【《太阳能光伏发电系统分析》开题报告文献综述7100字】.docx

太阳能光伏发电系统分析开题报告文献综述1 .选题来源和选题依据我国经济的高速增长和人民生活水平的不断提高，我国人均能耗将长时间处于上升阶段。能源需求量的不断增长与常规能源的相对匮乏所形成的矛盾，已经成为我国经济持续发展的严重阻碍。为缓解我国能源供需矛盾，如何有效的开发利用我国潜在能源，促进我国可再生能源技术的快速发展，进而保障我国经济可持续发展已经成为我国亟待解决的重要课题之一。另外，从可持续发展和降低环境污染观点看，微型电网是我国的必然选择。总的来说，不管从国家能源战略和能源市场方面,还是从用户需求和电力市场来看，微型电网均提供了一种理想的技术和市场整合方案。同时，随着电力市场化改革的不断深入，燃煤发电和核能发电也面临着环境成本和经济成木的不断增大，因此对可再生能源等分布式发电技术的需求显得越发迫切。微网的运行方式十分灵活，无论是与主网联合运行还是独立运行都能凸显其优势。此外，根据电网电价、微电源发电成木、微网负荷结构和需求量等编制运行计划可降低微网总体运行成木，这对联合电力系统的经济运行也是十分有利的。2 .国内外研究动态当今世界各国特别是发达国家对于光伏发电技术十分重视，针对其制定规划，增加投入，大力发展。(1)日本日本新能源发展组织在2004年6月发表的面向2030光伏路线图的综述中提出，日本国内累计安装太阳能电池组件容量到2010年将为4.82GW,到2030年要达到100GW,届时日本所有住宅消费的电力中将有50%由太阳能光伏发电提供,大约占全部电力供应的10%。预计到2010年电池组件成本降到100日元/W。(2)欧盟欧共体联合研究中心在2007年9月发表的PVStatusReport2007中指出2006年光伏发电量达到了2529MW,年增长率超过了40%,市场营业额为120亿欧元，目前已成为增长最快的产业之一，预计在2010年的市场营业额将达到400亿欧元。(3)美国2006年底，美国能源部宣布设施President,SSolarAmericanInitiative计划。在2007财政年度，用于支持太阳能发电的预算为1.48亿美元，比前一年增加了80%,目标是在10内使太阳能发电的价格降低到能与常规电力相竞争。(4)中国近年来，在欧洲光伏市场的拉动下，中国的光伏生产能力迅速增长，在2003年后，中国的太阳能电池年增长量都成倍增加，增长率远超过其他各国。而2008年3月3日中国国家发改委发布了可再生能源发展“十一五”规划，对“十一五”期间可再生能源的发展做了全面的规划和部署，提出到2010年可再生能源在能源消费中得比例要达到10%,全国可再生能源年利用量达到3亿吨标准煤。现如今在我国，太阳能热水器得到广泛的使用，这预示着太阳能新时代必将到来。目前世界各国对光伏发电这种绿色发电技术做了大量研究和有益的探索，这些研究工作主要包括光伏发电的并网运行和孤岛运行以及两种运行模式的平滑转换技术，光伏阵列的最大功率点跟踪、孤岛检测技术和逆变器的控制策略等，有力的促进了光伏能源的利用及其产业化和市场化进程。但是对于光伏发电微网控制策略的研究还很少，因此，对于光伏发电微网控制方法的还需要做进一步的研究。3 .课题的研究意义目前的太阳能光伏发电出现了很大的发展，但是其缺点依然明显，光伏太阳能发电的光电转换率偏低，其自身的制作成本高。微电网灵活的运行方式与高质量的供电服务，必须得有优良的控制系统作为支撑，而控制技术正是微电网的关键技术之一。微电网整体意义上来讲为一个小型网络，却也是大电网系统的一个微小单元,为大电网的一个可控单位，但是若微网单独运行时，可实现大电网的全部功能。但是微电网相比于大电网而言，其自身单独运行时，很难实现对于网内负荷变化的快速跟踪，使得微网内的电压与频率波动时，微网自身很难保证其运行的稳定性。但是微网与大电网的并网运行时，可以通过大电网抗波动性能来维持整体网络的动态平衡。因此，微网的控制与稳定实现对于电网整体有着重要的意义。4 .本文的研究工作（1）结合已有的广泛系统的数学等效模型，结合实际的太阳能电池的自身参数，通过数学函数实现Matlab/Simulink下的仿真，通过仿真分析获取相应的光伏电池的输出特性曲线，与实际情况进行比较，验证仿真分析的可靠性。之后使用MPPT算法对于仿真分析结果进行深入的研究，有效获取跟踪算法来实现光伏电池的最大功率点输出，从而得出系统的总体设计框架。（2）对于两级式的光伏系统在微电网中的问题研究时，设置相应的前级参数之后，结合光伏系统本身的特殊性，进行光伏系统在运行过程的仿真，并对于其运行性能进行分析。（3）详细分析了后级逆变器的控制方式，通过对于并网参数的理论分析，构建了微网运行状态下控制模型的仿真，实现了并网模式运行转换到孤岛运行的过程仿真分析。（4）通过对于两种带负电荷运行的微电源进行仿真计算，主要在于模拟切换不同控制方式时，微电网的稳定运行状况，其计算结果表明，微电网在控制方式的切换过程中可以有效保证其稳定运行。（5）通过理论分析了微电网的孤岛运行过程，并结合我国对于微电网运行的标准以及国际通用标准，通过逆变器控制下的微电网反孤岛效应能力进行了检测，通过实践表明相关的反孤岛检测方式可以有效的实现避免微网的孤岛效应。5 .本文的技术路线本课题针对P/Q控制、V/F控制、传统的下垂控制、倒下垂控制等控制策略进行了对比分析。并指出这些策略不适宜下应用在光伏微网系统。考虑到改善微电网的稳定性，最大限度地限制过流情况发生等方面问题，本文采用倒下垂控制与下垂控制相结合的综合控制策略。通过对光伏逆变微网系统建模并仿真发现，该策略能够实现微电网在网络结构及状态转换过程的无缝切换，同时也为不同响应时间的储能装置选择合适的控制策略提供了可能性。图2太阳能光伏发电原理图6 .课题预期成果与形式课题预期成果是依据微网的运行特征结合其下垂特性，对满足微网灵活运行的前提下并网逆变器的控制方法进行了仿真分析。并对微网中光伏系统的稳定性也进行了仿真分析，结果表明微网在新型控制策略下能得以稳定运行。本文还针对微网由联网进入孤岛瞬时对微网稳定的影响，并提出了几种孤岛检测方法结合相应的控制策略以提高微网的稳定性。在联网模式下运用PQ控制方法对逆变器进行控制，为大电网提供稳定的功率输出，在孤岛模式下运用V/f控制法对其进行探讨，为微网提供电压和频率的参考值，促进微网在孤岛模式下的运行稳定。在微网并网运行模式下按照微网中央控制器的功率调度指令输出功率，根据机组容量不同实现负荷的合理分配，快速跟踪负荷变化，而且能够在微网孤岛运行模式下，维持系统电压和频率稳定，避免光伏发电功率输出的波动性和不可控性对微网稳定运行产生负面影响，提高了系统电能质量和供电可靠性。微电网中光伏发电控制的相关技术概述摘要光伏并网发电系统就是利用太阳能以微电网形式接入大电网，是补充能源供给不足的一种很好方式。目前，太阳能光伏发电并网技术的研究主要有三大难点，即MPPT技术，并网逆变器的控制策略和孤岛检测技术。论述了孤岛检测方法，并详解了每种方法的工作原理，总结出了每种方法的优点和不足，提出了一种基于克拉克变换的微电网孤岛检测方法。这种控制策略可以实现光伏发电系统在微电网不同模式下的稳定运行。关键词：光伏发电；微电网；孤岛检测1 .微电网的研究现状1.1 微电网研究现状作为一个新的技术领域，微电网在各国的发展呈现不同特色。在欧美一些发达国家，微电网的研究己经取得了突破性的进展。美国CERTS最早提出了微电网的概念,系统地概况了美国CERTS微网的定义、结构、控制、保护及效益分析等一系列问题。叫美国微电网正是基于此形成了“即插即用”与“对等”的控制思想和设计理念。美国CERTS微电网的初步理论研究成果已在实验室微电网平台上得到了检验12纥欧洲提出要充分利用分布式能源、智能技术、先进电力电子技术等实现集中供电与分布式发电的高效紧密结合】。微电网以其智能化、能量利用多元化等特点也成为欧洲未来电网的组成部分。欧洲已初步形成了微电网的运行并在实验室微电网平台上对这些理论进行了验证122】。后续任务将是研究更加先进的控制策略、制定相应的标准、建立示范工程等。文献研究了微电网故意断开和故障后孤岛运行的状态切换的电磁暂态过程以及暂态稳定后的特性。通过PSCAD仿真软件建立了一个仿真模型，研究了微电网的暂态特性。文献侬引入了一个系统的方法来建立起微电网的小信号模型，包括传统的旋转电机和通过电力电子设备接入的分布式电源，这种方法包含了在整体系统模型中也有的频率偏移，并提供了一个分析自治微电网的方法。文献3】介绍了一种建立微电网的有效的方法，使其成本和可靠性能够得到最优化。这种方法是基于动态程序，包含了微电源和负荷的最佳连接点和最佳安装位置。为了使微电网的规模易于控制，文献还提出了一种增加单元连接的方法。目前，国内重点在分布式发电和分布式储能上开展相关的研究，对微电网的研究才刚刚开始，还未有明确的研究成果。2017年，我国电力发展己进入大规划、大建设、大运行、大检修、大营销阶段，全国电网实现互相连接，但是大电网的不稳定性因素也更大，存在的风险也更多，因此造成大面积停电的可能性较大，尤其是年的冰灾对电力行业造成了巨大损失，因此，发展微电网可以就地供电，保障用户供电需求，从而在一定程度上减少停电的可能性。这几年来，我国的科研人员也建立了相关的微电网理论，并在实验室中搭建起了微电网的实验平台。利用MatlabZsimulink或PSCAD/EMTDC等电力电子仿真软件，对微电网的孤岛运行和并网运行方式进行了模拟仿真，其中包括多种微电源模型的特性研究，测试所提控制策略的有效性，对微电网的动、静态特性进行研究等多方面细致入微的探究12刈。由于我国政府和科研人员的重视和努力，随着电力市场的逐步完善和发展，配合着电力电子技术的不断进步，分布式发电将会在下一个“五年计划”中发生质的发展。目前，我国“十一五”规划己将微电网作为发展和利用可再生能源的主要形式之一，同时也作为我国的重要发展战略目标之一。在我国，根据自己的具体国情，制定出了我国可再生能源的发展目标，这就是到2020年以可再生能源作为发电的总装机容量达到120GW。我国将会实现更加智能、灵活和坚强的电网，在提高电力系统的智能化和自动化性能的同时，也会为社会和企业带来更加可观的回报。1.2 光伏发电在微电网中应用所存在的问题由于光伏发电的控制采用最大功率点跟踪控制策略，光伏发电的输出功率直接决定于光照强度，而光照强度在一天里随着时间和天气等因素的变化不是一个稳定值，所以光伏发电的输出功率是随着光照强度的变化而波动的。在与大电网断开自身独立运行时，由于微电网容量小。光伏发电的功率波动和不可调节性必然引起整个微电网的频率强烈震荡，甚至造成整个电网的崩溃。另外，由于太阳能光伏发电系统通过光伏组件将太阳能转化为直流电能，再通过并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流并入电网，将直流电能经逆变转换为交流电能的过程中会产生谐波，影响用户用电的电能质量，损坏用户设备，造成经济损失工1.3 文献评述目前国内外的专家学者对光伏发电做了大量研究阳。，川，包括并网和离网运行的光伏发电系统，以及光伏阵列的最大功率点跟踪（MPPT）、孤岛检测和逆变器的控制策略等，都各自具有一定的特点，在很大程度上推动了光伏发电产业的发展。但是对于光伏发电在微电网中的应用现在研究的还很少，更没有专门的文章探讨光伏发电在微电网中的接入所存在的问题和相对应的方法，因此对于在微电网中的光伏发电还需要做进一步的研究。2 .微电网孤岛检测技术2.1 微电网的概念大量分布式发电接入电力系统将会对大电网的运行产生很大的影响。为了解决大电网与分布式发电之间的接入问题，微电网结构应运而生。在与大电网的接入问题上，微电网的入网标准只针对微电网与大电网的公共连接点(PCC),而不针对微电网内各个具体的微电源。当配电网出现电压扰动等电能质量问题或断电时，静态开关动作，使微电网转入孤岛运行模式，以保证网内重要敏感负荷的不间断供电。2.2 孤岛效应所谓孤岛效应(ISIanding),就是指在分布式能源并网发电系统中，当包含DG和微电网的系统发生跳闸时，往往是由于故障或停电检修造成的，但是每个用电端的分布式电源(单个或多个)不能迅速检测到断电情况，同大电网断开，从而形成一个单独由分布式电源向附近负载继续供电的孤岛孤岛效应对电气设备的正常运行以及对运行检修工人的安全都危害很大，因此如何能够准确、及时地检测到孤岛效应是并网发电系统中的一个非常重要的研究课题。2.3 孤岛检测技术科研人员开始制定孤岛检测标准于二十世纪九十年代早、中期，并且不断进行更新和修订。从起初的检测标准只适合光伏并网发电系统，发展到现在，孤岛检测标准适合所有与配电网低压部分连接的DG。美国、德国、日本等国家对微电网孤岛检测方法的研究较早，不同国家提出的孤岛效应检测标准以及他们的技术水平差别较大。目前孤岛检测技术主要分为两类，即被动式孤岛检测、主动式孤岛检测。被动式孤岛检测有过/欠压检测、频变检测、相位跳变检测等检测方(网。该检测方法简单，但盲区较大。主动式孤岛检测包含电流干扰法、功率扰动法、阻抗测量法等。虽然加入扰动量减小了检测盲区，但其因加入扰动量，会使电能质量变差,检测时间变长。集中式能量管理系统通常由中央管理器采用主动式孤岛检测，但微电网中通常含有较大比例的旋转性负载，在线路传输延时或检测时间过长等情况下会造成微电网内交、直流母线电压被拉低，在切换至孤岛控制策略以后电机的群起效应进一步拉低母线电压，从而状态切换失败。2.4 孤岛检测方式的优缺点通常分为被动式和主动式:被动式孤岛检测是指直接对相关电气量及其变化进行检测，从而判断孤岛效应是否发生的检测方法。其优点是无需增加额外的设备，对电网不会造成干扰，缺点是存在检测盲区。主动式孤岛检测通过对被检测量加入扰动信号，增大孤岛发生时被检测量的偏移，从而提高孤岛检测精确度，缺点在于算法复杂，影响逆变器输出电能质量。3 ,微电网的控制方法3.1 基于电力电子技术的即插即用与对等的控制思想该方法根据微电网控制要求，灵活选择与传统发电机相类似的下垂特性曲线进行控制，将系统的不平衡功率动态分配给各机组承担，具有简单、可靠、易于实现的特点I。但该方法没有考虑系统电压与频率恢复问题，也就是类似传统发电机的二次调整的问题，因此，在微电网遭受严重扰动时，系统的频率质量可能无法保证。3.2 基于功率管理系统的控制该方法采用不同控制模块对有功无功分别进行控制，很好地满足了微电网多种控制的要求，尤其在调节功率平衡时，加入了频率恢复算法，能够很好的满足频率质量的要求。另外，针对微电网中对无功的不同需求，功率管理系统采用了多种控制方法，从而大大增加了控制的灵活性并提高了控制性能。但是也没有考虑它们与含有调速器的常规发电机之间的协调控制。3.3 基于多代理技术的微电网控制方法该方法将传统电力系统中的多代理技术应用于微电网的控制系统。代理的自治性、反应能力、自发行为等特点正好满足微电网分散控制的需要，提供了一个能够嵌入各种控制性能但又不需管理者经常出现的系统。但是目前，多代理技术多集中于协调市场交易、对能量进行管理方面,还未深入到微电网中的频率、电压等进行控制的层面。4 .小结从前面的分析可知，大量分布式发电接入电力系统将会对大电网的运行产生很大的影响。以微电网结构形式接入电力系统不仅可以解决分布式发电的大规模接入问题,而且可以充分发挥分布式发电的各项优势。由于光伏发电被公认为是众多分布式能源中最理想的可再生能源,因此研究光伏发电在微电网中的控制技术具有十分重要的意义。参考文献:11陈永淑，周雒维，杜雄.微电网控制研究综述J.中国电力.2009(17)郭力，王成山.含多种分布式电源的微网动态仿真J电力系统自动化.2009(02)13李晶，许洪华，赵海翔，彭燕昌.并网光伏电站动态建模及仿真分析J1.电力系统自动化.2015(24)14沈冰，肖远兴，翁利国.基于互近似燧的微电网并网同步检测方法J.电力系统保护与控制.2017(16)15郭振，乐全明，郭力，李霞林，王成山.交直流混合微电网中直流母线电压纹波抑制方法J.电网技术.2017(09)16李先超，邹媛媛，牛玉刚，贾廷纲.基于预测控制的冷、热、电联产型微电网能量管理J.华东理工大学学报(自然科学版).2017(04)17阮解琼，杨彦鑫，施杰，李欢，邹欢，李春稳.农村地区多能源互补发电微电网的研究与设计J.电气时代.2017(17)网王守相，李晓静，肖朝霞，王成山.含分布式电源的配电网供电恢复的多代理方法J.电力系统自动化.2017(10)19朱昭程，刘黎明，刘小元，康勇，陈坚.统一潮流控制器的分析与控制策略J.电力系统自动化.2016(01)10王成山，郑海峰，谢莹华，陈恺.计及分布式发电的配电系统随机潮流计算J.电力系统自动化.2015(24)11王志群，朱守真，周双喜.逆变型分布式电源控制系统的设计J.电力系统自动化.2014(24)12周德佳，赵争鸣，袁立强，冯博.30OkW光伏并网系统优化控制与稳定性分析J.电工技术学报.2015(11)13郑漳华，艾芋.微电网的研究现状及在我国的应用前景J.电网技术.2015(16)14周林，武剑，栗秋华，郭珂.光伏阵列最大功率点跟踪控制方法综述J.高电压技术.2015(16)15任柱，陈渊睿，张淼.独立光伏系统中蓄电池充电控制策略J.控制理论与应用.2015(02)16廖志凌，阮新波.一种独立光伏发电系统双向变换器的控制策略J.电工技术学报.2015(01)17计长安，张秀彬，赵兴勇，吴浩，曾国辉.基于模糊控制的风光互补能源系统U1.电工技术学报.2017(10)18鲁宗相，王彩霞，闵勇，周双喜，吕金祥，王云波.微电网研究综述J.电力系统自动化.2017(19)19XingguoTan,Qingmin1.i,HuiWang.AdvancesandtrendsofenergystoragetechnologyinMicrogridJ.InternationalJournalofElectricalPowerandEnergySystems.2013(1)12OMJ.Hossain,T.K.Saha,N.Mithulananthan,H.R.Pota.RobustcontrolstrategyforPVsystemintegrationindistributionsystemsJ.AppliedEnergy.2012121JZuoSun,Xun-youZhang.AdvancesonDistributedGenerationTechnologylJ.EnergyProcedia.201222AlexanderThornton,CarlosRodnguezMonroy.DistributedpowergenerationintheUnitedStatesJ.RenewableandSustainableEnergyReviews.2011(9)2引H.1.opesFerreira,A.Costescu,A.1.'Abbate,P.Minnebo,G.Fulli.DistributedgenerationanddistributionmarketdiversityinEuropeJ.EnergyPolicy.2011(9)l24JunZhao,DavidJ.Hill.Passivityandstabilityofswitchedsystems:AmultiplestoragefunctionmethodJ.Systems&Control1.etters.2017(2)25 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