深圳不同气象条件下各朝向太阳辐射分布特征

利用深圳地区搭建的多朝向太阳辐照与光伏发电效率测量系统2013—2017年120个朝向光伏组件实测数据,分析入射太阳辐射最佳朝向及其时间变化规律,不同气象条件下各朝向辐射的表现特征,以及方位角和倾角的差异对辐射影响的程度,得出:1)年均太阳辐射最大值的倾斜面为-15°/10°,即光伏发电最佳方位角南偏东15°,最佳倾角10°;3—10月份最佳倾角较低,在0°~20°之间,11月份—次年2月份最佳倾角在30°~50°之间,最佳朝向的月平均辐射量比水平面上要高出6.6%;对于可调倾角的光伏电站,每年可进行4次调节(4月份0°、7月份10°、9月份20°、11月份40°),就可达到较高的发电效率。2)深圳的多云天气最多,累计辐射值超过了1/3,因此多云天气时的太阳能利用也极具价值;3)深圳地区太阳辐射与气象条件关系密切,且东侧辐射值往往大于西侧。

光伏-热泵型与集热型太阳能污泥干化对比研究

研究太阳能在污泥热干化处理中的应用,用清洁能源向干化床提供热水,解决系统能耗大、运营成本高的难题。结合不同地区的气候特点,探讨太阳能的高效利用形式,分别设计光热和光伏发电+空气源热泵的污泥干化系统方案,研究相应的控制方法,开发控制器样机,并搭建实验系统全面测试系统的太阳能利用效率、水温控制特性、辅助电源能耗和污泥干化效果。实验结果表明:太阳集热器和光伏-热泵的综合光热转换效率分别约为25%和40%,2种方案均能大幅降低常规能耗,系统运行稳定,水温控制精准,干化效果良好。

光伏空气源热泵的研究与开发

基于中国北方地区冬季采暖"煤改电"工程中使用的空气源热泵机组,提出与光伏发电相结合的系统方案。在不改变原有系统结构和控制方式的前提下,白天采用光伏优先、市电保障的双电源供电模式,研究将光伏电能高效注入系统的控制策略,优化光伏阵列容量配置,开发控制器样机。实验结果表明,系统运行稳定,在华北地区光伏阵列的最优容量配置约为系统标称额定功率的1/2,光伏发电效率高,全采暖季白天平均能提供约30%的压缩机用电量,具有良好的经济效益。

太阳能电梯的研究与开发

针对老楼加装电梯改造工程中面临的配电线路可能短时超载、建设与运行费用分摊协调困难等问题,研究光伏+储能的太阳能电梯系统方案,开发对原电梯控制系统无任何影响的太阳能电梯控制器,实现光伏优先、电网补充的双电源供电模式。光伏阵列对配套的蓄电池充电,提供电梯运行所需的电能;在电梯运行过程中,蓄电池既能及时提供大功率驱动电能消除对配电线路的冲击,又能高效吸收回馈电能降低系统的能耗,并且保证停电时电梯的正常运行。实验结果表明,光伏发电效率高,电机驱动与能量回馈动态特性良好,电梯运行平稳。

单相感应电动机自整定优化调速控制的研究

针对单相感应电动机(SPIM)的非对称主、副绕组结构,提出了基于通用三相输出变频器的自整定优化变频调速控制方法。通过系统初始化,对定子绕组等效阻抗进行离线辨识,确认主、副绕组匝数比;再步进调节输出电压相位差,检测电流响应,搜索使主、副相电流与匝数成反比的最优输出电压相位差整定值,从而使变频器能够根据所控制的电动机自动优化输出电压的调制波形,保证生成圆形旋转磁场,驱动电动机平稳与高效运行。用多台参数差异较大的单相电动水泵进行了实验验证,结果表明自整定过程简单、性能良好,水泵运行稳定,扬水效率提高,并已在光伏扬水逆变器产品中得到应用。

实用多朝向太阳辐照度概率密度函数研究

利用安装在国内多地12朝向太阳辐照度远程监测系统所采集的数据,分析和比较不同地区的太阳辐照度概率分布特性,针对其截断双峰性、时序周期性和不确定性的基本特征,选用双贝塔混合模型,构建不同朝向、不同时间尺度(年、月、时)的太阳辐照度概率密度函数,搭建相应的数据库,为光伏发电系统的规划与建设提供科学依据,为大型光伏电站对电网安全与稳定运行影响的研究提供数学模型。

微型光伏纳滤苦咸水淡化系统的研发

为解决中国西北淡水资源匮乏地区的生活用水问题,根据农村居民家庭用水量的需求,基于光伏膜法苦咸水淡化(PV-BWMD)系统,研发了一套微型光伏纳滤苦咸水淡化(PV-BWNF)系统。通过实验确认了反渗透膜和纳滤膜的除盐及产水能力,比较了使用不同类型增压泵时微型PV-BWMD系统的吨水能耗,优化了微型PV-BWNF系统的光伏阵列装机容量配置,开发了智能控制器,实现了该系统的全自动运行。该微型PVBWNF系统操作简单,运行稳定,产水的水质良好,吨水成本低,能够有效地解决太阳能资源丰富、淡水资源缺乏的中国西北地区的家庭生活用水问题,具有良好的经济性和推广价值。

小型移动式光伏扬水系统的开发

为解决偏远地区分散居住人口的用水问题,设计开发了小型移动式光伏扬水系统。以电动三轮车为移动载体,集成了光伏阵列、充放电与逆变控制器、水泵、电缆盘、水管车及水桶,根据实际应用中扬程多变的特点,水泵选用适应性更强的潜水螺杆泵,并以电动三轮车标配的蓄电池组作为小型移动式光伏扬水系统的储能单元。光伏阵列既能在电动三轮车停车时向蓄电池组充电或驱动水泵,又能在电动三轮车行驶过程中直接提供行驶动力。实验结果表明:设计开发的小型移动式光伏扬水系统的操控简单,性能良好,仅依靠太阳能就能满足取水、出行与运输等多用途需求,具有广阔的应用前景。

基于光伏发电的膜法苦咸水淡化系统的优化设计

基于膜法苦咸水淡化技术和实验,对比反渗透膜和纳滤膜的除盐性能,确认利用光伏发电的膜法苦咸水淡化系统的运行特性,优化设计光伏阵列和储能单元的配套容量。中盐度苦咸水的淡化实验结果表明:基于光伏发电技术,采用反渗透膜的苦咸水淡化系统(下文简称为“反渗透系统”)的除盐率高,而采用纳滤膜的苦咸水淡化系统(下文简称为“纳滤系统”)的淡化效果取决于纳滤膜的选型。选用离子截留率高的纳滤膜VNF2后,虽然纳滤系统产水的电导率约为反渗透系统的4~7倍,但产水的总溶解固体(TDS)浓度仍远低于饮用水国家标准,吨水能耗仅为反渗透系统的50%~60%,可大幅减小所需光伏阵列的容量,降低系统成本。配套使用蓄电池储能单元,能够进一步提高基于光伏发电的膜法苦咸水淡化系统和光伏阵列的利用率,降低制水成本。

多地区太阳能资源的监测与分析

设计一套基于光伏组件输出Ⅰ-Ⅴ特性扫描和GPRS通信的12朝向太阳辐照度远程监测系统,采用光伏自主供电,自动定时采集和存储数据,并根据上位机指令远程传输。上位机对数据进行处理和保存,形成多朝向太阳能资源数据库。在中国多地安装的系统运行稳定,数据传输准确,为建设多朝向太阳能资源和光伏发电效率监测网奠定了良好的基础。基于已采集的数据,分析和比较不同地区的太阳能资源状况,并对其概率分布特性作初步研究,不仅对光伏发电系统的规划与建设具有重要的指导意义,也将为大规模光伏发电对电网安全与稳定运行影响的研究提供有价值的数学模型。

考虑风-光-荷不确定性的数据驱动型机组组合模型

传统的概率分布模型在不确定性建模方面主要依赖于模型的选择,但假定的单一模型往往无法准确刻画随机量的复杂变化规律。除此之外,参数概率模型对随机量之间时间、空间相关性的描述不够,而基于连接函数等相关性建模方法在描述多个随机量的相关性方面又过于复杂,给模型实际应用增加了难度。通过采用一种数据驱动的不确定性建模方法,提出了一种数据驱动下的两阶段机组组合模型,基于非参数狄利克雷过程高斯混合模型(DPGMM)和变分贝叶斯推断(VBI)方法来描述风电、光伏和负荷的不确定性,考虑了多风电场和各节点负荷间的相关性,并采用传统数学优化方法对所构建的机组组合模型进行求解。最后,在IEEE-30节点算例系统上进行了仿真验证,结果表明,采用DPGMM模型能够较好地拟合随机量的概率分布并描述随机量之间的相关性。

基于并联T型三电平模块的变频器开发

比较不同三电平电路拓扑的特点和性能,分析不同类型三相集成模块对硬件电路和印刷线路板(PCB)设计的影响,基于新型并联T型三电平IGBT模块,开发应用于异步电动机低谐波、低噪声调速驱动的双PWM变频器。通过改变控制策略,在同一样机平台上进行两电平与三电平逆变的性能对比实验,验证三电平逆变在转换效率、电流谐波等方面的优势。

PMSM空调压缩机启动控制方法

针对不同工况导致PMSM空调压缩机启动过程不稳定的问题,结合轴误差速度闭环控制的特点,提出一套转子位置识别→I/f开环启动→误差角反馈闭环切换的三段式启动应用方案。通过三次分相注入和两次定向注入,精准检测转子初始位置,确定最佳起始相位角;采用具有转矩-功角自平衡特性的电流闭环I/f启动策略,确保压缩机成功启动;通过误差角反馈,调节定子电流,减小轴系偏差,实现向电流与速度双闭环控制的平顺切换。通过仿真和实验,验证了PMSM空调压缩机在不同负载工况下的良好启动特性,并在小型中央空调系统中得到应用。