光伏发电框图_新能源复习题

大家好！今天让小编来大家介绍下关于光伏发电框图_新能源复习题的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。

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光伏汇流箱的安装使用

拆开包装，认真阅读产品使用说明书，核对产品型号、参数是否正确，是否与设备匹配。安装须由有专业技术知识的人员（指导）进行。在阳光下安装接线时，应遮住太阳能光伏电池板，以防光伏电池的高电压电击伤人；

安装时，把可拆卸活动安装板（共4件）分别插入箱体底部的安装板插座中，并用两个M8*8螺钉固定，再用膨胀螺丝固定到安装位置。

将光伏防雷汇流箱按原理及安装接线框图接入光伏发电系统中后，应将防雷箱接地端与防雷地线或汇流排进行可靠连接，连接导线应尽可能短直，且连接导线截面积不小于16mm2多股铜芯。接地电阻值应不大于4欧姆，否则，应对地网进行整改，以保证防雷效果。安装完成检查无误后方可投入使用。

输入端位于机箱的下部，注意与光伏组件输出正极的连线位于底部左侧，而与光伏组件输出负极的连线位于底部右侧，用户接线时需要拧开防水端子，然后接入连线至保险丝插座，然后拧紧螺丝，固定好连线，最后拧紧外侧的防水端子。

输出包括汇流后直流正极、直流负极与地，上面备有四个端子供选择，接地线为黄绿线本。用户接线时需要拧开防水端子，然后接入连线，然后拧紧螺丝，固定好连线，最后拧紧外侧的防水端子。

本光伏防雷汇流箱勿需特别维护，为防止防雷模块失效，应对其工作状态作定期的检查。特别是雷电过后，应及时检查。如发现面板上的故障指示灯由“绿色”变为“红色”时，请及时与销售商或生产商联系。

应定期检查熔断器，防止熔断器熔断后电池板处于开路状态，光伏电池电能不能输出；

输入输出均不能接反，否则后级设备可能无法正常工作甚至损坏其它设备；

箱内所装电器元件均为光伏防雷汇流箱专门定制的产品，不可与普通产品混用，若需更换请与销售商或生产商联系，且更换熔断器熔芯（专用直流高压容芯）时注意防止太阳能光伏电池的高电压电击伤人；

检测或维护本设备时，注意输入输出均可能带电，防止触电或损坏其它设备；

输入线采用4mm2的软铜线，输出及地线采用不小于16mm2的软铜线。

用户单位应制定防雷设施管理制度，并指定专人管理；光伏防雷汇流箱属于电器类产品，非专业人员，请不要擅自拆卸。

箱体尺寸（8回路）：500*412*188，安装尺寸：438*370

附图（以8回路为例）：

图1：输入输出线布置图

光伏汇流箱输入输出线布置图

以下为专利产品实景：

光伏汇流箱实景

新能源复习题

光伏路灯系统是一种利用太阳能发电的照明系统，具有环保、节能、可靠等优点。下面是一个光伏路灯系统的设计方案，供参考：

1. 光伏电池板选择：选择高效率的光伏电池板，如单晶硅或多晶硅电池板，以确保光能的最大转换效率。

2. 电池选择：选择适合太阳能光伏路灯系统的深循环蓄电池，以确保电池的长寿命和稳定性能。

3. 控制器选择：选择具有智能控制功能的太阳能控制器，可以根据光照强度自动调节灯光亮度，并具备过充电、过放电、短路保护等功能。

4. 灯具选择：选择高效节能的LED灯具，LED灯具具有长寿命、高亮度、低能耗等特点，适合太阳能光伏路灯系统的照明需求。

5. 支架选择：选择稳固可靠的支架，确保光伏电池板能够正常工作，并能够调整角度以获取最佳的太阳能转换效率。

6. 储能选择：选择适当的储能装置，如超级电容器或储能电池，以确保夜间能够持续供电。

7. 系统布局：根据实际情况，合理布局光伏电池板、电池、控制器、灯具等设备，确保系统的整体性能和美观度。

8. 系统监控：安装远程监控系统，可以实时监测光伏路灯系统的工作状态，及时发现并解决问题。

9. 维护保养：定期对光伏路灯系统进行维护保养，如清洁光伏电池板、检查电池状态、更换灯具等，以确保系统的正常运行和寿命。

总之，光伏路灯系统的设计需要考虑光伏电池板、电池、控制器、灯具等多个方面的因素，以确保系统的高效、稳定和可靠运行。同时，还需要根据实际情况进行合理布局和维护保养，以提高系统的整体性能和寿命。

关于光伏水泵上逆变器与变频器

一、填空

一次能源是指直接取自 自然界没有经过加工转换 的各种能量和资源。

二次能源是指 由一次能源经过加工转换以后得到 的能源产品。

终端能源是指供给 社会生产、非生产 和 生活中直接用于消费的各种能源。

典型的光伏发电系统由光伏阵列、蓄电池组、控制器、电力电子变换器和负载等组成。

光伏发电系统按电力系统终端供电模式分为 独立 和 并网 光伏发电系统。

风力发电系统是将风能转换为电能，由机械、电气和控制3大系统组合构成。

并网运行风力发电系统有恒速恒频和变速恒频两种运行方式。

风力机又称为风轮，主要有水平轴和垂直轴风力机。

风力同步发电机组并网方法有自动准同步并网和自同步并网。

风力异步发电机组并网方法有直接并网、降压并网和 晶闸管软并网。

风力发电的经济型指标主要有单位千瓦造价、单位千瓦时投资成本、财务内部收益率和财务净现值、投资回收期及投资源利用率。

太阳的主要组成气体为氢（约80%）和氦（约19%）。

太阳的结构从中心到边缘可分为核反应区、辐射区、对流区、太阳大气。

太阳能的转换与应用包括了太能能的太阳能的采集、转换、储存、传输和应用。

光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池 将太阳光能直接转化为电能。

光伏发电系统主要由太阳电池组件；充放电控制器、逆变器；蓄电池、蓄能元件及辅助发电设备3大部分组成。

太阳电池主要有单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池、碲化镉太阳电池、铜铟硒太阳电池5种类型。

生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。

天然气是指地层内自然存在的以碳氢化合物为主体的可燃性气体。

燃气轮机装置主要由燃烧室、压气机、轮机装置3部分组成。

自然界中的水体在流动过程中产生的能量，称为水能，它包括位能、压能、动能3种形式。

22.水能的大小取决于两个因素：河流中水的流量和水从多高的地方留下来。

简答题

简述能源的分类？

答：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水力、核能、电能、太阳能、生物质能、风能、海洋能、地热能、核聚变能。还可以分为：一次能源、二次能源、终端能源，可再生能源、非可再生能源，新能源、常规能源，商品能源、非商品能源。

什么是二次能源？

答：二次能源是指由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品。

简述新能源及主要特征。

答：新能源是指技术上可行，经济上合理，环境和社会可以接受，能确保供应和替代常规化石能源的可持续发展能源体系。新能源的关键是准对传统能源利用方式的先进性和替代性。广义化的新能源体系主要包涵两个方面:1、新能源体系包括可再生能源和地热能，氢能，核能；2、新能源利用技术，包括高效利用能源，资源综合利用，替代能源，节能。

简述分布式能源及主要特征。

答：分布式能源定义为：发电系统能够在消费地点或很近的地方发电，并具有：①高效的利用发电产生的废能生产热和电；②现场端的可再生能源系统；③包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循环利用系统。特征：高效性；环保性；能源利用的多样性；调峰作用；安全性和可靠性；减少国家输配电投资；解决边远地区供电。

简述风产生的原理。

答风是地球上的一种自然现象，是太阳能的一种转换形式，它由太阳辐射热和地球自转、公转和地表差异等原因引起的，大气是这种能源转换的媒介。地球表面被大气层所包围，当太阳辐射能穿越地球大气层照射到地球表面时，太阳将地表的空气加温，空气受热膨胀后变轻上升，热空气上升冷空气横向切入，由于地球表面各处受热不同，使大气产生温差形成气压梯度，从而引起大气的对流运动，风是大气对流运动的表现形式。

简述风力发电机组的分类。

答：从风轮轴的安装形式上：水平轴发电机组、垂直轴发电机组；按风力发电机的功率：微型、小型、中性、大型；按运行方式：独立运行、并网运行。

简述变速恒频风力发电系统的控制策略。

答：变速恒频风力发电系统的基本控制策略一般确定为：①低于额定风速时，跟踪最大风能利用系数，以获得最大能量；②高于额定风速时，跟踪最大功率，并保持输出功率稳定。

影响风力发电场发电量的因素主要有哪些？

答：影响发电量的因素主要有：①风电场的风能资源，包括风力机轮毂点的年平均风速、风速频率分布、主风向是否明显、空气密度等；②风电场风力发电机的排列应合理，应充分利用场地，减少风力机之间的影响，使整个风电场的发电量达到最优；③发电机的选型，应根据风资源情况选择合适类型的风力发电机；④风力发电场的运行管理水平。

简述光伏发电系统的孤岛效应。

答：当分散的电源如光伏发电系统从原有的电网中断开后，虽然输电线路已经断开，但逆变器仍在运行，逆变器失去了并网赖以参考的公共电网电压，这种情况称之为孤岛效应。

简述光伏发电系统的最大功率点跟踪控制。

答：最大功率点跟踪控制（MPPT）是实时检测光伏阵列的输出功率，采用一定的控制算法预测当前工作状态下光伏阵列可能的最大功率输出，通过改变当前的阻抗来满足最大功率输出的要求，使光伏系统可以运行于最佳工作状态。

生物质能通常包括哪六个方面？

答：1、木材及森林废弃物；2、农作物及其废弃物；3、水生植物；4、油料植物；5、城市和工业有机废弃物；6、动物粪便。

利用生物质能主要有哪几种方法？

答：1、直接燃烧方式；2、物化转换方式；3、生化转换方式；4、植物油利用方式。

简述我国发展和利用生物质能源的意义。

答：1、拓宽农业服务领域、增加农民收入；2、缓解我国能源短缺、保证能源安全；3、治理有机废弃物污染、保护生态环境；4、广泛应用生物技术、发展基因工程。

简述我国生物质能应用技术主要哪几个方面发展？

答：1、高校直接燃烧技术和设备；2、薪材集约化综合开发利用；3、生物质能的液化、气化等新技术开发利用；4、城市生活垃圾的开发利用；5、能源植物的开发。

简述燃气轮机的工作原理。

答：压气机将空气压缩后送入燃烧室，再跟燃料混合后燃烧，产生大量的高温高压气体，高温高压燃气被送入封闭的轮机装置内，并膨胀，推动叶片使机轴转动。

小型燃气轮机发电的主要形式有哪几种？

答：1、简单循环发电；2、前置循环热电联产或发电；3、联合循环发电或热电联产；4、整体化循环；5、核燃联合循环；6、燃机辅助循环；7、燃起烟气联合循环；8、燃气热泵联合循环；9、燃料电池——燃气轮机联合循环。

我国水力资源有哪些特点？

答：1、水力资源总量较多，但开发利用率低；2、水力资源地区分布不均，与经济发展不匹配；3、大多数河流年内、年际径流分布不均；4、水力资源主要集中于大江大河，有利于集中开发和规模外送。

典型的水电站主要由哪几部分组成？

答：水工建筑物；水轮发电机组；厂房；变电所；输电线。

1、分析双馈异步发电机变速恒频风力发电系统的工作原理。

答：工作原理可概括：发电机的定子直接连接在电网上，转子绕组通过集电环经AC-AC或AC-DC-AC变频器与电网相连，通过控制转子电流的频率、幅值、相位和相序实现变速恒频控制。为了实现变速，当风速变化时，通过转速反馈系统控制发电机的电磁转矩。使发电机转子转速跟踪风速的变化，以获得最大风能。为实现恒频输出，当转子的转速为n时，因定子电流的频率f1=pn/60±f2，由变频器控制转子电流的频率f2，以维持f1恒定。当发电机转子转速低于同步速时，发电机运行在亚同步状态，此时定子向电网供电，同时电网通过变频器向向转子供电，提供交流励磁电流；当发电机转子转速高于同步速时，发电机运行在超同步状态，定，转子同时向电网供电；当转子转速等于同步转速时，发电机运行在同步状态，f2=0，变频器向转子提供直流励磁，定子向电网供电，相当于一台同步发电机。

2、从广义化概念讲，新能源利用主要包括哪3个方面的内容？

答：1）综合利用能源。以提高能源利用效率和技能为目标，加快转变经济增长方式。2）替代能源。以发展煤炭洁净燃烧技术和煤制油产业为目标，降低对石油进口的依赖。3）新能源转换。大力发展以可再生能源为主的新能源利用体系，调整、优化能源结构。

分析笼型异步发电机变速恒频风力发电系统的工作原理。

答：其定子绕组通过AC—DC—AC变频器与电网相连，变速恒频策略在定子电路中实现。当风速变化时，发电机的转子转速和发电机发出的电能的频率随着风速的变化而变化，通过定子绕组和电网之间的变频器将频率变化的电能转换为与电网频率相同的电能。

分析同步发电机的变速恒频风力发电系统的工作原理。（图3-44）、

答：为了解决风力发电机中的转子转速和电网频率之间的刚性耦合问题，在同步发电机和电网之间加入AC—DC—AC变频器，可以使风力发电机工作在不同的转速下，省去调速装置。而且可通过控制变频器中的电流或转子中的励磁电流来控制电磁转矩，以实现对风力机转速的控制，减小传动系统的应力，使之达到最佳运行状态。其中Pw为风力机的输入功率；Pa为发电机的输入功率；If为励磁电流。

分析无刷双馈异步发电机的变速恒频风力发电系统的工作原理。

答：磁场调制型无刷双馈异步发电机的定子中的功率绕组直接与电网相连，控制绕组通过变频器与电网相连。图中P*和Q*分别为有功功率和无功功率的给定值；功率控制器根据功率给定与反馈值及频率检测信号按一定的控制规则输出频率和电流的控制信号。无刷双馈发电机的转子的转速随风速的变化而变化，以保证系统运行在最佳工况下，提高风能转化的效率。当发电机的转速变化时，由变频器来改变控制绕组的频率，以使发电机的输出频率与电网一致。

试分析大功率点跟踪控制（MPPT）的控制算法中扰动观察法的寻优过程，画出其控制流程。

答：根据光伏阵列工作时不间断地检测电压扰动量，即根据输出电压的脉动增量（±△U）的输出规律，测得阵列当前的输出功率Pd，而被储存的前一时刻输出功率被记忆为Pj，若Pd>Pj，则U=U+△U；若Pd<Pj，则U=U-△U。

试分析大功率点跟踪控制（MPPT）的控制算法中增量电导法的实现过程。

答：由光伏阵列的P-U曲线可知，当输出功率P为最大时，即Pmax处的斜率为零，可得，整理可得，即为光伏阵列达到最大功率点的条件，即当输出电压的变化率等于输出瞬态电导的负值时，光伏阵列即工作于最大功率点。增量电导法就是通过比较光伏阵列的电导增量和瞬间电导来改变控制信号，需要对光伏阵列的电压和电流进行采样。Un,In为检测到光伏阵列当前电压、电流值，Ub,Ib为上一控制周期的采样值。程序读进新值后先计算其与旧值之差，在判断电压差是否为零；若不为零，在判断式是否成立，若成立则表示功率曲线率为零，达到最大功率点；若电导变化量大于负电导值，则表示功率曲线斜率为正，Ur值将增加；反之Ur将减少。再来讨论电压差值为零的情况，这时可以暂不处理Ur，进行下一个周期的检测，直到检测到电压差值不为零。

下图（图5-4）所示为沼气内燃机发电系统的典型工艺流程，试分析此工艺流程。

答：构成沼气发电系统的主要设备有沼气发电机组、消化池粗气罐、供气泵、沼气锅炉、发电机和热回收装置。沼气经脱硫器由贮气罐供给燃气发电机组，从而驱动与沼气内燃机相连接的发电机而产生电力。沼气发电机组排出的冷却水和废气中的热量通过热回收装置进行回收后，作为沼气发生器的加温热源。从废水处理厂出来的污泥进入一次消化槽和二次消化槽，在消化槽中产生的沼气首先经脱硫器进入球形贮气罐，然后由此输送入沼气发电装置中。作为发电机组燃料的沼气中甲烷的含量必须高于50%，不必要进行二氧化碳的脱除，因为少量二氧化碳对发电机组有利，使其工作平稳，减少废气中有毒物的含量。从发电装置出来的废沼气进入热交换器中，将热量释放出来，用来加热进行厌氧发酵的污泥，从而提高沼气的发生率。

9、画出垃圾焚烧发电控制的系统框图，并分析其工作原理。

答：控制系统中的总协调控制器需要对垃圾焚烧全过程进行控制，包括控制方式的确定，并将逆变器控制的方式下达逆变控制器，将燃烧状态和要求下达燃烧控制器，起到整体的协调作用。逆变控制器采集公司电网的电压和相位等信号，并控制三相SPWM逆变器，实现同步并网，将发动机所发出的交变电能换成与电网同频率、同相位的交流电后，通过逆变匹配变压器输送到公共供电网络。而燃烧控制器采集相关的垃圾焚烧炉的温度、锅炉温度与压力、蒸汽轮机的转速及工作状态，并控制焚烧炉排的进给速度，保持焚烧系统的稳定。

下图（图6-4）所示为微型燃气发电机组控制与电源变换系统的总体结构，试分析介绍其系统组成和工作原理。

答：系统主要由微型燃机、燃料增压泵、中频发电机、大功率变频电源、蓄电池、双向DC--AC变换器、三相输出隔离变压器、自动控制系统和人机监控操作界面等环节构成。

原理：在开机启动阶段，先断开断路器K2、 使用户负载与逆变电源变压器一次侧隔离，闭合断路器K1，将100kw三相DC--AC变换器的输出和发动机相连，利用DC--AC变换器将蓄电池的直流电逆变成三相中频交流电启动中频发电机，此时发动机工作在电动状态，驱动微型燃机涡轮起动；100kw的三相主AC--DC变换器采用晶闸管可控整流模式，起动时控制系统将晶闸管触发延迟角a推到1800 ，使晶闸管处于截止状态，100kw三相AC--DC变换器停止变换，蓄电池通过双向DC--AC变换器向100kw三相DC--AC变换器提供直流电源，由变换器把直流电逆变为0~500Hz、400V的交流电，驱动发动机工作于电动运行模式，带动微型燃机软起动。起动结束后K1断开，发动机从电动状态变为发电状态，输出500~1200Hz、400~900V的三相中频交流电至100kw三相DC--AC变换器；经AC--DC变换器可控整流为幅值恒定的直流电源，再经电容滤波后，由100kw三相主DC--AC变换器将直流电压逆变换为50Hz、400V的工频电源；待完成起动系统稳定工作后，K2闭合，主DC--AC逆变器通过三相隔离变压器将50Hz、400V的工频电能提供给用户负载或并入公共电网；此后，双向DC--AC变换器从直流母线获取电能向蓄电池充电，蓄电池由放电转为充电蓄能状态，为下次起动储备能量。

试分析潮汐能发电原理（图8-1）。

答：潮汐发电是利用潮差来推动水轮机转动，再由水轮机带动发动机发电。潮汐发电必须选择有利的海岸地形，修建潮汐水库，涨潮时蓄水，落潮时利用其势能发电。

阐述电力系统中无功补偿的作用及常用方法。

答：作用：1) 减少电力损失　一般工厂动力配线依据不同的线路及负载情况，其电力损耗约2%～3%左右，使用无功功率补偿后提高了功率因数，总电流降低，可降低供电端与用电端的电力损失。(2) 改善供电品质　提高功率因数，减少负载总电流及电压降，提高供电设备容量的利用率。

(3) 延长设备寿命　改善功率因数后线路总电流减少，使接近或已经饱和的变压器、开关等机器设备和线路容量负荷降低，因此可以降低温升增加寿命。

方法：低压个别补偿：根据个别用电设备对无功功率的需要量将单台或多台低压无功补偿设备分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器；低压集中补偿：是指将低压无功补偿设备通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负载而直接控制无功补偿设备的投切；高压集中补偿:是指无功补偿设备直接装在变电所6~10kv高压母线上的补偿方式。

有懂逆变器的吗？我想问一下关于并网逆变器输出电压的问题

楼主的图上面清楚的表达者光伏输出直流，然后通过逆变转换为交流电，然后交流电进入变频器，变频器改变其频率输出到AC水泵。

这样的设计是合理的。也是唯一的。

光伏输出直流电到逆变器（直流电在远距离传送电能里面损耗小。）

逆变器输出交流到变频器（把直流电变成交流电输出给变频器）

变频器到电机（你的是AC交流水泵电机，变频器就是做到频率可调的控制电机的转速等等。）

这样的设计没错。唯一的方案就是这样的。

直流成交流必须要逆变，交流电控制电机转速 必须要有变频。

现在说功率：逆变器。逆变必不可少的是需要模式管，IGBT。这样才能进行直流对交流的转换。交流电的电流是直流电的百分之80。当直流电流100A的时候，交流电为80A。

第一个方案是选着55KW的一个逆变。你们做的控制是直接启动水泵电机。这样的话会导致水泵瞬间启动电流翻好几倍。逆变组件不选大一点的话会直接干掉里面的封装模式管 或者是IGBT。这样做是预防峰值冲击电流。

第二个方案是选着15KW的逆变组件，在使用11KW变频器。变频器的作用是什么？就是做到0冲击电流平稳启动电机。软启动电机对电网和逆变的冲击电流为0！！！！那么也就是说，这样的话那么逆变功率组件就可以选着相对大几个KW的功率即可。选大15KW，实际只用11KW，还有4个KW是留了一点余地的设计。这样的设计很好。思考的很全面。

太阳能光伏发电是21 世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源危机的重要手段之一，引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网 控制逆变器的工作过程，分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理，太阳能光伏逆 变器的并网原理及主要控制方式。 太阳能光伏发电是21 世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源危机的重要手段之一，引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网 控制逆变器的工作过程，分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理，太阳能光伏逆变器的并网原理及主要控制方式。

1 引言：

随着工业文明的不断发展，我们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源 已经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为 人们关注的热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能 等能源形式不断映入人们的眼帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式 得到了广泛使用，但也有人就其的环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前的 水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。风能的利用近些年来也是热点问 题，但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点，大规模并网对电网会形成一定 冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。在剩下的可再生 能源形式当中，太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储量丰富，每秒钟太阳要向地球输送相当于210 亿桶石油的能量，相当于全球一天消耗的能量。我国的太阳能资源也十分丰富，除了贵州高原部分地区外，中国大部分 地域都是太阳能资源丰富地区，目前的太阳能利用率还不到1/1000。因此在我国 大力开发太阳能潜力巨大。

太阳能的利用分为“光热”和“光伏”两种，其中光热式热水器在我国应用广 泛。光伏是将光能转化为电能的发电形式，起源于100 多年前的“光生伏打现象”。 太阳能的利用目前更多的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，预计到2013 年安装成本可降至1.5 美元/Wp，电价成本为6 美分/(kWh)，光伏并网已经成为可能。并网型光伏系统逐步成为主流。

本文主要介绍并网型光伏发电系统的系统组成和主要部件的工作原理。

2 并网型光伏系统结构

图1 所示为并网型光伏系统的结构。并网型光伏系统包括两大主要部分：其一，太阳能电池组件。将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能；其二，太阳能控制逆变器及并网成套设备，负责将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。根据功率的不同太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相；可带隔离变压器，也可不配隔离变压器。

太阳能控制逆变器及并网成套设备，主要包括控制器、逆变器以及监控保护单元组成。控制器主要实现太阳能电池板的最大功率跟踪，逆变器主要负责将控制器输出的直流电能变换成稳压稳频的交流电能馈送电网，监控保护单元主要负责发电系统安全相关问题如孤岛效应的保护，并及时与上位机通讯传递能量传输信息。

3 太阳能控制器及其原理

3.1 太阳能电池组件模型

图2 所示硅型光伏电池板的理想电路模型。其中，Iph是光生电流，Iph值与光伏电池的面积、入射光的辐射度以及环境温度相关。ID为暗电流。没有太阳光照射的情况下，硅型太阳能电池板的基本外特性类似于普通的二极管。暗电流是指光伏电池在没有光照条件下，在外电压的作用下PN结流过的单向电流。v为开路电压，RS为串联电阻一般小于1 欧姆，RSH为旁路电阻为几十千欧。

光伏电池的理想模型可由下式表示：

其中，v 为电池板热电势。

图3 表述在特定光照条件下电池板的伏安特性。阴影部分是电池板在相应条件下所能够输出的最大功率。太阳能电池板在高输出电压区域，具有低内阻特性，可以视为一系列不同等级的电压源；在低输出电压区域内，该电源有高内阻特性，可以视为不同等级的电流源。电压源与电流源的交汇处便是电池板在相应条件下的最大输出功率。在电池板的温度保持不变的情况下，这个极大功率值会随着光照强度的变化而变化，最大功率跟踪要求能够自动跟踪电池板的工作在输出功率极大的条件。

3.2 太阳能控制器电路拓扑

图4 为太阳能控制器的电路拓扑结构，从原理上说是以及升压斩波器，通过调整开关器件S 的占空比，调节电池板的等效负载阻抗，实现对电池板的最大功率跟踪功能。

3.3 最大功率跟踪方法

最大功率跟踪技术有两种技术路线：其一是CVT 技术，控制电池组件端口电压近似模拟最大功率跟踪，这种方法原理简单但是跟踪精度不够；其二是MTTP 技术，实时检测光伏阵列输出功率，通过调整阻抗的方式满足最大功率跟踪。目前，太阳能逆变器厂家广泛采用的MPPT 技术。目前，常用的MTTP 方法有两种。

（A ）干扰观测法（PO）：

干扰观测法每隔一定时间增加或减少电压，通过观测功率变化方向，来决定下一步的控制信号。如果输出功率增加，那么继续按照上一步电压变化方向改变电压，如果检测到输出功率减小，则改变电压变化的方向，这样光伏阵列的实际工作点就能逐渐接近当前最大功率点。如果采用DC/DC 变换器实现MPPT 控制，在具体实施时应通过对占空比施加扰动来调节光伏阵列输出电压或电流，从而达到跟踪最大功率点的目的。如果采用较大的步长对占空比进行“干扰”，这种跟踪算法可以获得较快的跟踪速度，但达到稳态后光伏阵列的实际工作点在最大功率点附近振荡幅度比较大，造成一定的功率损失，采用较小的步长则正好相反。

（B）电导增量法（INC）：

光伏电池在最大功率点Pm处dP/dU=0，在Pm两端dP/dU均不为0。

而

则有

要使输出功率最大，必须满足（4 ）式，使阵列的电导变化率等于负的电导值。首先假设光伏阵列工作在一个给定的工作点，然后采样光伏阵列的电压和电流，计算Δv =v (n) - v (n-1)和Δi =i (n) - i (n-1)，其中(n)表示当前采样值，(n-1)为前一次的采样值；如果Δv=0，则利用Δi 的符号判断最大功率点的位置；如果Δv≠0，则依据Δi /Δv +I /V 的符号判断。

这种跟踪法最大的优点是当光伏电池的光照强度发生变化时，输出端电压能以平稳的方式追随其变化，电压波动较扰动观测法小。缺点是其算法较为复杂，对硬件的要求特别是对检测元件的精度要求比较高，因而整个系统的硬件成本会比较高。

4 太阳能逆变器及其工作原理

太阳能逆变器的电路拓扑如图5 所示，5-a)是单相并网逆变器电路拓扑，5-b)是三相并网逆变器电路拓扑。从电路拓扑结构上看属于电压型控制逆变电路。从控制方式上属于电流控制型电路。

4.1 电路的基本工作原理

以图6 的单相光伏逆变电路分析。

按照正弦波和载波比较方式对S -S 进行控制，交流侧AB处产生SPWM波1 4 ，u 中含有基波分量和高次谐波，在L 的滤波作用下高次谐波可以忽略，当

AB AB Su 的频率与电网一致时，i 也是和电网一致的正弦波。在电源电压一定的条件下，

AB s i 的幅值和相位仅有u 的基波的幅值和相位决定，这样电路可以实现整流、逆变

s AB以及无功补偿等作用。图7 所示是电路的运行向量图，其中7-a)是整流运行，7-b)是逆变运行，7-c)是无功补偿运行，7-d)是I 超前φ角运行。单相光伏逆变器工作

s 在7-b)状态。

4.2 电路的基本控制方法

光伏逆变器对于功率因数有较高要求，为了准确实现高功率因数逆变，需要对输出电流进行控制，通常的电流控制方式有两种：其一是间接电流控制，也称为相位幅值控制，按照图7 的向量关系控制输出电流，控制原理简单，但精度较差，一般不采用；其二是直接电流控制，给出电流指令，直接采集输出电流反馈，这种控制方法控制精度高，准确率好，系统鲁棒性好，得到广泛应用。

5 监控保护单元简介

监控保护单元的主要作用有：

保护发电设备的安全以及电网的安全；

型代表，如何准确测定孤岛效应也是监控保护单元的重要作用；

区，智能电量管理和系统状况检测上报也是光伏发电系统需要重点考虑的因素。

5.1 并网保护装置

并网保护装置主要实现以下保护功能：低电压保护、过电压保护、低频率保护、国频率保护、过电流保护以及孤岛保护策略等内容。通常大型光伏电站需要设置冗余保护装置，保证系统故障时及时处理。

5.2 孤岛检测技术

孤岛效应是指并网逆变器在电网断电时，并网装置仍然保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态。当电网的某一区域处于光伏发电的孤岛状态时电网将不再控制这个电力孤岛的电压和频率。孤岛效应会对光伏发电系统与电网的重连接制造困难，同时可能引起电气元件以及人身安全危害，因此孤岛效应必须避免。目前常用的孤岛效应检测方法主要有两种，分别是被动检测方法和主动式检测方法。

(A)被动式孤岛检测：

孤岛的发生和电网脱离时的负载特性及与电网之间的有功和无功交换有很大的关系。电网脱离后有功的波动会引起光伏系统端口电压的变化，无功的波动会引起光伏系统输出频率的变化。电网脱离后，如果有功或者无功的波动比较明显，通过监测并网系统的端口电压或者输出频率就可以检测到孤岛的发生，这就是被动式孤岛检测方法的原理。然而在电网脱离后，如果有功和无功的波动都很小，此时被动式检测方法就存在检测盲区。

（B ）主动式孤岛检测：

主动式孤岛检测方法中用的比较多的是主动频移法（AFD ），其基本原理是在并网系统输出中加入频率扰动，在并网的情况下，其频率扰动可以被大电网校正回来，然而在孤岛发生时，该频率扰动可以使系统变得不稳定，从而检测到孤岛的发生。这类方法也存在“检测盲区”，在负载品质因数比较高时，若电压幅值或频率变化范围小于某一值，系统无法检测到孤岛状态。另外，频率扰动会引起输出电流波形的畸变，同时分析发现，当需要进行电能质量治理时，频率的扰动会对谐波补偿效果造成较严重的影响。智能电量管理及系统状况监控系统大型光伏电站由于地处偏远地区，常常为无人值守电站。为了准确计量电站的电能输出及系统运行状况需要设立智能电量管理及系统状况监控系统。系统往往基于计算机数据处理平台以及互联网技术将分散的发电系统信息收集到集中控制中心进行数据分析处理工作，这部分的工作原理及系统结构在本文中不在详述。

6 结语

本文主要介绍了光伏并网系统的结构，分析了其主要组成部件的系统框图、功能。给出了最大功率跟踪的基本原理，分析了光伏逆变器的主要电路拓扑结构及控制方式。太阳能光伏发电技术作为有可能彻底改变人们生活的朝阳技术，拥有美好的未来，让我们共同期待光伏技术在明天为人类做出更大的贡献。