控制器在不同类R)的光伏发电系统中控制器各不相同,其功能多少及复杂程度差别很大,需根据发电系统的要求及重要程度来确定。控制器主要由电子元器件、仪表、继电器、开关等组成。在简单的太阳电池,蓄电池系统中,控制器的作用是保护蓄电池,避免过充,过放。若光伏电站并网供电,控制器则需要有白动监测、控制、调节、转换、保护
设备、故障诊断定位等多种功能。如果负载用的是交流电,则在负载和蓄电池间还应配备逆变器,逆变器的作用就是将方阵和蓄电池提供的低压直流电逆变成224伏交流电,供给负载使用。
阻塞二极管也称作为反充二极管或隔离二极管,其作用是利用二极管的单向导电性阻止无日照时蓄电池通过太阳电池方阵放电。对阻塞二极管的要求是工作电流必须大于方阵的最大输出电流,反向耐压要高于蓄电池组的电压。在方阵工作时,阻塞二极管两端有一定的电压降,对硅二极管通常为0.6-0.8;肖特基或锗管0.3V左右。
最大功率点跟踪器(MPPT)太阳能电池在工作时,随着日照强度、环境温度的不同,太阳能电池的端电压将发生变化,使
输出功率也发生很大变化,即最大功率点位置也将变化,也就是说,太阳能电池(光伏阵列)在不同日照强度下输出最大功率点位置并不
固定,故太阳能电池本身是一种极不稳定的电源。为了能在不同日照、温度的条件下输出尽可能多的电能,提高系统的效率,就必须要解决太阳能电池阵列的最大功率点跟踪间题。MPPT控制通常有七种不同形式,(I)功率扰动观察法(2)增量电导法(3)滞环比较法(4)最佳工作电压法(5)最大功率跟踪的模糊控制(6)应用人工神经网络法(7)基于dP/de的最大功率控制。由于光伏阵列的开路电压Uoc、最大功率点电压U,受温度的影响较大,Um一旦设定,冬、夏会有较大偏离,这将会无谓地损失相当一部分能量,因此人们采用了白动寻优的概念,实时地测量光伏阵列的输出功率,进行比较后,自动地寻找到最大功率点。不断地寻找,不断地调整,不断地再寻找…,如此周而复始,系统一直处于微机的调整之中。这种“MPPT"可以自动适应冬、夏较大的温差而毋需人工干预,十分有利于提高系统的全年效率。
5.2光伏发电系统中逆变电源的原理
逆变电源将直流电转化为交流电,功率晶体管T1、T3和T2、T4交替开通得到交流电力,若直流电压较低,则通过交流变压器升压,即得到标准交流电压和频率。对大容量的逆变电源,由于直流母线电压较高,交流输出一般不需要变压器升压即能达到220V,在中、小容量的逆变电源中,由于直流电压较低,如12V、24V,就必须设计升压电路。
5.3光伏发电系统对逆变电源的要求
采用交流电力输出的光伏发电系统,由光伏阵列、充放电控制器、蓄电池和逆变电源四部分组成(并网发电系统一般可省去蓄电池),而逆变电源是关键部件。光伏发电系统对逆变电源要求较高:(1))要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高,为了最大限度地利用太阳电池,提高系统效率,必须设法提高逆变电源的效率。(2)要求具有较高的
可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区,许多电站无人值守和维护,这就要求逆变电源具有合理的电路结构,严格的元器件筛选,并要求逆变电源具备各种保护功能,如输入直流极性接反保护,交流输出短路保护,过热,过载保护等。(3)要求直流输人电压有较宽的适应范围,由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化,蓄电池虽然对太阳电池的电压具有钳位作用,但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动,特别是当蓄电池
老化时其端电压的变化范围很大,如12V蓄电池,其端电压可在10v一16v之间变化,这就要求逆变电源必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作,并保证交流输出电压的稳定。(4)在中、大容量的光伏发电系统中,逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。这是由于在中、大容量系统中,若采用方波供电,则输出将含有较多的谐波分量,高次谐波将产生附加损耗,许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备,这些设备对电网品质有较高的外,当中、大容量的光伏发电系统并网运行时,为避免铎公共电网的电力污染,也要求逆变电源输出正弦波电流。(5)具有一定的过载能力,一般能过载125%一150%。当过载150%时,应能持续30秒;当过载125%时,应能持续60秒及以上。
5.4光伏发电系统联网逆变器的功能
联网逆变器是联网光伏发电系统的核心部件和技术关键。联网逆变器与独立逆变器不同之处是,它不仅可将太阳能电池方阵发出的直流电转化为交流电,并且还可对转换的交流电的频率、电压、电流、相位、有功与无功、同步、电能品质(电压波动、高次谐波)等进行控制。它需具有如下功能。(1))自动开关根据从日出到日落的日照条件,尽量发挥太阳能电池方阵输出功率的潜力,在此范围内实现自动开始和停止。(2)最大功率点跟踪(MPPT)控制对跟随太阳能电池方阵
表面温度变化和太阳辐照度变化而产生的输出电压与电流的变化进行跟踪控制,使方阵经常保持在最大输出的工作状态,以获得最大的功率输出。(3)防止单独运行系统所在地发生停电,当负荷电力与逆变器输出电力相同时,逆变器的输出电压不会发生变化,难以察觉停电,因而有通过系统向所在地供电的可能,这种情况叫做单独运转。在这种情况下,本应停了电的配电线中又有了电,这对于保安检查人员是危险的,因此要设置防止单独运行功能。(4)自动电压调整在剩余电力逆流人电网时,因电力逆向输送而导致送电点电压上升,有可能超过商用电网的运行范围,为保持系统的电压正常,运转过程中要能够自动防止电压上升。(5)异常情况排解与停止运行。当系统所在地电网或逆变器发生故障时,及时查出异常,安全加以排解,并控制逆变器停止运转。
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