，同時保護了生態(tài)環(huán)境。西藏5所學校光伏電站的建設，也將為解決西藏其他一百余所無電學校的用電問題奠定技術基礎。因此，本項目具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。四、 主要研究內容 擬重點解決的科學問題或關鍵技術1) 逆變器休眠喚醒功能的實現(xiàn)；2) 采用先進的控制策略，提高逆變器負載響應特性和負載適應范圍，提高逆變器可靠性；3) 太陽能最大功率點跟蹤（MPPT）控制功能實現(xiàn)及其產(chǎn)業(yè)化推廣；4) 蓄電池容量混合式判斷功能的實現(xiàn)；5) 蓄電池溫度補償功能的實現(xiàn)；6) 三階段智能充電方法的實現(xiàn)；7) 監(jiān)測系統(tǒng)的遠程有線/無線通信功能；8) 監(jiān)測系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)存儲功能、異常掉電后數(shù)據(jù)保護功能；9) 研究適合西藏地區(qū)實際情況的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)方案設計與系統(tǒng)配置設計；10) 獲取系統(tǒng)和環(huán)境數(shù)據(jù)，分析實際測試結果，并對系統(tǒng)進行改進和優(yōu)化研究。 研究中的創(chuàng)新點1) 研發(fā)逆變器使其具有休眠喚醒功能，根據(jù)負載情況，在無負載時逆變器自動關閉主電路，以減少系統(tǒng)的空載損耗。2) 在獨立電站運行系統(tǒng)控制功能中采用太陽能最大功率點跟蹤（MPPT）技術，提高系統(tǒng)的發(fā)電量。3) 通過對蓄電池容量的多信號采集，進行混合式判斷以達到精確的充放電控制。 五、 研究方案 總體研究方案、學術思路、技術途徑1) 對國內外現(xiàn)有逆變器和控制器技術進行調研，確定設備研發(fā)的總體技術方案；2) 進行原理設計，包括硬件設計和軟件設計；3) 搭建試驗平臺，完成設備的實驗室臺面實驗；4) 進行設備結構和工藝設計，進行樣機制作；5) 樣機實驗室調試和實驗室運行；6) 樣機小批量試制；7) 西藏現(xiàn)場試運行，根據(jù)運行情況及時進行調整；8) 通過試運行，獲取設備運行數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，進行設備改進和系統(tǒng)優(yōu)化設計。 研究方案可行性分析逆變器在空載運行時，消耗的電能一般是其額定功率的2％左右。獨立運行光伏電站中的電能非常寶貴，從邊遠無電地區(qū)的用電情況來看，在深夜至凌晨時段大多數(shù)情況下無負載用電。如果逆變器在這個時段持續(xù)空載運行，將造成寶貴電能的浪費，甚至在蓄電池虧電的情況下?lián)p壞蓄電池，嚴重影響蓄電池的使用壽命。如果逆變器具有休眠喚醒功能，在無負載情況下自動關閉，在有負載的情況下自動恢復運行，將在很大程度上節(jié)約可觀的電能。從對太陽能電池板的發(fā)電利用率來看，目前在國內市場上應用的太陽能光伏控制器，普遍沒有對太陽能電池板輸出功率的優(yōu)化功能。太陽能電池板發(fā)電效率低，一方面白白浪費了本來能夠利用的電能，另一方面也造成了初期投資的浪費，耗費大量的資金。通過本項目研究出太陽能最大功率點跟蹤（MPPT）控制算法，可以使太陽能電池板時刻工作在其最大功率輸出狀態(tài)。初步估算，采用MPPT算法的控制器比常規(guī)控制器能提高太陽能電池板輸出功率的10％～20％，在弱光和蓄電池虧電情況下甚至能提高30％，從初期投資和遠期發(fā)電用電效果來看，具有巨大的意義。獨立運行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)需要儲能裝置，一般使用鉛酸蓄電池。從對蓄電池的充放電管理方面來看，目前無論是國內還是國外，普遍比較簡單。特別是國內，對蓄電池容量的判斷基本采用單一的電壓點控制方式。然而蓄電池的實際容量不但跟其端電壓有關，還跟電解液溫度，充放電電流以及其本身固有特性等有關。如果對蓄電池的容量判斷不準確，造成過充電或過放電，一方面必然會影響蓄電池的使用壽命，甚至發(fā)生危險；另一方面，蓄電池的損壞必然會導致額外的資金再投入，并且蓄電池回收頻率增高也會給環(huán)保造成額外的壓力。因此，如果能夠盡可能準確的判斷蓄電池的容量，并采取有效合理的充電模式具有非常大的意義。本項目的創(chuàng)新點“蓄電池特性自學習算法”、“蓄電池容量混合式判斷算法”、“三階段智能充電算法”將解決這一難題。通過蓄電池特性自學習，可針對不同廠家生產(chǎn)的蓄電池自動產(chǎn)生適合此特定蓄電池的特性曲線，并通過蓄電池容量混合式判斷算法綜合各種影響蓄電池容量的因素來判斷蓄電池的實際容量，通過三階段智能充電算法來優(yōu)化蓄電池的充電模式，延長蓄電池的使用壽命。中國科學院電工研究所是專門從事新型發(fā)電及電能新應用研究與開發(fā)的機構，早在七十年代初就開展了太陽能發(fā)電技術及系統(tǒng)工程的研究。承擔多項獨立光伏、風光互補、并網(wǎng)光伏發(fā)電科研項目，取得了多項科研成果。目前對于獨立運行系統(tǒng)中關鍵設備控制器和逆變器的研究處于國內領
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