【正文】 展要求，從8位的帶有PWM口的微處理器到16位單片機，發(fā)展到今天的32位DSP器件，使先進的控制技術(shù)如矢量控制技術(shù)、多電平變換技術(shù)、重復控制、模糊邏輯控制等在逆變領(lǐng)域得到了較好的應用。 總之，逆變技術(shù)的發(fā)展是隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展而發(fā)展，進入二十一世紀，逆變技術(shù)正向著頻率更高、功率更大、效率更高、體積更小的方向發(fā)展。 以IGBT為代表的新型功率器件其技術(shù)要求較高，國內(nèi)企業(yè)基本上沒有生產(chǎn)能力，中國市場需求的新型電力電子半導體器件基本依靠進口?，F(xiàn)階段國內(nèi)IGBT功率器件市場主要被歐美、日本企業(yè)所壟斷。并網(wǎng)逆變器均是正弦波逆變器，并具有最大功率跟蹤系統(tǒng)，以保障光伏系統(tǒng)始終工作在最大功率點。正弦波逆變器的特點是：綜合技術(shù)性能好，功能完善，但線路復雜，普遍采用脈寬調(diào)制技術(shù)。其優(yōu)點是。輸出波形好，失真度很低，對通信設備無干擾，噪聲也很低，應用范圍廣，整機保護功能齊全，效率高。缺點是線路相對復雜，對維修技術(shù)要求高，價格昂貴。 并網(wǎng)逆變器還有對電網(wǎng)監(jiān)測功能，能與電網(wǎng)保持相同相位和頻率，在電網(wǎng)停電時能及時將光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開，避免繼續(xù)對電網(wǎng)供電造成事故，在電網(wǎng)恢復通電后能及時恢復向電網(wǎng)送電，即具有可靠的“防孤島效應”功能。 目前，國際上市場化的逆變器的最大容量為1MW。其中，500kW和1 MW逆變器在國外已有較多的工程業(yè)績，沒有不利的質(zhì)量信息。目前國外有一定數(shù)量的大型并網(wǎng)光伏電站在建設和規(guī)劃，間接可說明國外大型逆變器在工程項目的應用已不存在大的技術(shù)問題。 目前，國產(chǎn)最大的并網(wǎng)逆變器目前是500kW，更大容量的并網(wǎng)逆變器還未見到。國產(chǎn)逆變器從性能參數(shù)上給出了較高的值，但目前實際應用的案例較少，其可靠性還需要進一步試驗和考驗。 根據(jù)所了解的并網(wǎng)逆變器的產(chǎn)業(yè)信息，大型逆變器的生產(chǎn)主要取決于市場的需求，項目的供貨不存在問題。逆變器關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展總是伴隨和跟蹤電力電子技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)、新型功率器件、模塊電源技術(shù)等發(fā)展趨勢。從這幾項技術(shù)的發(fā)展可推測逆變器關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展方向：新型電路拓撲結(jié)構(gòu)的設計、智能控制技術(shù)的應用、神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)的結(jié)合、高頻開關(guān)技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)、智能檢測與保護技術(shù)、模塊化技術(shù)的應用與改進、“孤島”保護、電磁兼容性更好等。其目標就是逆變器系統(tǒng)的效率更高、成本更低。按照與負載供電的形式不同，并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)主要分成兩個大類。一類是直接向負載供電的小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，屬于低壓并網(wǎng)系統(tǒng)。另一類是直接向電網(wǎng)供電的大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，屬于高壓并網(wǎng)系統(tǒng)。 小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)不同的系統(tǒng)構(gòu)成、不同的使用目的又可分成各種系統(tǒng)，如逆流型的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。 逆流型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的主要特點是太陽電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過井網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的低壓交流電之后直接接入用戶電網(wǎng)，光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電力除了供給用戶的交流負載外，多余的電力可反饋給低壓公共電網(wǎng)。在陰雨天和夜間，太陽電池組件沒有產(chǎn)生電能或者產(chǎn)生的電能不能滿足負載要求時，由低壓公共電網(wǎng)供電。逆流型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池蓄能和釋放的過程，可以充分利用光伏系統(tǒng)發(fā)出的電力，從而減小了電力傳輸?shù)膿p耗，并降低了系統(tǒng)的成本。目前，小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)很成熟，其并網(wǎng)系統(tǒng)的電能輸出點為所在低壓(內(nèi))電網(wǎng)，對大電網(wǎng)干擾較小。這種系統(tǒng)在歐洲和日本應用廣泛，國內(nèi)也在積極推廣。上海電氣臨港的200kW和云南電網(wǎng)試驗研究院的160kW屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)是典型的小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，對小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有很好的示范作用。 臨港的系統(tǒng)構(gòu)成如下:臨港200kW屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，在辦公樓設置約60kW晶體硅太陽電池組件，理化計量樓設置約140k W晶體硅太陽電池組件，共計使用了170Wp的太陽電池754塊，180Wp的太陽電池370塊。設置了51臺6種功率的并網(wǎng)逆變器，其中辦公樓15臺、理化計量樓36臺。并分別在辦公樓和理化計量樓設置了一臺中繼柜和I個配電柜，各自形成一個獨立的并網(wǎng)系統(tǒng)。 臨港200kW屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的各個太陽電池方陣和逆變器的輸出功率不同，必須分別在辦公樓和理化計量樓的中繼柜內(nèi)把逆變器的輸出功率重新組合，形成大體均衡的A, B, C三相380V電源，再分別連接到辦公樓和理化計量樓的太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)的專用配電柜上，最后通過保護開關(guān)與局域電網(wǎng)連接。 大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)一般指MWp級及以上的光伏發(fā)電站，其中幾十MWp及以上的光伏電站又可稱之為超大規(guī)模光伏發(fā)電站。大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)不直接向負載供電，主要特點是太陽電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電并經(jīng)升壓變壓器升壓后，接入大電網(wǎng)(即高壓電網(wǎng))。預計未來，人們將在沙漠、荒地上，發(fā)展建設更多、更大的大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。對于大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)而言，太陽電池組件串聯(lián)電壓一般都高達700~1000VDC，這就要求太陽電池組件的耐壓值要超過1000VDC。對于大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，其防雷接地、系統(tǒng)監(jiān)控及預警等，需要有更高、更嚴格的要求。目前，大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)正處于發(fā)展過程中，起步時間晚，技術(shù)起點高。 2004年8月，Shell Solar在德國Leipziger建成了世界上當時最大的5MWp并網(wǎng)光伏電站。該電站由33500塊單晶硅太陽電池組件組成，配備了4組3x340kW并網(wǎng)逆變器，并以主/從/從方式工作。1)最大功率跟蹤: 眾所周知，當日照強度和環(huán)境溫度變化時，太陽電池的輸出電壓和電流呈非線性關(guān)系變化，其輸出功率也隨之改變。當太陽電池應用于不同的負載時，太陽電池輸出阻抗與負載阻抗的不匹配，使得光伏系統(tǒng)輸出功率降低。 對于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，直接的負載和電網(wǎng)都可以看成是光伏系統(tǒng)的負載。為了充分利用太陽能，光伏發(fā)電系統(tǒng)必須實現(xiàn)最大功率的跟蹤}MPPT)，即跟蹤太陽電池的最大功率點。最大功率的跟蹤(MPPT)無論對于獨立型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，還是對于并網(wǎng)型太陽能光伏系統(tǒng)都是一個重要的問題。 目前，實現(xiàn)最大功率跟蹤(MPPT)的有效辦法是在太陽電池輸出端與負載之間加入開關(guān)變換電路，利用開關(guān)變化電路對阻抗的變換原理，使得負載的等效阻抗跟隨太陽電池的輸出阻抗，從而使得太陽電池輸出功率最大。常用的最大功率跟蹤方法有: (1)恒定電壓法:即認為太陽電池輸出電壓在光照等條件改變時的變化很小，只需找到某一個工作點，使得其輸出電壓維持在最大功率點附近。顯然，這種方式的誤差比較大，其控制簡單、可靠性高、穩(wěn)定性好、容易實現(xiàn)。有資料顯示，采用恒定電壓跟蹤后，比一般光伏系統(tǒng)可多獲得20%的電能。這種跟蹤方式?jīng)]有考慮溫度對太陽電池陣列開路電壓的影響，一般來說，環(huán)境溫度和太陽輻照度對太陽電池的結(jié)溫影響最大。對常規(guī)單晶硅太陽電池，環(huán)境溫度每升高1 ℃，~%,這表明太陽電池最大功率點對應的電壓將隨環(huán)境溫度的變化而變化。因此，恒定電壓法不適于早晚和四級溫差變化劇烈的地區(qū)，它不能在所有可能的溫度環(huán)境下完成最大功率跟蹤。隨著光伏系統(tǒng)控制技術(shù)的計算機及微處理化，該方法將逐漸被新的方法所代替。(2)擾動觀察法:擾動觀察法是目前最常用的方法，它通過周期性地給太陽能電池輸出電壓進行擾動(增加或減少一個的變化量)，比較其輸出功率與前一周期的輸出功率的大小，如果功率增加，在下一個周期以同樣的方式擾動，否則改變擾動的方向。改變的過程實際是一個功率尋優(yōu)的過程，可使太陽電池的工作點始終在最大功率點附近擺動，但不能穩(wěn)定工作在最大功率點上，不能將太陽電池輸出功率與實際的最大功率點比較，這是這種跟蹤方式的缺點。其跟蹤精度優(yōu)于恒定電壓法。 (3)導納增量法: 導納增量法的原理是根據(jù)太陽電池輸出的伏安特性曲線，在最大功率點處必定有dP/dV = 0，即滿足dI/dV =I/V。 導納增量法可以決定是否已經(jīng)達到最大功率點，作點的擾動。這就避免了在最大功率點(MPP)左右振蕩，且能氮更快速跟蹤。因此，這種方法在理論上要比擾動觀察法好，能適應日照強度的快速變化，并根據(jù)最大功率點的電壓來調(diào)節(jié)太陽能電池的輸出電壓，從而實現(xiàn)最大功率 點跟蹤。由于傳感器的精密度等因素，導納增量法實現(xiàn)的難度相對要大一些。 目前，在并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中，逆變器己將最大功率跟蹤集成在逆變器內(nèi)部的控制系統(tǒng)中，己無需外加變換電路。 2)系統(tǒng)安全保護: 根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的要求，逆變器需配置如下一些安全保護功能:輸出過載保護、輸出短路保護、輸入接反保護、直流過電壓保護、直流接地故障保護、交流過電壓與欠電壓保護、高周波和低周波保護、裝置自身保護以及防“孤島”保護等。 防“孤島”保護，是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)需要設置的特殊功能。在光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，如電網(wǎng)監(jiān)測的相關(guān)數(shù)據(jù)超出要求時或者電網(wǎng)突然斷開時，防“孤島”保護功能能自動斷開并網(wǎng)光伏逆變器與電網(wǎng)的連接，以保證電網(wǎng)、設備和電網(wǎng)維護人員的安全。 目前，國內(nèi)外對防“孤島”保護的研究已經(jīng)做了大量的工作，對“孤島的檢測已提出了比較有效的方法，如被動式和主動式檢測法。被動式檢測方法是指:實時檢測電網(wǎng)電壓的輻值、頻率和相位，當電網(wǎng)失電時，會在電網(wǎng)電壓的輻值、頻率和相位參數(shù)上產(chǎn)生跳變信號，通過跳變信號來判斷電網(wǎng)是否失電。主動式檢測法有多種方式，其中一種是在逆變系統(tǒng)中加入固定的無功補償來起到檢測孤島狀態(tài)的作用:并網(wǎng)運行時，負載端電壓受電網(wǎng)電壓鉗制，而不受逆變器輸出的無功功率多少的影響。當系統(tǒng)進入孤島狀態(tài)時，逆變器輸出的無功功率和負載功率需求不匹配，負載電壓幅值或者頻率將發(fā)生變化，逆變器對負載的無功隨時進行檢測，并向電網(wǎng)提供部分無功補償電流，在逆變器輸出無功功率與負載要求不一致，導致電壓幅值和頻率超過限定值，這樣就可判斷系統(tǒng)是否失電，從而實現(xiàn)防“孤島”保護。 并網(wǎng)逆變器檢測到電網(wǎng)失電后，會立即停止工作。當電網(wǎng)恢復供電時，并網(wǎng)逆變器并不會立即投入運行，而是需要持續(xù)檢測電網(wǎng)信號在一段時間(如90s)內(nèi)完全正常后，才重新投入工作。 需要指出的是，任何一種檢測“孤島”的方法均有其局限性，需要嚴格加強電站管理運行，如停電檢修時必須先斷開并網(wǎng)逆變器。同時，逆變器均帶 有隔離變壓器，使得逆變器的交流輸出與交流電網(wǎng)之間形成電氣隔離。直流側(cè)的太陽電池組件陣列為“浮地”，正負級與地之間都沒有電氣連接，且逆變器在運行過程中，隨時檢測直流正負級的對地阻抗，從而保證直流側(cè)的短路故障不會影響到電網(wǎng)。 3)無功補償功能: 將并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器的功能拓展可以同時實現(xiàn)并網(wǎng)、有功調(diào)節(jié)、無功補償及濾波功能，在硬件上一般不需要作較多的變更，就可以實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電設備的多功能應用，使并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出能自動跟蹤公共電網(wǎng)的電壓、頻率、相位等實時參數(shù)，隨時調(diào)節(jié)其交流輸出功率、電流、電壓、諧波、頻率和相位，使之與電網(wǎng)相匹配，從而為改善電網(wǎng)質(zhì)量提供更多的途徑。 4)通信網(wǎng)絡信息交換交換功能: 隨著太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)從獨立系統(tǒng)、向單一負載供電，逐漸發(fā)展為并網(wǎng)系統(tǒng)向區(qū)域電網(wǎng)供電，光伏電站的實時數(shù)據(jù)處理、與電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的信息交換和傳遞就變得十分重要了。因此，要求設備層面上各種裝置都要滿足與現(xiàn)場總線(包括過程總線和站級總線)的連接，實現(xiàn)間隔層與站控層的信息交換，同時還要實現(xiàn)與網(wǎng)絡管理層的信息交換，使整個系統(tǒng)處于受控狀態(tài)。受爆發(fā)于2008年9月的國際金融危機的影響，全球?qū)嶓w經(jīng)濟都有放緩的跡象。有報道稱，截止2008年年底，中國已有3S0家光伏組件企業(yè)倒閉歇業(yè)，至今只剩下約50家，中國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)正處于“風雨飄搖之中”。然而，隨著世界各國政府刺激經(jīng)濟計劃中新能源政策的出臺，歐美、日本等先進國家正在醞釀新能源經(jīng)濟的浪潮。日本政府2009年4月9日提出的一項總金額(合1540億美元)的經(jīng)濟刺激計劃中，包括太陽能在內(nèi)的環(huán)境(合150億美元)。2009年7月，我國政府為了促進光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步和規(guī)?；l(fā)展，培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，根據(jù)《可再生能源法》、《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要(200f2020年)》、《可 再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》和《可再生能源發(fā)展專項資金管理辦法》，中央財政從可再生能源專項資金中安排一定資金，支持光伏發(fā)電技術(shù)在各類領(lǐng)域的示范應用及關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化(簡稱金太陽示范工程)。由財政部、科技部、國家能源局根據(jù)技術(shù)先進程度、市場發(fā)展狀況等確定各類示范項目的單位投資補助上限。計劃在2~3年內(nèi)，采取財政補助方式支持不低于500兆瓦的光伏發(fā)電示范項目。其中，并網(wǎng)光伏發(fā)電項目原則上按光伏發(fā)電系統(tǒng)及其配套輸配電工程總投資的50%給予補助，偏遠無電地區(qū)的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)按總投資的7Q%給予補助。該政策的出臺，有助于降低太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)電成本，促進光伏上網(wǎng)電價能夠盡量與市場接軌。同時也反映出國家新能源戰(zhàn)略從試點到產(chǎn)業(yè)規(guī)模化的意圖越來越清晰。第六章 工程設想 項目總體技術(shù)方案 概述 近幾年并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)逐漸成為光伏技術(shù)的研究熱點，隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的性價比提高，其應用范圍越來越廣，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)開始從試驗示范項目逐步向商業(yè)化應用發(fā)展。 從發(fā)電角度分，目前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大致可分為三類:離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)，無蓄電池光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及帶蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等。其中，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)又分為中小型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)(系統(tǒng)容量1MWp)和大型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)(系統(tǒng)容量1MWp)。中小型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)一般只并到380V低壓市電電網(wǎng)，是目前國內(nèi)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的主要形式。大型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)可并到中高壓電網(wǎng)(110kV甚至更高)，是以后光伏電站的發(fā)展趨勢。 1)離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng): 這是一種常見的太陽能應用方式，在國內(nèi)