戶用光伏系統(tǒng)技術方案

1、牧區(qū)戶用微電站系統(tǒng)技術方案1 .開發(fā)背景牧區(qū)戶用微電站系統(tǒng)是一套離網(wǎng)發(fā)電應用系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用太陽電池方陣、風力發(fā)電機（將交流電轉化為直流電）將發(fā)出的電能存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變?yōu)榻涣麟姡ㄟ^輸電線路送到用戶負載處。牧區(qū)戶用發(fā)電站是由風力發(fā)電機和太陽電池方陣兩種發(fā)電設備共同發(fā)電，夜間和陰雨天無陽光時由風能發(fā)電，晴天由太陽能發(fā)電，在既有風又有太陽的情況下兩者同時發(fā)揮作用，實現(xiàn)了全天候的發(fā)電功能，比單用風機和太陽能更經(jīng)濟、科學、實用。系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機、太陽電池方陣、智能控制器、蓄電池組、多功能逆變器、電纜及支撐和輔助件等組成的一個發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電系統(tǒng)

2、各部分容量的合理配置對保證發(fā)電系統(tǒng)的可靠性非常重要。由于太陽能與風能的互補性強，牧區(qū)戶用發(fā)電系統(tǒng)在資源上彌補了風電和光電獨立系統(tǒng)在資源上的缺陷。同時，風電和光電系統(tǒng)在蓄電池組和逆變環(huán)節(jié)是可以通用的，所以牧區(qū)戶用發(fā)電系統(tǒng)的造價可以降低，系統(tǒng)成本趨于合理。2 .技術構成圖1是一種牧區(qū)戶用微電網(wǎng)系統(tǒng)的原理框圖，一套獨立運行的牧區(qū)戶用微電網(wǎng)系統(tǒng)由風力發(fā)電機、太陽電池陣列、逆變控制一體機、蓄電池和負載等組成?；谶@種系統(tǒng)框架進行，從能量角度看，整個牧區(qū)戶用微電網(wǎng)系統(tǒng)由能量產(chǎn)生、存儲、消耗環(huán)節(jié)三部分組成風力發(fā)電和太陽能發(fā)電部分屬于能量產(chǎn)生環(huán)節(jié)，分別將具有不確定性的風能、太陽能轉化為穩(wěn)定的能源；為了最大可能

3、的消除由于天氣等因素引起的能量供應與需求之間的不平衡，引入蓄電池來調(diào)節(jié)和平衡能量匹配，系統(tǒng)中的蓄電池來承擔能量的儲存。圖1牧區(qū)戶用微電網(wǎng)系統(tǒng)的原理框圖風力發(fā)電機輸出交流電，經(jīng)整流后變成直流電，它與太陽電池方陣輸出的直流電經(jīng)逆變控制一體機的控制，對蓄電池進行充電。逆變控制一體機除了控制風力發(fā)電機和太陽電池方陣對蓄電池的充電外，還包括實現(xiàn)對蓄電池向負載放電的管理，與系統(tǒng)運行時的參數(shù)的采集與通信功能。具體如下：發(fā)電部分：每戶由1臺1.5KW的風力發(fā)電機和1.5KW的太陽電池方陣組成，完成風、光能對電能的轉換，并且通過逆變控制一體機與直流中心完成給蓄電池組自動充電的工作。逆變控制一體機及直流中心部分：

4、由風能和太陽能充電控制器、直流中心、控制柜、避雷器等組成。完成系統(tǒng)各部分的連接、組合以及對于蓄電池組充電的自動控制。供電部分：由逆變控制一體機組成，可把來自發(fā)電部分和蓄電池中的直流電能變換成標準的220V交流電能，供給各種用電器。3 .方案特點 完全利用風能和太陽能來互補發(fā)電，無需外界供電； 免除建變電站、架設高低壓線路和高低壓配電系統(tǒng)等工程； 具有晝夜互補、季節(jié)性互補特點，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、性價比高； 電力設施維護工作量及相應的費用開銷大幅度下降； 獨立供電，在遇到自然災害時不會影響到全部用戶的用電； 低壓供電，運行安全、維護簡單。4.1.5KW垂直軸風力發(fā)電機4.1 風機結構及其功率特點4.1

5、.1 風機結構如圖2,根據(jù)空氣動力學原理，針對垂直軸旋轉的風洞模擬，葉片選用了飛機翼形形狀，在風輪旋轉時，它不會受到因變形而改變效率等；它用垂直直線3-5個葉片組成，由4角形或5角形形狀的輪轂固定、連接葉片的連桿組成的風輪，由風輪帶動稀土永磁發(fā)電機發(fā)電送往控制器進行控制，輸配負載所用的電能。圖2垂直軸風力發(fā)電機4.1.2 功率特點根據(jù)H型風力發(fā)電機的原理，風輪的轉速上升速度提高較快（力矩上升速度快），它的發(fā)電功率上升速度也相應變快，發(fā)電曲線變得飽滿。在同樣功率下，垂直軸風力發(fā)電機的額定風速較現(xiàn)有水平軸風力發(fā)電機要小，并且它在低風速運轉時發(fā)電量也較大。4.1.3 機組特點： 360度捕風能力，1

6、米/秒微風啟動 運用鉉鐵硼永磁材料，超載能力強。 封閉式輸電滑環(huán)，電纜不纏繞。 具有防腐、防酸雨、防鹽堿的特性。 微型風機，2.5級風發(fā)電儲能。 使用壽命長達15年 具風向調(diào)節(jié)，超強風控制功能。 過充過放保護，直流恒壓充電。 運行簡單，無人工值守與特殊維護。 可安裝在公共設施、公司、住宅等屋頂?shù)目臻g內(nèi)供電 耐強風結構，無噪音、振動、不妨害信號的傳播 低風領域到高風領域電力輸出穩(wěn)定，安裝地域廣泛，實際占地面積少，對土地要求低，在山丘、海邊、河堤、荒漠等地形惡劣的條件下均可運用。 可多臺連接使用，和太陽電池板組合互補發(fā)電4.1.4 垂直軸風力發(fā)電機優(yōu)勢 旋轉緩和，無噪音，低振動 360度受風，效率

7、高 風機啟動風速只需1m/s 可設置于地面，維修方便4.1.5 具體詳細參數(shù)風力發(fā)電機詳細參數(shù)如表1所示：表11.5KW垂直軸風力發(fā)電機詳細參數(shù)啟動風速m/s2.0切入風速m/s3.0額定風速m/s12.0額定轉速rpm100額定功率w10000風輪直徑m4.5風葉數(shù)量pcs3.0葉片長度m7.5最大風速m/s60葉片寬度m0.7重量kg742.64.2 電池選型蓄電池它的主要作用就是消除由于天氣等原因引起能量供給和需求的不平衡，在整個系統(tǒng)中起到電能調(diào)節(jié)和平衡負載的作用。當發(fā)電量大于負載消耗量時，系統(tǒng)給蓄電池充電,當發(fā)電量小于負載消耗量時，蓄電池給負載供電，仍未達到過速保護的狀態(tài)時，系統(tǒng)仍需要

8、給負載或蓄電池供電。蓄電池選擇GFM0閥控密封鉛酸（膠體）電池，是采用當代先進技術研制開發(fā)的新型高能蓄電池，各項性能指標符合YD/T799-2002及IEC標準。該產(chǎn)品具有密封安全可靠,比能量高，內(nèi)阻小，自放電率低，充電接受能力強，循環(huán)壽命長，密封反應效率高等諸多優(yōu)點。在正常使用時無游離電解液，無酸霧溢出，維護使用方便，可廣泛用于牧區(qū)戶用系統(tǒng)等領域。其特點有： 高強度ABS塑料電池槽、蓋，結構緊湊，具有耐沖擊，抗震動性能好的特點； 特種鉛基多元合金板柵，內(nèi)阻小，耐腐蝕性好，充電接受能力強； 新型極板制造工藝，活性物質(zhì)利用率高； 優(yōu)質(zhì)超細玻璃纖維隔板，大電流放電性能好； 高純度電解液和特殊添加劑

9、，自放電?。?多層密封技術和特殊的密封膠，確保電池無泄漏，無酸霧逸出，安全可靠。4.3風力發(fā)電機電子卸荷由風力發(fā)電機的電動原理可知，當負載為輕載時，風力發(fā)電機的機械功率大于其輸出電功率時，風力發(fā)電機端部電壓升高，其轉速將要增加；反之，當負載為重載時，則風力發(fā)電機的轉速將要下降，電壓降低。因此，可以通過電子卸荷控制風力發(fā)電機的輸出功率、旋轉速度，完成對風力發(fā)電機的轉速和電壓的調(diào)節(jié)。其原理圖如圖：圖3風力發(fā)電機電子卸荷控制簡圖如圖3,由L9、D20C2、R2、Q4構建成開關型電子負載模型，通過調(diào)節(jié)圖中U2控制電路驅動信號的占空比控制Q4的脈寬變化就可以實現(xiàn)等效負載的變化，因為，Q4的開斷可以實現(xiàn)對

10、電容器C2的放電控制，并隨Q4開通的占空比呈線性變化，從而達到控制風力發(fā)電機轉速和電壓的目的。因此，調(diào)節(jié)控制電路驅動信號的占空比就可以有效控制風力發(fā)電機的輸出功率，進而使得風力發(fā)電機實現(xiàn)變速運行，實現(xiàn)功率跟蹤。5 .1.5KW太陽電池方陣5.1 主要特點圖4太陽電池方陣如圖4所示，為太陽電池方陣，其特點如下：太陽能發(fā)電安全可靠，不會遭受能源危機或燃料市場不穩(wěn)定的沖擊；可就近供電，不必長距離輸送，避免了長距離輸電線路的損失；運行成本很低；沒有運動部件，不易用損壞，維護簡單，特別適合于無人值守情況下使用；也不會產(chǎn)生任何廢棄物，沒有污染、噪聲等公害，對環(huán)境無不良影響，是理想的清潔能源；5.2 1.5

11、KW太陽電池方陣構成260W良晶硅光伏組件，6塊，2串3并，組成1.5KW的太陽電池方陣，單個組件由60片單體太陽電池串聯(lián)構成，開路電壓37.5V,工作電壓30V。尺寸1650*990*45光電轉換效率約為16%在測試標準（環(huán)境）：輻照度1000W/m2,環(huán)境溫度25°C,AM=1.5;功率公差范圍：±3%條件下，具體參數(shù)如表2。表2260W多晶硅光伏組件峰值功率(Pmax)290W峰值電壓(Vmp)36.25V開路電壓(Voc)43.5V峰值電流(Imp)8.0A短路電流(Isc)8.8A電池片轉換效率16.6%太陽能電池板工作環(huán)境-400C+850C最大系統(tǒng)電壓1000

12、VDC(IEC)/600VDC(UL)二極管3bypass/6bypass正負公差±3%5.3 方陣支架方陣支架選擇C型槽鋼，表面熱鍍鋅處理，固定傾角方式，抗風特性好，最大可承受60m/s風力載荷，最大可承受1.4KN/itf的雪荷載，根據(jù)內(nèi)蒙安裝地區(qū)的氣象資料，經(jīng)計算，選擇傾角37度，保障全年平均發(fā)電量最大。光伏支架系統(tǒng)僅由少數(shù)配件組成，無需現(xiàn)場鉆孔或者焊接能在工地快速組裝，有效提高安裝效率，節(jié)約工期。可調(diào)節(jié)，安裝正確的角度提高發(fā)電效率。6 .逆變控制一體機控制逆變一體機是集風力發(fā)電控制、太陽能控制和逆變于一體，設備內(nèi)部主要由DC/DC變換器、逆變器和控制器組成，目的是為了將輸入的

13、48V直流電逆變成額定電壓輸出的正弦波交流電，供用戶負載使用。風力發(fā)電機和太陽電池發(fā)出的不穩(wěn)定能源通過控制器后，可以變?yōu)榭晒┛刂乒芾淼哪茉葱问健?.1 主要特點 逆變控制一體機的存在，使用戶接線更為方便； 純正弦波輸出：相對于方波或修正正弦波（階梯波）具有更強的帶負載效果和帶負載能力。設備可帶感性負載和其它任何類型的通用交流負載，帶冰箱、電視機和收音機等設備無干擾和噪音，且不會影響負載設備的性能和壽命。 穩(wěn)定性高：由于本系統(tǒng)具有過壓、欠壓、過載、過熱、短路、反接、防雷、蓄電池開路保護、PW腳載等完善的保護功能，從而確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 控制逆變一體：結構簡單，維護方便。 高效率變壓器隔離：整機

14、逆變效率高，空載損耗低。 數(shù)字化智能控制：核心器件采用功能強大的單片機進行控制，使得外圍電路結構簡單，且控制方式和控制策略靈活強大，從而確保了優(yōu)異的性能和穩(wěn)定性。其具體參數(shù)如下表所示：表3逆變控制一體機詳細參數(shù)逆義一體機參數(shù)規(guī)格功率規(guī)格3KW直流輸入規(guī)格DC48V額定電壓規(guī)格DC48V-AC220V工作電壓范圍40V-64V低壓警告42Vdc±0.3Vdc低壓斷電40.0Vdc±0.3Vdc低壓恢復48.0Vdc±0.3Vdc高壓警告及斷電64Vdc±0.3Vdc高壓恢復62Vdc±0.3Vdc逆父效率>90%額定電壓規(guī)格220VA蹤統(tǒng)1

15、10VAC系統(tǒng)低壓關斷點180Vac+4%85Vac±4%低壓恢復點195Vac±4%90Vac±4%高壓關斷點260Vac+4%135Vac+4%高壓恢復點255Vac+4%130Vac+4%充電規(guī)則三個階段：恒流充電（恒流階段）一恒壓充電（恒壓階段）一浮充（恒壓階段）供電時效率>98%交流輸出規(guī)格輸出電壓（V）220VAC輸出電壓范圍±10%rms額定輸出頻率（Hz）50Hz±0.3Hz功率因數(shù)1.0輸出波形純正弦波波形失真率（THD）<3%（線性負裁）動態(tài)響應(0100%)5%峰值系數(shù)（CF）3:1過載保護(SMPSload)

16、（110%<St載量<125%）±10%:15分鐘后斷開輸出電壓（125%<5T載量<150%）±10%:1分鐘后斷開輸出電壓負載量>150%±10%:20秒鐘后斷開輸出電壓其他說明連續(xù)運行時間可以連續(xù)運行正常開機空耗0額定功率X2%節(jié)能模式空耗<6W安全認證CE(EN62040-1)EMC:EN62040-2,C2通訊接口RS485/可刈冷卻溫控變速風扇散熱噪音（dEk1米）<60dB使用環(huán)境溫度（C）-10+40存儲環(huán)境溫度（C）-20+55使用環(huán)境濕度0-95咐目對濕度（不結露）使用海拔（m）<5000（超過1

17、000米，降額使用）顯小方式LED旨示類+LCC®晶顯示告警方式蜂鳴器聲音告警LCD顯示告警保護功能低壓保護，高壓保護，高溫保護，短路保護，漏電保護，過流保護，過載保護，低壓恢復，高壓恢復，智能溫控，故障告警防護等級IP20/可定制6.2 逆變控制一體機原理圖圖5逆變控制一體機原理圖如圖5所示，電能產(chǎn)生環(huán)節(jié)可以分為風力發(fā)電和光伏發(fā)電兩個部分，風力發(fā)電機配備了電子卸荷系統(tǒng)，風力發(fā)電經(jīng)過不可控三相整流橋后，與光伏發(fā)電的電能直接送入DC/DC變換器，從而實現(xiàn)無差別對待。電能變換環(huán)節(jié)即逆變控制一體機主要由DC/DC變換器、逆變器和控制器組成。風力發(fā)電機組產(chǎn)生的三相交流電通過不可控制三相整流橋

18、，經(jīng)過電容穩(wěn)波后送入DC/DC變換器，得到蓄電池充電所需的直流電，同時也可以送入逆變器中。逆變器接收到DC/DC變換器送來的直流電，通過SPWMI制變換成標準的220M50HZ的正弦交流電能，供給各種用電器。6.2.1 DC/DC變換器13c3供七一穿動板“輸出功率百州砌憤號打?W樂丁正卜事就/1lx.dc變接»電產(chǎn)tmm林加全叫即，«>wm"圖6DC/DC變換器電氣簡圖如圖6所示，為逆變控制一體機中的DC/DC變換器電氣簡圖，INPUT端口接收到來自電能產(chǎn)生環(huán)節(jié)的DC48Vft流電后，工作燈泡點上電，經(jīng)過C1穩(wěn)波后，驅動4個IGBT管Q1-Q4進行變頻，之

19、后將高頻低壓交流通過高頻隔離變壓器后，輸出2路10KHz勺方波信號，其中一路為AC400M一路經(jīng)過整流橋為DC400V經(jīng)過高頻變壓后的電源效率高，一般可以達到90%并且輸出穩(wěn)定。6.2.2 逆變控制器_h.,41皿飛'"七可¥情信號挺刑圖7逆變器電氣簡圖如圖7所示，為逆變控制一體機中的逆變器電氣簡圖，ACIN端口接收到來自DC/DQB口的AC400V信號后，工作指示燈上電，在啟動驅動板進行電能逆變之前，接觸器MCIA斷開，電能通過啟動電阻R2經(jīng)過整流橋BD1對4個電容E1-E4進行充電，之后MCIA閉合,通過4個IGBT,Q1-Q4進行SPWMI制，變換成標準的22