独立光伏发电系统在农村的应用

介绍了独立光伏发电系统的原理与构成,通过分析福建农村发展太阳能的自然条件和机遇,并结合一个典型的农村家庭用电需求,阐述了户用独立光伏发电系统的设计,光伏发电系统对于解决无电地区和边远地区的用电问题具有重要意义。     

光伏温差界面热耦合特性及混合发电效率

光伏温差混合发电系统实际应用中因为温差电池布线及存在尺寸误差等原因,部分光伏电池背板与外界进行自然对流及自然辐射换热,光伏温差界面热耦合特性较为复杂,对混合发电效率的影响规律有待探索。该研究通过有限元软件模拟混合发电系统热场分布,研究接触热阻与辐照度在4种温差电池与光伏电池面积比情况下对混合发电系统的影响规律。结果表明：混合发电系统中对光伏电池的降温效果随着温差电池与光伏电池面积比增大而提高,标况条件下面积比为0.25、0.50、0.75与1.00的系统分别降低光伏电池温度11.02%、13.34%、13.80%与23.12%。增大温差电池与光伏电池面积比可以提升混合系统发电效率,降低接触热阻能提升同一面积比系统发电效率,通过仿真分析与试验验证,面积比为1.00的混合发电系统采用高热导率界面材料时具有最高的发电效率。该研究采用市场化电池研究混合发电系统温度及混合发电效率影响规律,为光伏电池与温差电池联合使用提供参考依据。     

热开关控制光伏/温差联合发电装置设计提高发电效率

为解决光伏电池板接收太阳辐射发电时板面温度上升导致光电转换效率下降的问题,该文通过温差发电技术对光伏电池板进行主动冷却;同时为解决温差发电技术因温差较小时热电转换效率低下的问题,引入热开关对装置进行控制,并采用扁平热管作为传热单元,利用水对流为系统进行冷却。为测试基于热开关的光伏/温差联合发电装置的性能,分析了不同光辐射强度、不同板面温度、以及不同冷端温度对系统的影响,并搭建试验平台,对联合发电装置进行试验研究。结果表明,装置联合发电效率高于单独一种发电方式的效率,实现了能量的梯级利用。在对装置进行瞬时性能测试期间,发电效率最高达到19.45%,发电功率最大达到32.15 W。在6 d全天性能测试期间,联合发电装置的平均发电效率为17.72%,最高可达18.37%。所获电能基本可以满足农业温室大棚检测系统、远程传感器的供电要求。     

太阳能光伏发电技术的发展与评价

该文分析了光伏太阳能的潜力，介绍了光伏太阳能电池、组件、系统等方面的技术现状和发展趋势，根据对光伏系统成本的预测分析了光伏发电的经济性，并且从几个方面讨论了光伏发电对环境的影响，最后提出了光伏发电实际应用的问题和发展前景。     

独立微电网有功功率自主与协调控制

为了实现微电网内各单元的协调控制,针对独立微电网设计了有功功率自主与协调控制方法。该方法基于分层控制结构,1次调整由风力分布式发电单元、光伏分布式发电单元、储能单元完成,根据电压-有功功率控制曲线自主控制。2次调整由微电网控制器完成,对风力分布式发电单元、光伏分布式发电单元、储能单元及负荷单元协调控制,实时监测储能单元的电压、有功功率,如果在2次调整允许的波动范围内,微电网控制器不下发控制指令;否则,电压越限时将储能该时刻的瞬时功率作为功率基准值实现工作曲线的平移,功率越限时,微电网控制器通过改变间歇性分布式发电单元的发电功率及投入或切除负荷完成2次调整。并建立了微电网状态转换协调控制模型,更加适用于计算机处理和工程化的实现。通过Matlab算例验证了所提出控制方法的有效性。     

含分布式发电接入的农村电网多目标规划

分布式发电（distributed generation,DG）接入对农村电网损耗、电压及可靠性有很大影响,为了充分发挥DG接入的经济技术效益,提出了一种多目标分布式电源规划方法。该方法以设备投资成本、系统有功损耗、停电损失及购电费用4个指标最小为目标函数,利用判断矩阵获得各目标函数权重,通过加权将多目标优化转化成单目标优化问题,采用改进遗传算法实现了DG位置及容量的优化配置。为了避免因DG可选布点太多、导致算法计算速度慢的问题,根据配电网损耗、电压及可靠性指标改善效果,提出了一种实用的确定DG候选位置的方法。IEEE33节点系统仿真结果表明,本文提出的DG规划模型和求解方法能够有效提高农村电网的投资效益和性能指标。     

温室聚光光伏/温差联合发电系统的设计与性能试验

为解决温室常规能源供电能耗大及太阳能供电模式利用效率低的问题,该文根据温室特点设计了CPC(compound parabolic concentrator)型聚光光伏/温差联合发电系统,利用CPC型聚光器进行聚光,建立光伏、温差联合发电模式,采用扁平热管作为传热元件,利用水对流给系统冷却。为测试温室聚光光伏/温差联合发电系统性能,对系统的能量转换进行了分析,分析不同光辐射强度、冷却水流量对系统的影响。同时搭建了系统的试验平台,对水冷扁平热管型CPC-PV/TE联合发电系统(compound parabolic concentrator-photovoltaic/thermoelectric hybrid power generation system,CPC-PV/TE)进行试验研究,结果表明,系统联合发电效率大于单独一种发电方式的效率,实现能源的梯级利用。在CPC-PV/TE联合发电系统瞬时性能的试验期间联合效率最大可达到20.06%,发电功率最大值为125.98 W。在全天性能测试期间,CPC-PV/TE联合发电系统全天的发电效率在18.57%以上,CPC-PV/TE联合发电系统发电性能优于已有的联合发电系统,所获得的电能基本满足寒地温室内环境监控系统、照明系统的供电要求。     

光伏并网发电系统的MPPT-电压控制策略仿真

在配电网络的末端,负载的无功波动将会对电网供电电压产生较大的影响,对光伏发电系统并网处系统侧的交流电压进行控制,可以提高系统的电压水平。根据光伏并网系统的结构,采用外环为电压环、内环为并网电流环的双环控制。通过abc/dq0变换将并网电流解耦为有功分量和无功分量,引入最大功率点跟踪（maximum power point tracking,MPPT）提供的直流侧电压参考量的闭环控制调节并网电流的有功分量,引入交流侧电压参考量的闭环控制调节并网电流的无功分量,实现了具有MPPT和电压控制能力的三相光伏并网发电技术。仿真结果表明MPPT-电压控制策略既能够实现光伏并网的最大功率点跟踪,也能够控制光伏发电系统接入点的交流电压,进一步提升了光伏并网发电系统的应用前景。     

面向高比例分布式光伏发电消纳的复合型需求侧响应控制

在大力推进分布式光伏发电的形势下,利用负荷侧灵活性资源提升光伏消纳水平并改善电网运行经济性已成为促进新能源发展的重要措施,如何高效进行需求侧响应控制是目前该领域研究的关键问题之一。传统的峰谷分时电价仅根据区域电网内的负荷变化的总体情况确定分时段电价实现削峰填谷,该方法未考虑区域内新增电源的发电特性,从而导致负荷调整的灵活性较差,无法有效解决区域内光伏消纳的问题。该研究针对光伏装机比例较高的区域配电网尤其是乡村配电网,提出一种基于优化调整分时电价时段的激励型需求侧响应和区域集中优化调控相结合的配电网复合型需求响应控制策略。该策略首先结合负荷需求和光伏出力曲线对分时电价峰谷时段进行因地制宜的自适应调整;其次,基于新的电价时段进行用户侧分布式最优出力计划建模,并给出用户侧可削减、可时移负荷的响应调整范围的计算方法;最后由区域调度中心实现负荷集中控制。通过算例对比验证该文方法在计及用户舒适度的基础上,弃光率和系统综合运行成本较优化前均有明显降低,解决了含高比例光伏配电网的光伏消纳及经济运行问题,为配电网精细化管理水平的提升提供了理论依据。     

农村水能与太阳能混合发电系统的设计与应用

针对农村水能和太阳能2种可再生能源混合发电创新模式,该文设计了一种互补型的混合发电系统。在系统特点分析的基础上,构架了总体设计方案。在混合发电系统的设计过程中重点应用了混合直流系统构建技术、光伏谐波抑制与无功补偿技术、共享型微机监控技术等关键技术。核心技术的应用使光伏电站可为水电站提供直流电源和无功补偿、为电网提供谐波抑制;同时通过共享型微机监控技术使水电站和光伏电站共享现有控制单元、数据通讯网络、工作站及服务器,节约了投资成本。实践和计算表明,农村水能与太阳能混合发电系统的设计能够节约一次性投资成本超过50%,并产生长期的谐波抑制和无功补偿效益;每1 kW电量能节约0.4 kg标准煤,减少0.997 kg二氧化碳（CO2）;同时具有保护大坝和节约国土资源等社会效益。     

基于EWT-KMPMR组合模型的光伏电站短期功率预测

为提高光伏电站短期功率预测的精度,提出一种基于经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT))和核最小最大概率回归机(kernel mini max probability machine regression,KMPMR)的组合预测模型,对晴天、阴天和雨天3种天气类型下的光伏电站出力分别进行了预测分析。该文首先采用EWT将相似日光伏功率序列分解为具有特征差异的AM-FM分量,然后根据各AM-FM分量的变化特点建立相应的KMPMR预测模型分别进行预测并叠加得到最终预测结果。试验结果表明,相比SVM方法,该文方法在晴天、阴天和雨天可提高预测精度(MAE)分别为56.19%、54.15%和76.33%;相比EMD-KMPMR方法,在降低近一半左右计算规模的同时,可提高预测精度(MAE)分别为9.42%、38.74%和64.52%。以阿克苏地区光伏电站实际运行数据进行试验验证表明,该文方法在3种天气类型下均可取得较高的预测精度。     

基于人工神经网络的PV/T热电联供系统性能预测

为研究太阳能PV/T热电联供系统的性能和针对太阳能PV/T系统复杂的能量平衡方程,搭建了太阳能PV/T系统试验台,同时建立了基于改进灰狼优化的BP神经网络(back propagation neural network model based on improved grey wolf algorithm, IGWO-BP)预测模型,在晴朗天气下进行试验,并采用该模型对系统电功率以及蓄热水箱内水温进行预测。结果显示,晴朗日系统的电效率8.7%～12.2%、热效率51.7%;预测结果与BP神经网络预测模型、基于粒子群优化的BP神经网络(back propagation neural network based on particle swarm optimization, PSO-BP)预测模型和卷积神经网络（convolutional neural network, CNN）预测模型预测结果进行比较,结果显示IGWO-BP预测模型电效率预测模型的绝对百分比误差(mean absolute percentage error, MAPE)、决定系数(determination coefficient, R ² )、均方根误差(root mean square error, RMSE)、效率因子(efficient factor, EF)和Pearson相关系数(pearson related coefficient, r )分别为4.5E-05、0.99、0.24、0.99和1.00,在储热罐温度预测中,上述指标分别为8.90E-04、0.98、0.07、0.98、0.99,均优于其他预测模型,IGWO-BP神经网络预测模型具有更好的预测性能。研究结果可为太阳能PV/T热电联供系统性能预测与优化控制提供参考。     

户用光伏发电系统设计与研究

针对目前我国新农村建设过程中的实际情况,为使太阳能这一新能源更好的服务于农村电气化建设,以沈阳农村地区为例,根据当地的气象、环境状况及具体负荷情况,进行户用独立光伏发电系统设计,对系统的光伏倾角、光伏电池板、蓄电池、控制器及逆变器等进行了优化的设计与选择,在满足用户供电需求下,尽量减少初始投资,同时归纳了设计过程中应注意的事项。用专业的光伏系统设计软件PVSYST对设计方案进行仿真,对其用户满足率、能量利用率、蓄电池工作状态、经济效益及环境效益进行了详细的分析,验证了设计方案的可行性。     

基于最大功率点与最小损耗点跟踪的光伏水泵系统效率优化

太阳能光伏电源是一种非常有潜力的再生能源,但应用成本高、投资回报率低是当前制约独立光伏水泵系统在光照充足的农村地区大面积推广的瓶颈之一。该文研究工作的核心是优化光伏水泵系统、提升效率,在不增加硬件投入的前提下,一是利用一种最大功率点跟踪（maximum power point tracking,MPPT）算法优化光伏转换效率,二是在异步电动机的损耗方面优化进而提升效率,利用一种最小损耗点跟踪（minimum loss point tracking, MLPT）算法提高水泵用异步电动机效率,并且将MPPT与MLPT耦合。通过样机试验验证了优化策略的实际运行情况,其节能效果具有一定的实际意义,从而可有效提高投资回报率。     

基于DSP太阳能光伏并网系统的应用研究

光伏并网发电是太阳能光伏发电应用发展的趋势。并网逆变器是光伏并网发电系统核心部件之一,基于TM S320LF2407 DSP芯片控制的并网系统。利用DSP丰富的外围电路和强大的功能实现并网系统的所有工作、控制和相应的保护功能等。并网逆变器采用前级DC/DC的boost升压结构电路,减少了系统体积和重量;后级DC/AC逆变器采用全桥逆变电路;且具有最大功率跟踪和反孤岛效应等功能。以DSP为控制核心的光伏并网系统具有可靠性强,工作效率高,稳定性好等优点。其加快了光伏并网发电系统的应用推广。     

层次分析法结合熵权法评估农村屋顶光伏系统电能质量

农村屋顶光伏项目的推进得到了国家政策的大力支持,但光伏的出力具有间歇性和波动性,接入电网后将会对配电网的电能质量造成影响,因此光伏接入后配网的电能质量也变得十分重要。判断矩阵的构造是电能质量评估的重要步骤,由于电能质量指标两两之间重要程度的判别是一个比较模糊的概念,因此各个专家对于指标间重要程度的判别必然会出现一些差异。文中利用D-S证据理论将多位专家对各项电能指标之间重要程度的不同判断意见融合起来,以此构成判断矩阵,避免了由于单个专家判断失误而造成评估结果不准确的风险。再使用熵权法与层次分析法相结合的方法来减小主观因素的干扰,并针对层次分析法以及熵权法存在的不足之处做出了改进。最后通过仿真试验表明,当电能质量综合评估中的三相不平衡指标和电压偏移指标剧烈变动时,采用文中所提出的方法可将这两项指标的权重从0.067和0.183提升到了0.164和0.192,最终的评估结果也从2.323提升到2.679,从权重系数上体现了二者的剧烈变化是对电能质量造成影响的主要因素,因此文中所提出的方法相比于传统的电能质量评估方法更加适用于电能质量指标波动情况较大的农村配电网系统。     

基于区域划分的农村有源配电网动态重构方法

分布式电源和电动汽车的大规模接入,使得农村配电网的\     

考虑分布式电源的农村配电网网络重构

分布式电源接入农村配电网改变了农网的网络结构和运行方式,辐射结构是农电网运行、保护和调度的基础.该文建立了考虑分布式电源的配电网重构非线性整数优化数学模型,引入离散的二进制决策变量表示配电网的支路状态,建立了严格的数学模型保证配电网的辐射运行,提出分支定界法结合原始对偶内点法精确求解农村配电网网络重构,通过对分支节点检测,去掉不可行节点;通过增加安全因子,避免混合非线性整数规划陷入局部最优.结果表明该方法是一种可行的配电网重构方法,可为农村配电网最优运行提供参考.