一種具有集中管理功能的太陽(yáng)能發(fā)電管理系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是一種具有集中管理功能的太陽(yáng)能發(fā)電管理系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)全世界供電系統(tǒng)是以大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓為主要特征的集中式單一供電系統(tǒng)。雖然全世界90%的電力負(fù)荷都由這種集中單一的大電網(wǎng)供電，但是當(dāng)今社會(huì)對(duì)能源與電力供應(yīng)的質(zhì)量與安全可靠性要求越來(lái)越高，大電網(wǎng)由于自身的缺陷已經(jīng)不能滿足這種要求。由于大電網(wǎng)中任何一點(diǎn)的故障所產(chǎn)生的擾動(dòng)都會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)造成較大影響，嚴(yán)重時(shí)可能引起大面積停電甚至是全網(wǎng)崩潰，造成災(zāi)難性后果，這樣的事故在國(guó)外時(shí)有發(fā)生；而且這種大電網(wǎng)又極易受到戰(zhàn)爭(zhēng)或恐怖勢(shì)力的破壞，嚴(yán)重時(shí)將危害國(guó)家的安全，如科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)和海灣戰(zhàn)爭(zhēng)等；另外集中式大電網(wǎng)還不能跟蹤電力負(fù)荷的變化，而為了短暫的峰荷建造發(fā)電廠其花費(fèi)是巨大的，經(jīng)濟(jì)效益也非常低。根據(jù)西方國(guó)家的經(jīng)驗(yàn):大電網(wǎng)系統(tǒng)和分布式發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合是節(jié)省投資，降低能耗，提高系統(tǒng)安全性和靈活性的主要方法。
[0003]分布式發(fā)電指的是在用戶現(xiàn)場(chǎng)或靠近用電現(xiàn)場(chǎng)配置較小的發(fā)電機(jī)組(一般低于30MW)，以滿足特定用戶的需要，支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，或者同時(shí)滿足這兩個(gè)方面的要求。這些小的機(jī)組包括燃料電池，小型燃?xì)廨啓C(jī)，小型光伏發(fā)電，小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電，或燃?xì)廨啓C(jī)與燃料電池的混合裝置。由于靠近用戶提高了服務(wù)的可靠性和電力質(zhì)量。技術(shù)的發(fā)展，公共環(huán)境政策和電力市場(chǎng)的擴(kuò)大等因素的共同作用使得分布式發(fā)電成為新世紀(jì)重要的能源選擇。
[0004]通過(guò)分布式發(fā)電和集中供電系統(tǒng)的配合應(yīng)用有以下優(yōu)點(diǎn):
分布式發(fā)電系統(tǒng)中各電站相互獨(dú)立，用戶由于可以自行控制，不會(huì)發(fā)生大規(guī)模停電事故，所以安全可靠性比較高；
分布式發(fā)電可以彌補(bǔ)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的不足，在意外災(zāi)害發(fā)生時(shí)繼續(xù)供電，已成為集中供電方式不可缺少的重要補(bǔ)充；
可對(duì)區(qū)域電力的質(zhì)量和性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，非常適合向農(nóng)村、牧區(qū)、山區(qū)，發(fā)展中的中、小城市或商業(yè)區(qū)的居民供電，可大大減小環(huán)保壓力；
分布式發(fā)電的輸配電損耗很低，甚至沒(méi)有，無(wú)需建配電站，可降低或避免附加的輸配電成本，同時(shí)土建和安裝成本低；
可以滿足特殊場(chǎng)合的需求，如用于重要集會(huì)或慶典的(處于熱備用狀態(tài)的)移動(dòng)分散式發(fā)電車；
調(diào)峰性能好，操作簡(jiǎn)單，由于參與運(yùn)行的系統(tǒng)少，啟?？焖伲阌趯?shí)現(xiàn)全自動(dòng)。
[0005]光伏發(fā)電作為分布式發(fā)電的一種，其基本原理就是“光伏效應(yīng)”。光子照射到金屬上時(shí)，它的能量可以被金屬中某個(gè)電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬內(nèi)部引力做功，離開(kāi)金屬表面逃逸出來(lái)，成為光電子。
[0006]光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子(光波)轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過(guò)程；其次，是形成電壓過(guò)程。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會(huì)形成電流的回路。
[0007]光伏發(fā)電的主要原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。硅原子有4個(gè)電子，如果在純硅中摻入有5個(gè)電子的原子如磷原子，就成為N型半導(dǎo)體；若在純硅中摻入有3個(gè)電子的原子如硼原子，形成P型半導(dǎo)體。當(dāng)P型和N型結(jié)合在一起時(shí)，接觸面就會(huì)形成電勢(shì)差，成為太陽(yáng)能電池。當(dāng)太陽(yáng)光照射到P — N結(jié)后，空穴由N極區(qū)往P極區(qū)移動(dòng)，電子由P極區(qū)向N極區(qū)移動(dòng)，形成電流。
[0008]多晶硅經(jīng)過(guò)鑄錠、破錠、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上摻雜和擴(kuò)散微量的硼、磷等，就形成P — N結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷，將精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過(guò)燒結(jié)，同時(shí)制成背電極，并在有柵線的面涂一層防反射涂層，電池片就至此制成。電池片排列組合成電池組件，就組成了大的電路板。一般在組件四周包鋁框，正面覆蓋玻璃，反面安裝電極。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)出一種具有集中管理功能的太陽(yáng)能發(fā)電管理系統(tǒng)及方法，在現(xiàn)有分布式發(fā)電管理系統(tǒng)的個(gè)體獨(dú)立管理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)管控及中心集成的智能性，通過(guò)多節(jié)點(diǎn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的集中管理控制模式，有效提高發(fā)電效率，并提高并網(wǎng)的安全性及可持續(xù)性，在進(jìn)行逆變管理時(shí)，采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行逆變系統(tǒng)的中心控制，保障直流變交流時(shí)逆變過(guò)程的可靠性，滿足并網(wǎng)電壓同主電網(wǎng)的電壓同頻同相，不會(huì)出現(xiàn)因待入網(wǎng)電壓與主網(wǎng)電壓不匹配的情況而造成主網(wǎng)癱瘓的情況發(fā)生，整個(gè)系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)科學(xué)合理、安全穩(wěn)定、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。
[0010]本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種具有集中管理功能的太陽(yáng)能發(fā)電管理系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能電池板陣列、積流箱、直流柜、逆變系統(tǒng)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集器、遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，所述太陽(yáng)能電池板陣列連接積流箱，所述積流箱連接直流柜，所述直流柜連接逆變系統(tǒng)，所述逆變系統(tǒng)連接在高壓電網(wǎng)上，所述監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集器連接在逆變系統(tǒng)上，所述遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接在監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集器上；所述逆變系統(tǒng)包括DSP監(jiān)測(cè)控制電路、觸摸顯示電路、SPWM發(fā)生器、隔離驅(qū)動(dòng)電路、升壓電路、濾波電路、同步鎖相環(huán)控制電路、電網(wǎng)過(guò)零檢測(cè)電路及并網(wǎng)輸出電流控制電路，所述觸摸顯示電路連接DSP監(jiān)測(cè)控制電路，所述DSP監(jiān)測(cè)控制電路連接SPWM發(fā)生器，所述直流柜連接SPWM發(fā)生器，所述SPWM發(fā)生器連接隔離驅(qū)動(dòng)電路，所述隔離驅(qū)動(dòng)電路連接升壓電路，所述升壓電路連接濾波電路，所述濾波電路連接并網(wǎng)輸出電流控制電路，所述并網(wǎng)輸出電流控制電路連接電網(wǎng)過(guò)零檢測(cè)電路，所述電網(wǎng)過(guò)零檢測(cè)電路連接同步鎖相環(huán)控制電路，所述同步鎖相環(huán)控制電路連接SPWM發(fā)生器，所述并網(wǎng)輸出電流控制電路連接在高壓電網(wǎng)上。
[0011]進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述系統(tǒng)，能通過(guò)電壓反饋取樣的方式進(jìn)行檢測(cè)，以便確定待并入主網(wǎng)的電壓是否同主網(wǎng)電壓一致，特別設(shè)置有下述結(jié)構(gòu):所述逆變系統(tǒng)還包括輸出電壓反饋電路，所述濾波電路通過(guò)輸出電壓反饋電路連接DSP監(jiān)測(cè)控制電路。
[0012]進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)過(guò)流、過(guò)熱、欠壓等保護(hù)功能，特別設(shè)置有下述結(jié)構(gòu):所述逆變器還包括保護(hù)電路，所述保護(hù)電路連接SPWM發(fā)生器。
[0013]進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述系統(tǒng)，能利用成熟的DSP處理芯片完成主控制功能，特別采用下述設(shè)置方式:所述DSP監(jiān)測(cè)控制電路主芯片采用TMS320F2812。
[0014]進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)的獨(dú)立管控功能，形成單獨(dú)的現(xiàn)場(chǎng)控制策略，特別設(shè)置有下述結(jié)構(gòu):還包括現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)，所述現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)連接監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集器，且現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)通過(guò)因特網(wǎng)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)連接。
[0015]進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述系統(tǒng)，能夠?qū)χ苓叚h(huán)境及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而形成良好的控制策略，特別設(shè)置有下述結(jié)構(gòu):還包括用于進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度及周邊環(huán)境的溫度監(jiān)測(cè)的測(cè)溫儀，所述測(cè)溫儀連接在監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集器上。
[0016]進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，能夠?qū)庹諒?qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)從而形成合理的發(fā)電策略，使得整個(gè)系統(tǒng)工作效率更高，特別設(shè)置有下述結(jié)構(gòu):還包括用于對(duì)光照度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的輻照儀，所述輻照儀連接監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集器。
[0017]一種具有集中管理功能的太陽(yáng)能發(fā)電管理方法，包括以下步驟:
1)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)根據(jù)當(dāng)前策略運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電及并網(wǎng)；
2)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換電能:太陽(yáng)能電池板陣列將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能；
3)直流電能初次匯集:積流箱將步驟I)內(nèi)所形成的電能進(jìn)行有效匯集，形成可進(jìn)行傳輸?shù)拇箅娏鳎?br> 4)電流DC-DC轉(zhuǎn)換:直