分布式光伏背景下直流路灯建设方案研究

分布式光伏系统的直流微电网是新能源综合利用的典型形式之一,分布式光伏与路灯组成的直流系统具有高可靠性、高效率、节能、易维护、造价低等特点,是解决传统交流供电路灯供电半径长、能效低、易漏电、供电走廊紧张、分布式电源消纳困难的重要手段。本文对分布式光伏背景下直流供电路灯系统的发展背景进行了介绍,重点论述了直流路灯的技术优势;总结了直流路灯的定义和体系架构;对关键技术中电压选择与确定、典型拓扑及接线形式、接地方式进行了综述;提出了直流路灯在储能、分布式光伏、电动汽车充电桩等场景应用模式,并结合案例对经济效益、节能减排效益、社会效益进行了分析;最后对我国分布式光伏背景下直流供电路灯的发展提出了几点建议和展望。本文致力于验证分布式光伏背景下直流供电路灯技术在安全性、稳定性、可靠性和经济性等方面的应用价值,供设计人员参考。

多阵列屋面分布式光伏电站中光伏支架结构的分析研究

针对建设在钢筋混凝土屋面上方的多阵列屋面分布式光伏电站,以其光伏支架结构设计中的若干影响因素为研究对象,从光伏支架的结构组成及设计流程出发,结合其受力特点和方式,研究阵列排布方式、相邻立柱间距、檩条间距、斜撑支撑点位置、光伏支架倾角、相邻光伏支架间距这6种因素对光伏支架承载力的影响。研究结果表明:在采用同样材料、规格光伏支架的前提下,这6种影响因素对光伏支架的承载力均存在具有一定规律的影响。1)同样列数的情况下,优先选用“竖向组件2行”的阵列排布方式,对应的光伏支架承载力性能较优且排布更为合理;2)相邻立柱间距设置在光伏组件长边水平投影长度的60%~70%范围内时,对应的光伏支架承载力性能较优;3)檩条间距设置为光伏组件长边水平投影长度的70%左右时,可以保证光伏组件自身的刚度和较大的承载力,且方便施工时的安装操作;4)当斜撑支撑点位置与斜梁高侧端点的距离为整个斜梁长度的35%~60%时,对应的光伏支架承载力性能较优;5)当采用配重式支架基础时,光伏支架倾角通常采用5°~20°的小角度,以减少产生的光伏附加荷载,从而确保光伏支架主体结构的安全性;6)当相邻光伏支架间距采用光伏组件短边长度的150%~200%(即每榀光伏支架承担约1.5~2.0块光伏组件)时,对应的光伏支架承载力性能较优,且经济性较好。所得结论和规律可为后续多阵列屋面分布式光伏电站的光伏支架结构设计提供参考。

高速公路隧道分布式光伏与直流照明系统研究

目前,交通领域分布式光伏主要应用在收费站、服务区等场景,在公路隧道场景中,由于隧道照明用电量较大,主要通过分布式光伏系统为隧道照明提供电能,达到电能的自产自消。文章以分布式光伏与直流照明系统为切入点,对光伏系统提高发电效率及保持系统稳定方面采用的重要技术进行说明,对应用于直流照明系统的载波调光控制进行研究,并探讨了隧道分布式光伏与直流照明系统的综合应用情况。研究表明分布式光伏与直流照明系统可应用于隧道,隧道应用此系统能够有效降低能耗,减少运营成本。

基于Klein-Hay模型的分布式屋顶光伏发电固定式阵列安装最佳倾角计算

在分布式屋顶光伏发电系统中,固定式阵列的安装倾角对发电效率和发电量具有重要影响。然而,由于现有计算方法的局限性,根据计算倾角安装的光伏组件往往发电效率较低。为此,本文提出基于Klein-Hay模型的最佳倾角计算方法。首先确定固定式阵列的安装角度范围;然后根据分布式屋顶和光伏发电固定式阵列的实际情况建立二维模型并划分网格;接着利用Klein-Hay模型模拟计算阵列上的太阳辐射量;最后找出使太阳辐射量最大的倾角值,从而确定最佳的安装倾角。实验证明,应用该方法后光伏组件的发电效率和发电量得到了有效提高。

带有LC串联谐振功率自均衡单元的模块化光伏直流升压变换器

该文基于半有源桥(SAB)结构,提出一种带有LC串联谐振功率自均衡单元的输入独立输出串联(IIOS)型光伏直流升压变换器。该变换器采用半有源桥隔离变换器作为子模块单元,实现输入输出电气隔离以及最大功率点跟踪(MPPT)控制,并通过多个子模块单元输出串联实现端口电压匹配以满足直流并网要求。在LC功率均衡支路作用下,该变换器能实现各子模块输出端口的均压控制,控制方法简单,二次侧通过器件复用进一步减少了开关管使用数量,且原二次侧所有开关管均能实现零电压开通(ZVS),效率较高。针对起动时可能产生的系统过电流及谐振电容过电压问题,提出软起动控制策略,保证了系统的可靠性。基于Matlab/Simulink仿真证明了所提变换器工作原理和子模块输出均压方法的可行性,最后通过搭建输出功率600 W三模块小型样机进行了实验验证。

贫困地区分布式光伏电站并网发电系统应用研究

为充分利用贫困地区空置屋顶及土地资源优势,发展光伏发电产业,降低碳排放,保护环境并改善居民经济状况,本文以某贫困地区安装总容量约为650kWp的分布式光伏电站设计为案例,根据当地太阳能资源和气候条件等情况,选取合适的光伏电池组件和逆变器型号,通过PVsyst软件模拟仿真计算得出光伏阵列最佳安装倾角,由此计算确定光伏阵列的布置间距,最后推算出本案例25年内的发电量,并对环境效益进行评估,为光伏扶贫工作提供借鉴和经验。

基于最大准入功率计算的分布式光伏电源故障预警

太阳辐射量、太阳能电池组件的倾斜角度、太阳能电池组件转化效率等都是影响光伏发电功率的重要因素,在对分布式光伏电源进行故障预警时,最大功率的约束是研究的重点和难点。为此,提出基于最大准入功率计算的分布式光伏电源故障预警方法。构建分布式光伏电源出力模型,获取分布式光伏电源的无功功率上下限;基于最大准入功率计算谐波潮流分布,求得短路容量值;预测分布式光伏电源故障,划分故障预警等级。经试验论证分析得出:所提方法预测的光伏功率耗损数据与实际值更为接近,有利于故障的发现;所提方法能够计算出各分布式光伏电源节点的预警指标的关联度,确定各节点预警故障状态,试验中处于绿色预警状态的节点有3个,黄色预警节点有6个,橙色预警有2个,红色预警有1个,可见所提方法表现出了较好的故障预警效果。

应用于分布式单相光伏并网发电系统的组合双极性直流变换器

为了解决单相光伏并网发电系统中性点偏移和半桥逆变器并网损耗较大的问题,从Cuk、Zeta、Sepic中提取出了电感电容二极管(inductor capacitor diode,LCD)单元,并将其应用于传统变换器以提高变换器的电压增益。根据Cuk和Buck/Boost变换器输入电压与输出电压极性相反,Sepic和Zeta变换器输出电压与输入电压极性相同的特点,提出4种具有双极性输出的直流变换器。选择其中的Cuk-Zeta组合变换器进行了工作原理分析,并对组合变换器中的电感进行磁集成,给出了变换器主要工作波形和各模态等效电路图,推导得到了变换器电压增益和开关管、二极管的电压应力。研究结果表明,组合变换器的电压增益与LCD单元的个数有关,为Cuk或Zeta变换器电压增益的2N倍;在输入与输出电感比值λ>1,且耦合系数k趋近于1/√λ时,变换器输出电感电流接近零纹波。实验验证了理论分析的正确性,新型组合变换器有效解决了中性点偏移问题,通过磁集成实现了零纹波输出,降低了变换器损耗。

有限空间屋面分布式光伏系统安装倾角选择策略

研究有限空间屋面考虑阵列阴影遮挡的分布式光伏系统太阳辐照计算模型,并选取我国有代表意义的8个城市,研究不同安装倾角对项目装机量、发电量和资本金收益率的影响。结果表明:对于有限空间屋面上的分布式光伏项目,不必采用年总辐照量最佳倾角作为安装倾角,适当降低安装倾角,可在基本不影响资本金收益率的前提下,显著增加装机量和发电量,此现象对于高纬度地区项目更加明显。

含分布式光伏的中压直流配电网接地故障暂态特性分析

针对分布式光伏接入直流配电网后故障电流分布呈现新特征的问题,以含分布式光伏的中压直流配电网为研究对象,分析直流母线发生单极接地故障时的故障暂态特征和影响机理。单极接地故障响应过程可以分为直流侧电容放电、光伏电源多回路供电、光伏电源续流以及电感续流4个阶段,并根据4个阶段的暂态特性推导得到了各故障阶段中各个变换器直流侧电容电压以及故障电流的时域表达式。通过分析故障电流的典型特征可以发现单极接地的故障电阻大小对故障电流的幅值和到达峰值的时间影响较大。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建含分布式光伏的±10 kV双端供电型直流配电网仿真模型,验证了含分布式光伏的中压直流配电网单极接地故障暂态特性理论分析的正确性。

模块化串联分布式光伏低压直流并网的效率优化控制策略

为解决分布式光伏在局部阴影下输出功率下降的缺点,提出一种改进型模块化串联分布式光伏低压直流并网系统效率优化策略。重点分析基于分布式最大功率跟踪串联输出光伏系统的输出特性,表明系统在一定电压范围内都能输出最大功率,然后通过理论分析对比电压在指定范围内波动和电压均衡两种情况下的系统传输效率。最后在Matlab/Simulink环境中搭建系统级仿真模型,结果表明提出的效率优化控制策略能够在不增加系统硬件成本的基础上有效减少传输功率损耗,增加系统的发电效率。

应用于光伏发电系统的高效双路径变换器研究

提出一类具有部分功率处理特性的变换器——双路径功率变换器(DPPC),利用电压源串联的思想衍生其不同结构,从结构维度定义并推导DPPC的增益和效率特征关系,利用仿真对不同结构DPPC的增益与效率特性进行验证。最后选取最佳升压结构得到的变换器作为实验验证对象,搭建2 kW样机证明该变换器的可行性与高效性。

高渗透率分布式光伏交直流配电系统安全组网与控制技术及设备

交直流混合组网可以发挥直直系统灵活开放优势,实现源荷高效可靠接入,因此,构建交直流配电系统已成为新型电力系统建设重点工作,并纳入《“十四五”能源领域科技创新规划》。交直流配电系统从试点示范到大规模应用仍存在安全组网难、稳定构网难,优质供电难等问题。

面向光伏直流升压系统的高压大功率LLC谐振变换器设计方法

文中提出一种适用于光伏直流升压变换系统的高压大功率LLC谐振变换器设计方法与死区时间设计优化方法。文中先介绍大功率LLC变换器的应用场景,光伏直流升压变换器的系统架构和模块拓扑,然后基于模态分析法建立LLC变换器的时域模型,研究其求解方法。分析大功率LLC变换器与小功率设计时的差异,不能沿用小功率变换器设计方法,为此,从原始参数出发,以高效率为目标,时域模型求解方法为基础,提出一种精确简便的大功率LLC变换器设计方法,另外基于模态分析提出了死区时间设计优化方法。理论研究与提出的方法在一台80kW/5kV光伏直流升压变换器样机上得到验证。

基于简化BUCK变换器的分布式光伏优化器研究

光伏板受遮挡时导致输出最大功率降低造成能源的浪费。为提高光伏发电系统的能源利用率,引入分布式光伏优化理念,并设计了一种分布式光伏优化器,文章分析了优化器的工作原理和控制策略,进行了模拟试验,试验结果表明,分布式光伏优化器性能优良,与传统Buck变化器相比有更低的成本。

直流配电网网架结构与分布式光伏多目标协同优化

含高比例分布式光伏(distributedphotovoltaic,DPV)的直流配电网是未来配网发展的重要形态之一,但目前尚缺乏系统的规划方法。该文提出一种直流配电网网架结构与DPV多目标协同优化方法,该方法考虑光伏出力与负荷功率不确定因素之间的相关性,采用二维高斯混合模型进行源荷联合概率分布建模,由接受拒绝采样法构建典型场景集。针对直流配网中普遍存在的电力电子设备,建立其潮流模型与损耗模型,从而确定了直流配网的潮流边界条件。以系统年运行成本、DPV收益、配电网供电质量、环境及节能减排效益为多目标构建双层优化模型。采用多目标粒子群算法与基于深度优先搜索的所有生成树算法对光伏接入容量与网架结构进行上下层协同优化。以修改的IEEE 14节点直流配网规划算例验证了所提方法的有效性。

光伏逆变器与直流变换器的典型拓扑与控制策略综述

随着太阳能光伏并网发电量在电网总发电量中所占的比例越来越高,对光伏发电系统中并网部分的稳定性能和控制性能提出了更高的要求。对光伏发电系统中的重要设备进行研究,总结了光伏逆变器和直流变换器的工作原理和分类,对设备典型拓扑结构及控制策略的研究现状进行了分析,探究设备的技术优势和发展方向,并对其在光伏发电系统中的应用进行展望。

多端口分布式光伏接入直流配电系统整体故障穿越协调控制

因新能源渗透率高,多端口光伏分布式接入直流配电系统在并网换流器交流送出线路发生故障时应具备故障穿越的能力。然而,并网换流器与光伏直流变压器的容量、控制方式不同,即使两者在故障穿越期间可以相互高速通信协调,但是由于不同换流设备功率调节响应存在差异,直流母线电压容易发生较大波动,进而导致整个系统脱网。为此,提出了基于光伏端口电压调节的变功率控制方式,对直流配电系统有功功率进行动态补偿,可使直流母线电压快速恢复至额定运行点,解决交流故障导致的直流母线电压大范围波动问题,并给出了调节系数的整定与电压触发阈值的选取方式,从而实现可靠的故障穿越。PSCAD仿真结果表明,与传统控制策略相比,所提方法在不同故障程度、系统在交流故障前运行在不同有功功率的情况下,光伏电站均能有效且快速调节有功功率,避免了直流配电系统中换流器闭锁,保障了并网换流器故障穿越的实现。

含大规模面板级直流优化器的分布式光伏并网系统动态建模

近年来,越来越多基于光伏(photovoltaic,PV)面板级直流优化器(DCoptimizer,DCO)的分布式最大功率点跟踪(distributed maximum power point tracking,DMPPT)技术被提出用于解决局部阴影或不匹配问题。DMPPT的研究依赖于高精度、高效率的分布式光伏并网系统动态仿真模型。而通常此类光伏电站模型包含上千的DCO,将导致仿真过程中计算量过大的问题。针对此类建模问题,提出了一种基于矩阵变量的含大规模DCO的分布式光伏并网系统建模方法。该方法可结合Matlab/Simulink矢量仿真的功能实现,所建模型是一个系统规模可任意配置的平均值模型,其优点是采用模块化设计方法,具有良好的可扩展性。此外,该模型还可以利用Simulink的线性化工具箱直接得到其线性化结果,避免了大规模系统稳定性分析中人工线性化计算的复杂性。通过小规模DMPPT光伏系统电磁暂态模型与平均值模型的仿真结果对比,以及大规模系统线性化计算结果与时域仿真的对比,验证了所提建模方法的正确性和有效性。

基于碲化镉的分布式光伏发电系统设计研究

分布式光伏发电是未来新能源在建筑领域发展的主要形式,而碲化镉发电玻璃由于其具有建材及发电的双属性,受到越来越多的关注。主要结合碲化镉发电玻璃的性能特点、应用形式,研究基于碲化镉的分布式光伏发电系统设计。结合具体案例介绍其电气设计,预测社会、经济效益,阐述存在的问题。