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基于Matlab_Simulink的三相光伏发电并网系统的仿真_蒋拯
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级联式逆变器在光伏并网系统的应用研究
摘要：采用级联式多电平逆变器的电路拓扑结构，并对基于此结构的光伏并网系统的控制策略进行研究。为实现有效并网，使得并网电流与电网电压相位一致，在结合单级光伏并网系统控制策略和级联式逆变器控制策略两者特点的基础上，采用阶梯波控制与电流环控制的混合控制方式，并对此系统进行Matlab／Simulink仿真分析，验证这种控制方法的可行性。采用PR调节器的电流环控制，提高了级联式逆变器的效率。
关键词：光伏并网系统；级联式逆变器；PR调节器；混合控制
&&& 随着国际上对于清洁能源的要求越来越高，我国逐渐开始加大光伏发电等清洁能源在整个电网发电中的比重。光伏并网技术是光伏发电系统的核心技术之一，光伏发电系统主要由太阳能板、DC-DC升压电路、逆变器、用户(电网)等组成。目前，大多数逆变器采用传统的单级式或多级式，基于这些形式下的太阳能光伏并网系统在结构上存在着如下不足：并网逆变器中开关管的工作频率较高，损耗较大；逆变器工作需要足够的直流电压，这需要多个光伏电池串联起来以达到电压等级的要求，同时，逆变器开关管承受的du／dt较大，整个系统的可靠性下降。采用级联式逆变器就可以很好解决这些传统方式下的不足，本文旨在探讨级联式逆变器在光伏并网中的特点以及基于级联式逆变器的光伏并网系统的Matlab／Simulink仿真研究。
1 基于级联式逆变器的光伏并网发电系统
1．1 级联式逆变器的结构
&&& 1988年日本学者M．Marchesoni等人在PESC年会上提出了基于H桥级联的多电平逆变电路结构。该种电路结构以多电平阶梯波来模拟逼近正弦波，从而可以提高输出电压的等级，同时减小高次谐波含量。图1是三相四级级联电路的拓扑结构图。从图1所示的拓扑结构分析可以得知：逆变H桥直流测电压为UDC时，单级H桥输出有UDC，0以及-UDC三种电平，则N级级联结构输出共有2N+1种电平。这种多电平结构使得级联式逆变器具有如下几个优点：各个模块相对独立，可以方便进行更换或扩展成更高电压等级；各个模块的开关器件(IGBT)承受电压相对普通逆变器要低，系统的可靠性增加。
1．2 光伏并网发电系统的拓扑结构
&&& 基于级联式逆变器的光伏并网系统的拓扑结构如图2所示，图中前级为太阳能电池板和DC&DC升压电路(BOOST)电路，后级为多个H桥(DC-AC)级联而成的逆变器，其输出通过网侧滤波器与电网相连。
&&& 图2中光伏电池提供各个部分的独立直流电源，DC&DC电路对光伏电池电压升压并完成实现最大功率跟踪控制，DC-AC电路完成实现并网电流与电网电压相位一致。在本文光伏并网系统建模中，级联逆变器输出通过滤波电感与电网相连，在一定控制方式下，完成实现并网电流与电网电压相位一致(功率因素为1)，使系统能够实现并网。
经过反复的比较和遴选，《今日电子》和21ic中国电子网举办的2013年度产品奖正式揭晓…
() () () () () () () () ()如何自建一套家庭光伏发电系统？
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如何自建一套家庭光伏发电系统？
【吴争的回答(65票)】:
在国外自己想做光伏安装商，所以自学过一些安装和设计系统方面的知识，果断贡献知乎第一个回答。
大前提：公寓住户基本和自建系统无缘，此篇主要解决别墅用户需求。
为了避免太专业，尽量简单说一下普通用户的做法，也全程提供一个高帅富解决方案。其实自己想安装一个能发电的系统非常简单，主要需要四样东西： 1. 电板（solar panels),2.光伏逆变器并网或者离网（solar inverter on/off grid) 3.太阳能支架（mounting system) 4. 电缆线( cables)。在这里为光伏小白解释一下光伏逆变器：光伏发的电是直流电，没办法直接使用，必须通过逆变器转化为交流电才可以家用。
不过普通用户在国内采购这些东西并不容易，特别是想控制价格的情况下。因为国内做residential家用的安装商很难找，目前国内还是以中大型电站为主。家用系统考虑补贴后的价格依然是普通用户无法接受，或者说是无法做到cost effective的。忽略性价比因素，从一些途径（比如联系我）得到了这些东西。下面就是考虑系统的设计，由于家用系统的装机容量(Maximum Input)一般在1-5千瓦就足够，（家里有自己的花园游泳池或者高科技农庄什么的高帅富可以10-20KW乱入）系统设计不会太复杂，一般来说需要20块太阳能电池板就足够。主要考虑面对的方向，国内永远是朝南，不过可以是西南或者东南。在两个方向排布的情况下建议用双路逆变器（dual-mppt)不懂可以理解为双核处理器，每一个核处理一个方向的计算。高帅富建议使用微型逆变器（一般和板子一起卖，每块板子一个，单独计算，安装极其建议，当然价格略高）。再补充一个采购成本方面的，其实板子的价格大同小异，便宜的此处推荐一个Alex solar, 质量好点的推荐Canadian solar。逆变器的价格差异相对比较大了，除了微逆外，最贵也最有名的当属SMA（专注逆变器20年的德国公司），便宜点的话就从国内品牌中选择了，但是国内品牌家用产品普遍没有经历过时间考验，选择有一定风险，在此推荐一个GoodWe（固德威）。在采购完后，由于家用布线和系统设计简单，普通用户只要找一个合格的电工解决家里的布线问题支架保持45度角（高帅富可以选择向日葵自动追踪阳光支架）逆变器连接参考说明书就行。高帅富20KW系统需要大概100块板子，逆变器的连接会非常复杂，需要专业的系统设计软件综合考虑布线，逆变器端口，各地天气等因素来设计。
并网离网在这里简单介绍，并网将发的电发到电网，如果满足国家相关标准能拿补贴，在有电网的地区基本都是使用并网，离网一般在亚非拉阳光好但是没有电网的地方架设。此处还想重点为高帅富们推荐一款并离网混合一体系统：简单的说就是既可以实现并网发电，也能在僵尸世界大战暴发或者被穹顶笼罩电网被破坏的情况下离网发电，更能在有极昼夜的地区靠蓄电池储存光电，在需要的时候使用。这样的系统只需要一个并离网混合逆变器和锂蓄电池加普通太阳能板就能组成，20KW只卖100W, 真是居家旅行打僵尸必备。
【FrancisQu的回答(23票)】:
[家庭光伏发电系统概念图：来源于网络][家庭光伏发电系统概念图：来源于网络]
目前正在为实验室搭建一套3KW光伏发电系统，作为视频监控系统的不间断电源。
下面给出方案作为参考。
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（1）基本配置
一套光伏系统主要包括太阳电池阵、蓄电池、光伏逆变器和交流断路器，其基本配置如下图所示。光伏模块组成的光伏组串将太阳能转换成直流电能。逆变器作为中间重要单元将此直流电能转换成满足电网要求的交流电能并馈入电网。
================================== ==================================
（2）主要设备
①太阳电池阵
太阳电池阵选用合肥晶晨光伏能源有限公司的JC250W/30V太阳能电池组件,其性能参数如下表所示。
②光伏逆变器
光伏逆变器选用合肥阳光电源的组串型SG 1K5TL型光伏逆变器，其当输入输出参数如下表所示。
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（3）设备安装
逆变器安装包括直流侧电气连接、交流侧电气连接和通讯线缆电气连接。
①电气连接图
②逆变器外部接线
外部接线端子位于逆变器底部，如下图所示。包括直流侧、交流侧以及通讯接线端子。这样使得在不打开逆变器上盖的条件下进行电气连接且接线端子都为直插式防水端子，最大程度保证接线人员的安全而且接线方便。
③连接线缆规格
④交流侧电气连接
组串型SG 1K5TL型光伏逆变器所连接的电网需具备以下条件，否则逆变器将不会工作。
电网电压：174~274V
电网频率：47~53Hz/57~63Hz
逆变器与电网之间通过三线（L，N 和 PE）进行连接。与电网之间的接口为AC 端子，馈入电网的电能为单相。（阳光电源为逆变器交流侧电气连接提供相应的交流连接器）
⑤交流断路器
为了保护逆变器交流侧电路和接线时人身安全，为每台逆变器配置两极断路器作为保护设备。建议交流断路器短路电流为13A。
由于组串型SG 1K5TL型光伏逆变器由于为无变压器型，要求光伏阵列的正极和负极均不能接地，否则会造成逆变器不可恢复地损坏。
在此光伏发电系统中，所有非载流金属部件和设备的外壳都应该接至大地，如光伏模块的支架，逆变器外壳等。
接地示意图如下图所示。
⑧通讯连接
通过 RS485通讯连接可将逆变器的运行信息传送至已安装监测软件（如SolarInfo Insight）的上位机或本地数据存储显示设备（如 SolarInfo Logger）。
如果仅有一台逆变器，带直插式插头的 RS485 通讯线缆就可实现通讯连接。
================================== ==================================
（4）主要预算
若系统的输出功率设计为3kW，则该套光伏系统的初步预算如下表所示。
参考资料：
[1]合肥晶晨光伏能源有限公司JC250W/30V太阳能电池组件参数表
[2]阳光电源组串型SG1K5TL光伏逆变器用户手册
【许久的回答(7票)】:
谢邀。我的方向也是光伏电池材料，系统方面上过相关课程,但只是知道个皮毛。
关于设计系统，目前使用现有成熟的光伏电池方面没有太大的技术瓶颈，用成本较低技术成熟的多晶硅或单晶硅电池，再根据地理因素(纬度等)选择屋顶安装方式即可。而较难的是采用储能系统使之保持输出稳定或者干脆并网发电。储能系统的问题在于像压缩空气储能、飞轮储能甚至抽水储能的系统规模和成本都不是家庭可以负担的所以必须集中到某一个储能站，这其实还是归结为并网发电的问题。而并网发电，更多的是国家电网的问题——像你给出的链接，多半只是政府要做宣传或者媒体人的一厢情愿。实际上因为像太阳能风能这样不稳定的发电系统，电网是很排斥的，又要用高于火电核电的价格收购，还会对整个电网造成波动影响。所以如果没有政府的政策导向，家庭光伏发电系统很难做起来。没有政策补贴的话，什么七年收回成本都是扯淡。
而关于节约成本，只能寄希望于新材料的研发、储能系统的普遍利用还有所谓“智能电网”的最终达成。答着答着似乎答非所问了= =希望有一些帮助。
【知乎用户的回答(7票)】:
1、设备。普通用户很难方便廉价的购买设备。分布式光伏发电并网的原理不难，太阳能电池板，逆变器，微断开关（起保护作用），再加上电缆，基础，支架等设备就行了。从网上搜集到的信息来看：山东青岛的徐鹏飞花了2万多，但他的逆变器是成本价从自己公司买的，其他设备也都是优惠价格从同行那买的。北京顺义的一个人花了4.2万买齐全部设备，他说如果不走弯路的话实际投入3万元就可以。这个人供职于外资光伏企业。南昌的刘涛花了6万元。上面这些人装机容量在10kw以下，一般也就5kw，甚至1.5kw（基本上也就能给灯泡用用）。所以花费还是挺高的，而且一般人（无基础，无爱好）购买这些设备也要耗费一些时间和精力，目前国内并没有生产成套家用光伏发电设备的厂家。
2、许可。在自家楼上安装这些设备要取得小区物业和邻居的同意，如果你是独门独院那就最好了。这一步通常是最耗费时间的。
3、安装。只能自己动手了，相关从业人员的话一般一周以内就可以搞定。一般人的话要下番功夫好好琢磨一下原理了。
4、并网。请拨打95598，向供电公司申请，会有人跟你商议并网方式等问题，应该是全程免费的，最后还会帮你进行并网调试。规定的流程时间为45天，在当前的环境下，供电公司会尽快为你办理，一般20天左右，然后你会发现自己上报纸了，还有可能会有电视台去采访你。哈哈。
最后，值不值？ 当然不值啦。根据现在的情况回收成本至少需要10年，这还是在有国家补贴的情况下。所以现在搞家庭光伏发电的基本上要么是从业人员，要么是发烧友，也应该会出现一批环保主义者。
【知乎用户的回答(4票)】:
仔细回答一下这个问题，希望能帮助非业内人士自己DIY一套系统出来
先发一个电气接入图
解说一下：
这是一套5kwp装机容量的电气图，5kwp什么概念呢？简单来说就是峰值发电功率是每小时5度电。按照中国中东部地区约合1000小时有效光照时间的标准来算，每年大约可以发电4000度以上。（发电系统各个部件本身也有损耗）
你需要的系统部件包括
其中的安装辅材部件大部分都是电气通用部件其中的安装辅材部件大部分都是电气通用部件
需要注意的是光伏支架的压块选配，各种规格螺母的选配，光伏线缆的选配。
光伏支架的选配和安装需要根据工程所在地的实际情况来选择，现在一般都是用c型钢来做导轨，也有一些用铝型材的。
如果是屋顶，那么需要注意是平顶还是斜坡屋顶，这两类屋顶在安装支架是固定方式是不一样的。
小型逆变器（20KW以下），现在国内的几个大厂差异不大，一般都提供5年的质保（国际上一般都是10年），SMA这种奢侈品当然另当别论。不要买太便宜的逆变器，有些逆变器只提供单路MPPT（最大功率点追踪）。
另外提一下，最好选配和逆变器搭配的监控设备，现在很多逆变器都提供wifi接口，可以通过路由器把电站工作情况同步到手机里面，方便随时监控和管理。
最后提供一下德国的几个工程的数据及图片：
Ulli_Mengkofen (6,58 kWp) in 84152 Mengkofen, Bayern
Yield (actual / predicted)167,91 kWh
25,52 kWh/kWp99,61 kWh
15,14 kWh/kWpDiff. to target68,30 kWh
10,38 kWh/kWp68,57 %Maximum value20,51 kWh
3,12 kWh/kWp16.12.2013
Yield (actual / predicted)6.595,95 kWh
1.002,42 kWh/kWp6.228,01 kWh
946,51 kWh/kWpDiff. to target367,94 kWh
55,92 kWh/kWp5,91 %Maximum value45,48 kWh
6,91 kWh/kWp06.06.2013
这是一户装机规模为6.58kwp的太阳能发电系统，采用的组件是14块Canadian solar的235wp多晶组件，逆变器采用两台Power-One 生产的PVI-3.0-OUTD （3KW），长这个样子：这是一户装机规模为6.58kwp的太阳能发电系统，采用的组件是14块Canadian solar的235wp多晶组件，逆变器采用两台Power-One 生产的PVI-3.0-OUTD （3KW），长这个样子：
这套系统2013年全年发电量是6,595度。这套系统2013年全年发电量是6,595度。
最后，强调一点电气布线及安装施工非常重要，光伏组件合适的角度选择，逆变器的正确配置，乃至防水工程处理都将影响系统的发电效率及电力的安全使用。
个人实在不建议自己DIY
【jimmyqin的回答(2票)】:
家庭式光伏主要第一个看装机容量，第二看是并网还是离网，并网的话成本相对低点，还可以跟国家申请补贴，离网系统主要自发自用，需要增加蓄电池，成本较高
【魏敬贤的回答(1票)】:
【陈旺的回答(0票)】:
基本同LS，可以把集中式逆变器换成微型逆变器，每W差不多要贵一块多点，一个3KW的系统成本大概在2W吧。另外并网的话就不需要蓄电池了。
【连舜的回答(0票)】:
题主，进去看看吧，一看就会了，那些图片复制不过来，所以只能发个网??
馆藏&62409
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