1、<p>　　直流微電網光伏模擬器研究</p><p><b>　　一、課題來源</b></p><p>　　目前世界范圍內的國家都已煤、石油、天然氣等化石能源為主。但這些 化石能源都是不可再生且及其有限的能源。據聯(lián)合國能源署的報告稱，以目 前地球上各國開采化石能源的速度和地球化石能源的存儲量來計算，煤炭資 源可供開采 30 年，石油資源可供開采 30 年，天

2、然氣資源可供開采 50 年。 可以說未來五十年，人類將把地球上幾億年儲存的化石能源消耗殆盡。而且 開采能源也會引發(fā)一系列的環(huán)境問題?？梢哉f人類面臨的不僅僅是能源的匱 乏，還有生存環(huán)境的挑戰(zhàn)。在這種環(huán)境下開發(fā)新的清潔能源是迫在眉睫。</p><p>　　目前來說，最為清潔可靠的可再生能源當屬太陽能。太陽能獲取簡單方 便，人類取之不盡。據相關計算，太陽每一秒鐘發(fā)出的能量相當于地球上 1.3 億億噸煤燃燒產生的熱量，而

3、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，而其發(fā)電形式多種多樣，不會受到空間地域的影響。從上個世 紀開始，各國已經開始了對太陽能的研究利用。上世紀 90 年代許多國家開 始實行光伏屋頂計劃，開始了對太陽能的開發(fā)利用。但是總體來講對太陽能 的利用還遠遠不夠，因而研究出高效的太陽能發(fā)電系統(tǒng)是十分有必要的。</p><p>　　對于太陽

4、能的開發(fā)利用主要需要解決其轉換效率的問題。由于地區(qū)天氣 變化，太陽能光伏陣列所處的環(huán)境光強溫度是不斷變化的。在不同的環(huán)境下， 光伏陣列的工作效率也不同。研究在各種環(huán)境下太陽能光伏陣列的工作狀況 是提高太陽能光伏陣列轉化太陽能效率的關鍵。但是由于光伏陣列占地面積 大、研究周期長、耗費資金巨大等問題，給光伏發(fā)電的發(fā)展造成了很大的影 響。為了解決太陽能光伏發(fā)電研究成本高、效率低的問題，加快新能源的開 發(fā)研究與開發(fā)，早日解決全球能源匱乏和環(huán)境污

5、染等問題，設計出一種直流 微電網光伏模擬器來滿足生產、教學、科研的需要，因而提出本課題。</p><p>　　二.研究的目的和意義</p><p>　　1、本課題的研究目的</p><p>　　太陽能的大規(guī)模應用將會是 21 時間的一個重要標志，日益惡化的環(huán)境</p><p>　　使人們認識到對于新能源的開發(fā)利用的重要性。目前，傳統(tǒng)的石化能源

6、與經 濟、環(huán)境的矛盾越來越突出。能源是經濟與社會發(fā)展的基本動力，但由于常 規(guī)能源有限性和分布不均衡，造成世界上大部分國家的能源供應不足。為了 解決能源需要和社會矛盾環(huán)境問題，研究直流微電網光伏發(fā)電就變得十分重 要。本課題研究直流微點網光伏模擬器，可以方便解決太陽能可以困難等問 題，而且在光伏發(fā)電領域加入對直流微電網的應用更加能將節(jié)能環(huán)保做到更 好。直流微電網與光伏發(fā)電都是未來全球能源發(fā)展的主流，開發(fā)這兩方面的 技術可以對經濟發(fā)展起到較為

7、積極的作用。</p><p>　　在本課題中，將太陽能發(fā)電作為直流微電網中的一種微源。直流微電網 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、風力發(fā)電等微電源通過一個集中的 DC/AC 換流裝置與大電 網相連，這部分結構與交流微電網較為不同。通過光伏模擬器加快對太陽能 光伏發(fā)電的快發(fā)，通過直流微電網更加有效的對光伏發(fā)電產生的電能進行使 用，將新能源的開發(fā)利用與節(jié)能環(huán)保結合起

8、來共同發(fā)展。 2、本課題的研究意義</p><p>　　由于直流微電網是通過一條公共直流母線將所有的微電源鏈接起來，故 而相比于交流微電網，直流微電網具有以下幾點優(yōu)勢：（1）直流微電網系統(tǒng) 成本和損耗將大幅度減少。在直流微電網中，直流母線與各種微型電源的連 接形式更為方便、簡單。不需如同交流電網那樣考慮電源的輸出電壓的頻率、 相位等。直流微電網只需經過一次 DC/DC 或者 AC/DC 變流轉換，而且直流 母線與

9、大電網之間的連接也只需經過一次 DC/AC 逆變裝置，可以說直流微電 網將使供電系統(tǒng)更加簡單可靠。（2）直流微電網中各微電源更容易實現(xiàn)協(xié)調 控制?？刂浦绷魑㈦娋W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。（3）與交流微電網相比，直流微電網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）在先進的配電系統(tǒng)中，如 果能應用直流微電網，可以把太陽能光伏發(fā)電所產生的直流電直接提供給家 庭或者企業(yè)的電子設施，能

10、夠更加有效的利用太陽能。</p><p>　　研究直流微電網光伏模擬器，將對光伏發(fā)電的發(fā)展起到積極的推動作用， 也是現(xiàn)今人類解決能源問題、環(huán)境問題的一種解決思路。</p><p>　　三、國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　近幾年，國際上光伏發(fā)電發(fā)展速度很快，美國、 以及日本制定了龐大 的光伏發(fā)電發(fā)展計劃。直流微電網光伏發(fā)電系統(tǒng)也受到廣泛關注。1997 年

11、美 國提出“百萬屋頂計劃”，美國連續(xù)三年光伏產業(yè)均高于 30%。1974 年比本執(zhí) 行“陽光計劃”，投資 5 億美元，一躍成為世界太陽電池的生產大國。1997</p><p>　　年又宣布 7 萬光伏屋頂計劃，到 2010 年將安裝 7600MW 太陽電池。 我國的光伏發(fā)電系統(tǒng)也發(fā)展迅速。從 20 世紀 80 年代，我國太陽能光伏</p><p>　　技術迅速發(fā)展，以每年 30%-40%的

12、速度持續(xù)高速度增長。特別是 2002 年近 800 個無電鄉(xiāng)政府用電問題被解決。一直到今天，國內五大發(fā)電集團也將發(fā)展光 伏發(fā)電作為一項主要的工作在發(fā)展。總體來說我國光伏發(fā)電發(fā)展速度快，但 是和國外還有一定差距。</p><p>　　對于微電網技術，現(xiàn)在研究走在前列的也是經濟發(fā)達的國家。在美國從 城市到農村都有微電網的應用。美國加州分布式電源綜合測試項目是美國首 個微電網商用項目，包含各類光伏電池、蓄電池等微電源。

13、而美國 MADriver 鄉(xiāng)村微電網雖然分布式微源較少，但也已經投入商業(yè)用途。在日本，仙臺微 電網、愛知微電網、京都微電網等都已經投入使用。為日本能源供給多樣化、 環(huán)?；龀隽司薮筘暙I。</p><p>　　我國的微電網技術還處于起步階段，國家能源局也計劃在“十二五”期 間建設 30 個微電網示范工程，各級政府已經出臺了一些支持性政策，自下而 上推動力越來越顯著。在國家 863 和 973 計劃中都分別支持了微電

14、網的研究 合肥工業(yè)大學于 2006 年建成全國第一個微電網實驗室，主要研究內容包括： 分布式發(fā)電系統(tǒng)電能質量問題；分布式發(fā)電系統(tǒng)仿真的動態(tài)模型和穩(wěn)態(tài)模型； 分布式發(fā)電系統(tǒng)安全經濟運行分析與能量管理等。2007 年 11 月，意大利環(huán) 境國土與海洋部與上海交大太陽能發(fā)電機制冷教育部工程研究中心聯(lián)合啟動 了中意綠色能源建筑實驗室建設，將實施太陽能、風能、分布式能源系統(tǒng)的 微電網集成系統(tǒng)、樓宇冷熱電聯(lián)產技術、零排放節(jié)能住宅等先進建筑能源系 統(tǒng)

15、。總的來說，微電網技術滿足我國未來能源發(fā)展的需要，也必將為我國的 能源事業(yè)做出重要貢獻。</p><p>　　四、本課題采用的實施平臺及課題擬采用的路線、方針</p><p>　　本設計主要對光伏發(fā)電系統(tǒng)中的直流微電網光伏發(fā)電的模擬研究，研究 國內外直流微電網光伏發(fā)電的發(fā)展和發(fā)展方向。設計中對直流微電網與光伏 模擬器有充分全面的介紹，且利用數學物理建模得出太陽能電池的模型，使 用 MATL

16、AB 軟件對太陽能電池的輸出特性曲線進行仿真驗證。設計中研究了一 種數字的光伏模擬器，這種模擬器使用 TMS320F28335 控制器，系統(tǒng)硬件包 括功率電路、檢測電路、驅動電路。該模擬器的核心部分是光伏陣列特性跟 蹤，也就是輸出工作點的確定。這個輸出工作點就是光伏輸出特性和負載特 性曲線的交點，不同的負載伏安特性曲線不同曲線的交點也就不一樣。控制 模塊需要通過一定的算法來迅速找到這些工作點，讓系統(tǒng)穩(wěn)定在這個工作點 上，當負載或者光伏曲

17、線變化時，模擬器可以快速找到新的工作點并且穩(wěn)定 運行。利用該系統(tǒng)是研究直流微網實驗系統(tǒng)，這個系統(tǒng)將光伏模塊發(fā)出的電 接入到 48V 的直流母線中，在直流母線上還有超級電容、蓄電池等儲能模塊 及三相逆變模塊，系統(tǒng)中光伏模擬器接入具有最大功率跟蹤功能的 BOOST 電路，故而這個光伏模擬器能夠迅速穩(wěn)定工作在最大功率點。</p><p><b>　　五、進度安排</b></p>&l

18、t;p>　　主要包括課題調研及查閱資料，開題報告，畢業(yè)論文（設計）撰寫，畢 業(yè)論文（設計）答辯和評分等階段。</p><p>　　第一階段：材料搜集階段 時間安排：2013年12月11日——2013年12月30日</p><p>　　第二階段：討論分析實驗階段 時間安排：2014年1月1日——2014年4月1日</p><p>　　第三階段：論文初稿形成階段

19、時間安排：2014年4月2日——2014年5月10日</p><p>　　第四階段：論文修改階段 時間安排：2014年5月10日——2014年5月20日</p><p>　　第五階段：論文答辯及裝袋階段</p><p>　　時間安排：2014 年 5 月 20 日——2014 年 6 月 2 日</p><p><b>　　六、參考

20、文獻</b></p><p>　　[1]錢 伯 章 . 世 界 能 源 消 費 現(xiàn) 狀 和 可 再 生 能 源 的 發(fā) 展 趨 勢 ( 上 )[J] ， 節(jié) 能 與 環(huán) 保.2006(3):8-11.</p><p>　　[2]吳理博.光伏并網逆變系統(tǒng)綜合控制策略研究及實現(xiàn)[D].清華大學博士學位論 文.2006.</p><p>　　[3]李華

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