现代电力电子 赵争鸣

台达电力电子科教发展计划重大项目之一兆瓦级光伏并网发电关键技术研究兆瓦级光伏并网发电关键技术研究（第一阶段研究工作报告）（第一阶段研究工作报告）报告人：赵争鸣项目组成员：贺凡波，雷一，邓夷，-No.1-项目组成员：贺凡波，雷，邓夷，袁立强，孙晓瑛，鲁挺Univ.DEEAET清华大学电机工程与应用电子技术系TsinghuaU2009-052010年9月主要内容一主要调研内容一.主要调研内容二光伏并网存在的问题二.光伏并网存在的问题三光伏阵列建模及其分析三.光伏阵列建模及其分析四并网谐波放大及其分析四.并网谐波放大及其分析五.几点看法Univ.-No.2-五.几点看法TsinghuaU2009-05一、主要调研内容Univ.-No.3-TsinghuaU2009-05数据来源‡欧盟、美国能源部官方市场报告（可信度高）：„JointResearchCenter,EuropeanCommissionPVStatusReport,pp2009[报告].-August2009.„NREL2008SOLARTECHNOLOGIESMARKETREPORT[报告].-January20102010.„NRELOPENPV[联机].-March2010年.-openpv.nrel.gov.‡企业公开资料数据包括公司财务年报公司官方网站资料（可信度高）：‡企业公开资料数据，包括公司财务年报，公司官方网站资料（可信度高）：‡媒体相关技术、项目的报道，市场调研公司公开报告（数据较庞杂，质量参差须相互印证梳理筛选）差，须相互印证、梳理、筛选）„GreenTechMediaInc.GROWTH,MARKETSHAREANDDYNAMICCHANGEINTHEPV[报告].-September2009.Univ.-No.4-[报告]p„iSuppli[报告].-2009；„PV-TECHSMAMarcketNews[报告].-October25,2009.TsinghuaU2009-05„SolarbuzzMARKETBUZZ2010[报告].-March15,2010.全球光伏市场快速发展从2000-2009年的市场数据中，可以看到光伏市场的持续增长，其中稳定增长，市场份额比较大的国家有：德国、日本、美国。2008年全球光伏并网系统装机总容量约为5.8GW；根据昀新的市场数据，2009年全球光伏系统装机总容量（并网+离网）约为6.43GW(Solarbuzz,March15,2010）：1.西班牙Spain：2007年560MW到2008年2.5–2.7GW（爆炸性的增长源于国家政策的推动）2008年全球光伏并网系统装机总容量约为5.8GW政策的推动）2.德国Germany：1.5GW3.美国US：342MWUniv.-No.5-4.韩国SouthKorea：282MW5.意大利Italy：258MW6.日本Japan：230MW.TsinghuaU2009-05日本p数据来源：Joint Research Center, European Commission, August 2009中国光伏市场突飞猛进，发展不平衡中国的太阳能光伏产业在近几年迅速崛起，但太阳能光伏应用市场与太阳能光伏电池制造业的成长并不平衡，主要体现在：‡中国已是世界太阳能光伏电池三大生产国之一，2008年产能为2.4GW，占世界产能的32%；‡中国光伏发电装机总容量从2004年到2009年增加了15倍但2009年光伏发了15倍，但2009年光伏发电装机总容量仍仅为160MW，只占世界装机总Univ.-No.6-资料来源SolarbuzzMarch152010容量6.43GW的2.48%；TsinghuaU2009-05资料来源：Solarbuzz, March 15, 2010国内大型光伏并网发电站快速发展近几年来，国内几家兆瓦级光伏并网电站先后开工或建成。2008年12月昆明2008年12月昆明166MW光伏并网发电工程正式开工2008年宁夏发电集团MW光伏电站并网仪式Univ.-No.7-TsinghuaU2009-052008年12月大唐甘肃我国第一个荒漠化并网型光伏电站并网发电中国光伏市场的推进‡《国家能源发展规划》；‡国家发改委重新制定2020年中国光伏市场目标:20GW（原为5GW）；‡国家发改委重新制定2020年中国光伏市场目标:20GW（原为5GW）；‡《新能源振兴规划》明确指出，到2020年中国光伏发电的装机总量将达到2000万千瓦（20GW）；‡《中华人民共和国可再生能源法》及其实施细则确定了发展光伏的三条主要原则：全额收购可再生能源并网发电项目的上网电量上网电价按照成本加合理利润的原则确定上网电价的差额在全网中分摊源并网发电项目的上网电量；上网电价按照成本加合理利润的原则确定；上网电价的差额在全网中分摊。我国的太阳能光伏发电与欧我国的太阳能光伏发电与欧洲等国家以“分散开发、低电压就地接入”的发展方式不同，呈现出“以大规模集中开发、中高压接入”与“分散发低电压就地接Univ.-No.8-“十五”期间太阳能发电重点领域和区域“分散开发、低电压就地接入”并举的发展特征。TsinghuaU2009-05“十一五”期间太阳能发电重点领域和区域二.光伏并网存在的问题Univ.-No.9-TsinghuaU2009-05当前光伏并网存在的主要问题（从电力系统角度来看）‡电压和频率„间歇性电源的接入影响稳态电压分布和系统电压波动；„对于大规模接入的分布式光伏电源，由于其有功出力具有随机性，如果不加控制会引起系统频率偏移；‡潮流„光伏发电系统接入配电网后，特别是从负荷侧接入后，则会导致整个网络的负荷分布发生变化；„光伏发电系统的随机变化特性会导致并网后的各种负荷分布情况交替出现，这使系统潮流也具有定的随机性此时传统潮流算法将不再适用系统潮流也具有一定的随机性，此时传统潮流算法将不再适用；‡电能质量伏接会来各扰影响统质主在Univ.-No.10-„光伏发电电源接入配电网后，会带来各种扰动，影响系统电能质量，主要体现在电压闪烁和谐波、电压脉冲、浪涌、电压跌落、频率偏移、瞬时供电中断等动态电能质量问题；TsinghuaU2009-05电能质量问题；当前光伏并网存在的主要问题（从电力系统角度来看）‡继电保护„引入光伏发电电源后，配电网将成为一个多电源系统，这要求继电保护设备具有方引入光伏发电电源后，配电网将成为个多电源系统，这要求继电保护设备具有方向性，因此需重新考虑继电保护装置的设计和应用思路；‡故障处理与可靠性分析„系统可靠性与光伏电源的接入位置、接入方式、运行方式、电源特性等密切相关；‡优化调度与协调运行„应研究大规模分布式光伏电源接入后对配电网的影响机理，探讨配电网对此类大规模分布式电源的消纳能力以及光伏电源出力与配电网主电源出力平衡的协调控制策略和方法；„在高级配电运行框架下，需要开展光伏发电系统的互联和接口研究、混合式并网发电系统的工作模式研究以及在不同负载不同电网电价波动情况下的昀优控制策略Univ.-No.11-电系统的工作模式研究以及在不同负载、不同电网电价波动情况下的昀优控制策略研究等；TsinghuaU2009-05光伏阵列存在的问题——温升，光伏组件的杀手1几百kW级光伏组件实例数据1、几百kW级光伏组件2、发电效率极低（18％）3、安装不合理算并网发电系统发电量统计表4、温升计算估计不足。20090310发电功率2000并网发电系统发电量统计表太阳辐射功率W/2理论日发电量Wh实际日发电量Wh系统效率当日最高温度℃800100012001400160018002000设计发电功率实际发电功率温度*10W/m2度3月日平均31193871402781750.72654月日平均39054847002459200.518002004006005:456:307:158:008:459:3010:1511:0011:4512:3013:1514:0014:4515:3016:1517:0017:4518:3019:1520:0020090602发电功率Univ.-No.12-5月日平均36054474631735800.39836月日平均39914953751366330.28857月日平均2982370135650640181051500200025003000设计发电功率实际发电功率温度*10TsinghuaU2009-057月日平均2982370135650640.18105平均3520.4436962.61798740.4183.6050010005:456:156:457:157:458:158:459:159:4510:1510:4511:1511:4512:1512:4513:1513:4514:1514:4515:1515:4516:1516:4517:1517:4518:1518:4519:1519:45光伏电站起火事故频发*2009年国际电工技术委员会（IEC）统计：欧洲和美国已经发生10余起光伏电站起火事故10余起光伏电站起火事故。主要原因：电弧，温度过高等。*更重要的是难以扑灭大火都是带高压电去不掉*更重要的是难以扑灭大火，都是带高压电，去不掉。BakersfieldCalifornia,BakersfieldCalifornia,April2009April2009Univ.-No.13-““ThermalEvent”PVUSA,ThermalEvent”PVUSA,Davis,CaliforniaDavis,CaliforniaJune2009June2009TsinghuaU2009-05Buerstadt/GermanyJune2009June,2009June,2009多机并联运行产生谐波放大问题™由6台55kW的逆变器并联组成一台330kW的逆变器，3台这样的330kW逆变器组成1MW变换装置。™一共并联了18台逆变器，LC滤波各自独立，共用一台变压器并网。™太阳能面板铺设在邻近的几个建筑屋顶。实际兆瓦级光伏电站在光伏电站在30%和80%出力情况下的并网电流实并网电流实测波形。——宁夏石嘴山Univ.-No.14-宁夏石嘴山10MW光伏电站波形TsinghuaU2009-05三.光伏阵列建模及其分析Univ.-No.15-TsinghuaU2009-05光伏阵列建模1、光伏阵列（1）光伏阵列数学模型shDDRSCRVIII++=转换效率RSIRsRLDRIVV∗+=()⎫⎧⎤⎡q转换效率短路电流空载电压VOCRLIDRshIshIL(ISC)()⎭⎬⎫⎩⎨⎧−⎥⎦⎤⎢⎣⎡−=1expsRLODRIVAkTqII⎟⎞⎜⎛1lSCIAkTV温度特性弱光性衰减率太阳能电池的等效电路图⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=1lnOSCOCIqAkTV太阳能电池的数学模型衰减率寿命Univ.-No.16-TsinghuaU2009-05单晶、多晶非晶薄膜透明化合物(CIS)光伏阵列组合存在的问题——多极值问题werwervoltagepowvoltagepowggrrpowerpowervoltagevoltage单个光伏组件特性与大规Univ.-No.17-power模组合光伏阵列特性并不一样?MPPT控制就不一样。TsinghuaU2009-05voltagepMPPT控制就不样。光伏阵列建模„模型实现阳极光照强度温度阴极温度Univ.-No.18-PSIM下的光伏电池模型TsinghuaU2009-05PSIM下的光伏电池模型光伏阵列组合模型分析„光伏组件组合特性——两组件串联件合特件串联30160(V)2025ShadedPVNormalPVTotalW)100120140ShadedPVNormalPVTotalVoltage(51015Power(W20406080Current(A)024680Current(A)02468020Univ.-No.19-两组件串联输出特性(A)电压(B)功率TsinghuaU2009-05光伏阵