大规模太阳能电池组件表面遮挡对配电网电能质量的影响研究
发布时间：2021-07-17 09:28
太阳能是当前世界上发电过程最清洁、生产工艺最容易现实、最有前景的可再生能源之一,随着数千瓦、数百兆瓦的并网光伏发电系统的大量并网,太阳能发电系统对电力系统的安全稳定运行和电能质量产生了较为严重的影响,电能质量低、配电网电压波动越限等一系列技术问题亟待解决。当大规模组件表面遮挡后造成的功率波动使配电网系统产生谐振、谐波,限制了太阳能发电系统的大规模应用。为了分析大规模太阳能组件表面遮挡对配电网电能质量产生的影响,在酒泉地区某一光伏电站实际运行的基础上,建立能够模拟多种电能质量问题分析的大型光伏电站模型,从而理论结合实际,验证解决问题。本文通过理论仿真研究了针对大规模太阳能发电系统组件表面遮挡后产生的谐波交互影响及谐波抑制策略的问题。首先研究太阳能电池组件的基本特性、组件不同比例遮挡后输出特性、表面积灰对组件性能影响、组件任意比例局部遮挡对逆变器影响进行实验及验证,分别在并网光伏发电系任意比例局部遮挡下、特定比例遮挡下光伏组件特性测试、表面遮挡及积灰对透光率影响测试、遮挡对光伏组件特性影响实验。其次研究太阳能电池组件表面遮挡对组件输出特性的影响、组件的输出特性受到遮挡影响后对逆变器的电压/...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳能电池组件清洗前后对比照片
接，并保持蓄电池处于工作状态，从而保证了供电的可靠性。独立分布式光伏并网发电系统优点如下：1)独立分布式光伏并网发电系统的并网部分分为逆变器、蓄电池等，所以逆变电路不仅能够将由太阳能光伏阵列产生的直流电输送向电网，也可以将剩余的电量输送到储能环节进而给蓄电池充电，不会造成电量的浪费。2)该系统同时具备有源滤波（APF）的滤波功能和蓄电池(UPS)对系统不间断供电的双重功能。所以，独立分布式光伏并网系统有利于电网调节峰谷，对如银行、医院、学校等有重要负荷需求的公共场所都有着举足轻重的作用。图1.4并网发电系统的主要模式——可调度式并网光伏发电系统虽然储能给可调度并网光伏发电系统带来了诸多优点，但同时储能装置也给该系统带来了一些缺点，主要缺点体现在以下几个方面：1)由于该系统需要用蓄电池，但是当前技术下蓄电池的制造技术不是非常成熟，蓄电池的充放电次数仅有几千次，通常条件下三五年就需要更换一次蓄电池，比起光伏系统30年左右的生命周期，期间蓄电池需要更换数次，在增加了投资成本的同时，供电的可靠性也会大大降低。2)目前，蓄电池制作成本高，价格昂贵,而且蓄电池废弃后会造成严重的环境污染，为此国家严格控制铅酸类电池的生产，进而导致蓄电池价格飙升，电网成本进一步增加。所以，蓄电池本身的制造与不断改进还是亟需解决的问题。另一类是“大规模集中光伏并网发电系统[11]”，主要构成如图1.5所示。大规模集中光伏并网发电系统中没有储能环节，在光伏并网发电时，太阳能光伏阵列产生的直流电，经过逆变、整流、再逆变后变成符合电网、用户需求电压等级和一定频率的交流电，其中发电功率原则上不可控制（人为干涉除外），主要受到太阳辐照度和设备所处环境的温度影响。当电网停电时，不可?
大规模太阳能电池组件表面遮挡对配电网电能质量的影响研究8装建设调试集中统一，具备大规模发展潜质，也正是由于这些原因，目前大规模集中并网光伏发电系统在国内光伏发电系统中占主流地位。图1.5大规模集中并网发电系统的主要模式（一）研究大规模太阳能电池组件表面遮挡对配电网影响的意义在我国大多数建设光伏发电地区的由于地形、地貌不是绝对平整，加之地面杂草丛生，导致光伏电站都不同程度的存在组件表面污染物及遮挡，遮挡会严重减弱太阳光辐照强度，影响电池组件的输出电流，严重的局部污染物遮蔽也是电池组件产生热斑效应的主要原因[12]，表面污染物在导致损失发电量的同时也会造成组件发热、着火安全隐患。大气中的浮尘、漂浮物等对电池组件输出电流/电压会产生较大影响，美国发射的火星探测器“机遇”号[13]，在外太空执行任务过程时，多次面临表面污染导致动力下降这个问题，从2004年发射之日起，运行至2010年7年的周期中，电站组件动力输出衰减了1/3，衰减主要是输出电流减小造成的。电池组件发电效率主要受辐照度、环境温度影响，具体影响如下图1.6：图1.6不同太阳光辐照强度下组件的I-V和功率曲线组件表面遮挡是影响光伏电站发电量的关键因素之一，开展组件遮挡对光伏发电的影响及组件清洗的研究是非常必要的。以我国2016年装机容量7000万千瓦计算，年理论发电量约为600亿千瓦时，污染物导致发电量损失按照5%-15%估算，年损失发电量约30-90亿千瓦时，从最近几年太阳能发电量数据和增长速度来看，我国太阳能发电行业突飞猛进，各类型光伏电站无论是单体规模还是总装机容量飞速增长[14]，但众多的光伏项目只注重发展速度，目前还没有对发展
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳模拟器关键参量校准方法研究[J]. 张俊超,熊利民,孟海凤,赫英威,张碧丰. 计量学报. 2017(04)
[2]常见非线性设备的谐波组合特性分析[J]. 姜庆飞,杨冠鲁. 电工电气. 2017(05)
[3]太阳电池短路电流测试的两种不同方法比较[J]. 曾婵娟,曾飞,林荣超. 科技展望. 2015(24)
[4]光伏发电并网后对电网的影响[J]. 张立琴. 技术与市场. 2015(09)
[5]大规模光伏电站对电网电能质量的影响分析[J]. 皮霞,彭生江. 电力安全技术. 2015(08)
[6]PI加重复控制算法在三相4线制SAPF中的应用[J]. 潘浩,谢运祥. 电气传动. 2015(05)
[7]在户外条件下测量晶体硅组件最大功率的不确定度分析[J]. 高鹏,刘鑫,孙虎,李文斌. 可再生能源. 2014(10)
[8]三相并网逆变器LCL滤波器的研究及新型有源阻尼控制[J]. 陈新,韦徵,胡雪峰,陈轶涵,龚春英. 电工技术学报. 2014(06)
[9]一种优化的电网谐波参数求解算法实现与验证[J]. 吕祚坤,白忠臣,秦水介. 电测与仪表. 2013(11)
[10]自适应权重粒子群算法在阴影光伏发电最大功率点跟踪（MPPT）中的应用[J]. 袁晓玲,陈宇. 中国电力. 2013(10)
硕士论文
[1]火电机组深度调峰补偿模型的研究[D]. 周子程.大连理工大学 2017
[2]基于LCL滤波的并网逆变器谐振分析及控制策略研究[D]. 张汉卿.东北大学 2017
[3]基于LCL型并网滤波器的优化设计方案研究[D]. 于克锐.陕西科技大学 2016
[4]光伏组件硅电池的疲劳损伤研究[D]. 杨非池.湖南大学 2016
[5]基于数据挖掘的光伏阵列故障诊断研究[D]. 姜栋潇.华北电力大学(北京) 2016
[6]船舶并网逆变器控制策略的研究[D]. 李永辉.大连海事大学 2014
[7]离网光伏并联逆变器输出电能质量控制技术研究[D]. 王立建.重庆大学 2012
[8]可调度式光伏并网发电系统的研究[D]. 李琦.山东科技大学 2011
[9]光伏并网中的孤岛效应研究[D]. 褚小莉.合肥工业大学 2009
[10]基于重复控制的逆变器复合控制技术研究[D]. 贲冰.燕山大学 2007
本文编号：3287904
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳能电池组件清洗前后对比照片
接，并保持蓄电池处于工作状态，从而保证了供电的可靠性。独立分布式光伏并网发电系统优点如下：1)独立分布式光伏并网发电系统的并网部分分为逆变器、蓄电池等，所以逆变电路不仅能够将由太阳能光伏阵列产生的直流电输送向电网，也可以将剩余的电量输送到储能环节进而给蓄电池充电，不会造成电量的浪费。2)该系统同时具备有源滤波（APF）的滤波功能和蓄电池(UPS)对系统不间断供电的双重功能。所以，独立分布式光伏并网系统有利于电网调节峰谷，对如银行、医院、学校等有重要负荷需求的公共场所都有着举足轻重的作用。图1.4并网发电系统的主要模式——可调度式并网光伏发电系统虽然储能给可调度并网光伏发电系统带来了诸多优点，但同时储能装置也给该系统带来了一些缺点，主要缺点体现在以下几个方面：1)由于该系统需要用蓄电池，但是当前技术下蓄电池的制造技术不是非常成熟，蓄电池的充放电次数仅有几千次，通常条件下三五年就需要更换一次蓄电池，比起光伏系统30年左右的生命周期，期间蓄电池需要更换数次，在增加了投资成本的同时，供电的可靠性也会大大降低。2)目前，蓄电池制作成本高，价格昂贵,而且蓄电池废弃后会造成严重的环境污染，为此国家严格控制铅酸类电池的生产，进而导致蓄电池价格飙升，电网成本进一步增加。所以，蓄电池本身的制造与不断改进还是亟需解决的问题。另一类是“大规模集中光伏并网发电系统[11]”，主要构成如图1.5所示。大规模集中光伏并网发电系统中没有储能环节，在光伏并网发电时，太阳能光伏阵列产生的直流电，经过逆变、整流、再逆变后变成符合电网、用户需求电压等级和一定频率的交流电，其中发电功率原则上不可控制（人为干涉除外），主要受到太阳辐照度和设备所处环境的温度影响。当电网停电时，不可?
大规模太阳能电池组件表面遮挡对配电网电能质量的影响研究8装建设调试集中统一，具备大规模发展潜质，也正是由于这些原因，目前大规模集中并网光伏发电系统在国内光伏发电系统中占主流地位。图1.5大规模集中并网发电系统的主要模式（一）研究大规模太阳能电池组件表面遮挡对配电网影响的意义在我国大多数建设光伏发电地区的由于地形、地貌不是绝对平整，加之地面杂草丛生，导致光伏电站都不同程度的存在组件表面污染物及遮挡，遮挡会严重减弱太阳光辐照强度，影响电池组件的输出电流，严重的局部污染物遮蔽也是电池组件产生热斑效应的主要原因[12]，表面污染物在导致损失发电量的同时也会造成组件发热、着火安全隐患。大气中的浮尘、漂浮物等对电池组件输出电流/电压会产生较大影响，美国发射的火星探测器“机遇”号[13]，在外太空执行任务过程时，多次面临表面污染导致动力下降这个问题，从2004年发射之日起，运行至2010年7年的周期中，电站组件动力输出衰减了1/3，衰减主要是输出电流减小造成的。电池组件发电效率主要受辐照度、环境温度影响，具体影响如下图1.6：图1.6不同太阳光辐照强度下组件的I-V和功率曲线组件表面遮挡是影响光伏电站发电量的关键因素之一，开展组件遮挡对光伏发电的影响及组件清洗的研究是非常必要的。以我国2016年装机容量7000万千瓦计算，年理论发电量约为600亿千瓦时，污染物导致发电量损失按照5%-15%估算，年损失发电量约30-90亿千瓦时，从最近几年太阳能发电量数据和增长速度来看，我国太阳能发电行业突飞猛进，各类型光伏电站无论是单体规模还是总装机容量飞速增长[14]，但众多的光伏项目只注重发展速度，目前还没有对发展
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳模拟器关键参量校准方法研究[J]. 张俊超,熊利民,孟海凤,赫英威,张碧丰. 计量学报. 2017(04)
[2]常见非线性设备的谐波组合特性分析[J]. 姜庆飞,杨冠鲁. 电工电气. 2017(05)
[3]太阳电池短路电流测试的两种不同方法比较[J]. 曾婵娟,曾飞,林荣超. 科技展望. 2015(24)
[4]光伏发电并网后对电网的影响[J]. 张立琴. 技术与市场. 2015(09)
[5]大规模光伏电站对电网电能质量的影响分析[J]. 皮霞,彭生江. 电力安全技术. 2015(08)
[6]PI加重复控制算法在三相4线制SAPF中的应用[J]. 潘浩,谢运祥. 电气传动. 2015(05)
[7]在户外条件下测量晶体硅组件最大功率的不确定度分析[J]. 高鹏,刘鑫,孙虎,李文斌. 可再生能源. 2014(10)
[8]三相并网逆变器LCL滤波器的研究及新型有源阻尼控制[J]. 陈新,韦徵,胡雪峰,陈轶涵,龚春英. 电工技术学报. 2014(06)
[9]一种优化的电网谐波参数求解算法实现与验证[J]. 吕祚坤,白忠臣,秦水介. 电测与仪表. 2013(11)
[10]自适应权重粒子群算法在阴影光伏发电最大功率点跟踪（MPPT）中的应用[J]. 袁晓玲,陈宇. 中国电力. 2013(10)
硕士论文
[1]火电机组深度调峰补偿模型的研究[D]. 周子程.大连理工大学 2017
[2]基于LCL滤波的并网逆变器谐振分析及控制策略研究[D]. 张汉卿.东北大学 2017
[3]基于LCL型并网滤波器的优化设计方案研究[D]. 于克锐.陕西科技大学 2016
[4]光伏组件硅电池的疲劳损伤研究[D]. 杨非池.湖南大学 2016
[5]基于数据挖掘的光伏阵列故障诊断研究[D]. 姜栋潇.华北电力大学(北京) 2016
[6]船舶并网逆变器控制策略的研究[D]. 李永辉.大连海事大学 2014
[7]离网光伏并联逆变器输出电能质量控制技术研究[D]. 王立建.重庆大学 2012
[8]可调度式光伏并网发电系统的研究[D]. 李琦.山东科技大学 2011
[9]光伏并网中的孤岛效应研究[D]. 褚小莉.合肥工业大学 2009
[10]基于重复控制的逆变器复合控制技术研究[D]. 贲冰.燕山大学 2007
本文编号：3287904
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