课题名称 | 新疆喀什市50MW并网光伏电站设计 | ||||
| 速记法 学生姓名 | 张浩 | 51点菜网 专业班级 | B110114 | 课题类型 | 设计 |
指导教师 | 付芳 | 职称 | 达利通留学 | 课题来源 | |
一、课题的国内外研究动态 太阳能是资源最为丰富的可再生能源之一，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。在光伏电池发明以前，人类对太阳能的利用主要是光和热。1939年法国科学家贝克雷尔发现，光照能使半导体材料不同部位之间产生电位差，这种现象即被称之为“光伏效应”。1954年美国贝尔实验室两位研究人员恰宾和皮尔松，根据这一原理首次研制成功实用的光电转换效率为6％的单晶硅太阳能电池，人类从此进入了将太阳能直接转换为电能的光伏发电历程。由于早期光伏电池价格昂贵且光电转换效率低，因此光伏电池的应用主要局限于科学研究及航空、军事等特殊领域。 上个世纪70年代，由于两次石油危机的影响，光伏发电在发达国家受到高度的重视。光伏电池开始实现商品化生产，其生产规模和应用范围也不断扩大。随着光伏发电研究的不断深入，至今光伏发电己逐渐从特殊领域供电，如通信、边远地区居民生活用电，发展成为电网电能的一种重要补充形式。 进入20世纪90年代中期，光伏模块组件产量平均每年增长率约为30％。根据国际权威机构预测，到21世纪50年代，全球直接利用太阳能的比例将会发展为世界能源结构中的13％～15％，而整个可再生能源在能源结构中的比例也将大于50％。太阳能将成为21世纪最重要的能源之一。根据可持续发展战略和环境保护的需要，在不久的将来，光伏发电必将部分取代常规能源，成为电网电能的重要组成部分。日本的政府援助计划使得日本目前在全球光伏设备生产和销售方面处于绝对的领先地位，自1974年“日光计划”实施以来，日本的太阳能市场已经迅速从研发阶段转向大规模光伏应用阶段。在过去的1993~2003年这十年间，欧洲成为继日本之后的第二大光伏市场，在生产和销售上都经历了爆炸性的增长。美国能源部制订了从2000年1月1日开始的5年国家光伏计划和2020~2030年的长期规划，以实现美国能源、环境、社会发展和保持光伏产业世界领导地位的战略目标。印度政府也对并网发电站提供财政补贴，以增加太阳能发电的产能，并降低其制造成本。印度的并网光伏发电量居于世界第五位. 我国的太阳能光伏发电系统起步比较晚，但是发展速度很快。我国的光伏电池技术是从上世纪60年代发展空间用太阳能光伏电池开始起步的。2008年北京奥运会，国家将太阳能光伏电融入奥运建筑中，绿色能源的应用正是绿色奥运的具体体现，经过几十年的发展我国的太阳能发电水平尽管有了相当程度的提高，但是离大规模的应用推广还有很大的距离，光伏产业还处于成长期。随着技术的进步，光伏系统的成本会越来越低，性能越来越好 ，应用的领域会越来越广. | |||||
二、课题的目的意义： 能源是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。随着经济全球化进程的不断加速和工业经济的迅猛发展，世界范围内的能源短缺和环境污染已成为制约人类社会可持续发展的两大重要因素，大力发展新的可替代能源已成为当务之急。太阳能发电作为一种新的电能生产方式，以其无污染、无噪音、维护简单等特点显示出无比广阔的发展空间和应用前景。光伏并网发电作为太阳能发电的主要形式之一，也越来越受到关注。因此深入研究光伏并网发电系统，对于缓解能源危机、保护环境、维护社会稳定、促进经济的可持续发展等都具有深远而重大的理论和现实意义。 | |||||
2. 研究的基本内容，拟解决的主要问题 2.1、主要研究内容： evil genius1、太阳能光伏组件选型、太阳能光伏并网逆变器的选择。 2、逆变器与升压变压器的组合方式、集电线路回路数、升压方案确定。 3、根据第2点设计结果，拟定本光伏电站的电气主接线方案，经过投资概算和初步技术经济比较，确定推荐方案。 juniorhigh 4、无功补偿方案配置设计，确定补偿容量和补偿方式。 5、进行短路电流计算。①原始资料；②网络变换； ③对称、不对称短路电流计算。 杭州美容美发培训学校6、对推荐方案进行电气主设备选择（断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器等）和载流导体（母线、电缆、架空线）选择。 7、绘制电气主接线图，编写初步设计说明书。 8、站用电系统设计，给出站用电系统图。 9、各级电压配电装置布置设计，给出开关站平面布置图和必要的剖面图。 10、主变压器保护，110kV母线、线路保护设计： ①保护装置配置选型设计； ②保护整定计算； ③ 保护配置图 2.2、主要问题 （1）对光伏电站的构成，进行可行性分析并进行合理布局 （2）根据太阳能资源分布及光照辐射量进行选址 （3）计算出电池组件之间最优的间距和倾斜角度。 （4）对喀什地区冬季时刻太阳能发电效率进行深刻分析 （5）进行光伏电池板、支架、汇流箱、逆变器、电气设备等的选材、选型，设计组件排布； （6）计算系统的发电量和成本，进行经济分析 （7）解决其对环境的影响 | |||||
3. 研究步骤、方法及措施 太阳光伏发电是根据光生伏特效应产生原理，利用太阳能电池将太阳光直接转化为电能，整个太阳能光伏发电系统的组成如图1所示。 图1、太阳能光伏发电系统的组成 在线学习课程太阳能电池是太阳能光伏发电的核心组件，对太阳能电池的研究主要集中在提高光电转换效率上，在该系统中可将多个太阳能电池进行串联封装组成太阳能电池板。 为了控制电池的充放电，则需应用到控制器；而对于控制器类型的选择，可选最大功率跟踪型控制器，以便对其最大功率点的存在的分析，通过判断是否运行在最大功率点，若不是，则可以调整脉宽、调整输出占空比、改变充电电流，再次进行采样判断，通过这样的寻优过程，保证太阳能电池板始终运行在最大功率点，使其得以充分利用；而对于放电的控制主要是当电池缺电、系统故障(如电池开路或接反时)切断放电电路。控制器还对蓄电池有过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，控制器还应具备温度补偿的功能。 太阳能电池组件的直接输出一般都是直流12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的交流电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC(直流-交流)逆变器。DC-AC逆变器按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。一般是通过全桥电路，采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压后，得到与用电负载频率相同、额定电压匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。而电网并网运行还要考虑与电网的同步，需采用并网运行的逆变器，而逆变器分为有源逆变器和无源逆变器，在该系统中可选择电压源式逆变器，其在光伏并网中应用最为普遍。光伏并网逆变器是整个并网系统中的关键部件。世界各大光伏系统公司都各有所长地推出了各种主电路拓扑结构及不同控制方式、不同功率等级的并网逆变器产品，它们可以是阶梯波形输出或正弦波输出，性能及指标相差悬殊。同样阵列容量在同样气象条件下，由于采用不同的并网逆变器，每年馈向电网的发电量可相差一倍之多 设计步骤可大致可分为：首先，对太阳能光伏电池的基本原理和特性进行分析；其次，建立电池的等效电路并进行仿真，对光伏电池的最大功率点跟踪控制算法进行研究，讨论如何使光伏电池在不同的环境条件下输出功率达到最大；再次，利用Matlab对所建的太阳能光伏并网发电系统模型进行分块仿真，分析其工作过程和输出结果。 | |||||
4. 研究工作进度 1、查阅国内外相关文献资料，了解国外太阳能光伏电站电气设计的最新技术与发展趋势，完成开题报告。 第1～2周 2、太阳能光伏组件选型、太阳能光伏并网逆变器的选择。 第 3～4 周 3、逆变器与升压变压器的组合方式、集电线路回路数、升压方案确定。 第5～6周 4、根据上一个任务的设计结果，拟定本光伏电站的电气主接线方案，经过投资概算和初步技术经济比较，确定推荐方案。 第 7 周 5、无功补偿方案配置设计，确定补偿容量和补偿方式。 第 8 周 6、进行短路电流计算。①原始资料；②网络变换； ③对称、不对称短路电流计算。 第 9 周 7、对推荐方案进行电气主设备选择（断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器等）和载流导体（母线、电缆、架空线）选择。 第 10 周 8、绘制电气主接线图，编写初步设计说明书。 第 11 周 9、站用电系统设计，给出站用电系统图。 第 12 周 10、各级电压配电装置布置设计，给出开关站平面布置图和必要的剖面图。 第 13 周 11、主变压器保护，110kV母线、线路保护设计：①保护装置配置选型设计；②保护整定计算；③保护配置图。并完成和完善毕业设计报告。 第14～15周 | |||||
5. 主要参考文献 【1】刘汉．山东：最大太阳能光伏电站并网．中国经济周刊【J】，2006，(12)：52·52． 【2】 赵玉文，刘泉．我国光伏产业现状与面临的挑战．太阳能【J】，2004，(3)：4—6． 【3】 赵为．太阳能光伏并网发电系统的研究【D】．博士学位论文．台肥：合肥工业大学。2003． 【4】杨军．太阳能光伏发电前景展望．沿海企业与科技【J】，2005，(8)：110．112． 【5】吕建，殷洪亮．太阳电池及其发展方向．中国建设动态：阳光能源【J】，2005，(10M)：78·80． 【6】. VIOREL B. Dynamicmodel of a complex system including PV cells, electric battery, electricalmotor and water pump [J]. Energy, 2003, 28 (12): 1165-1181. 【7】. YUSHAIZADY, SITIHS, MUHAMMADAL. Modeling and simulation of maximum power point tracker for photo voltaic system [C]. National Power & Energy Conference, 2004, (29-30): 88-03. 【8】. KOUTROULIS E, KALAITZAKIS K, NICHOLAS C. Voulgris, Development of a Microcontroller-Bad Photovoltaic Maximum Power Point Tracking Control System [J]. IEEE TRANSANTIONS ON POWER ELECTRONICS, 2001,16 (1): 47-54. | |||||
教研室意见 | |||||
| beard | |||||
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