6MW光伏電站發(fā)電效率的設(shè)計與改進(jìn)

6MW光伏電站發(fā)電效率的設(shè)計與改進(jìn)由于能源短缺和污染日益嚴(yán)重，太陽能已成為最清潔、最現(xiàn)實和最有前途的可再生能源生產(chǎn)方法之一。然而，太陽能電池的輸出特性是高度非線性的，很大程度上取決于外部環(huán)境。因此，太陽能的高效利用和提高太陽能利用效率是利用太陽能時亟待解決的問題。本文以光伏系統(tǒng)為核心，以最大限度地利用太陽能為主要目標(biāo)，進(jìn)行理論和實驗研究，以優(yōu)化光伏電站系統(tǒng)的效率，主要研究內(nèi)容包括。（1）總結(jié)光伏發(fā)電系統(tǒng)的配置，根據(jù)各種情況的需要對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行分類，介紹目前我國和國外光伏發(fā)電的發(fā)展情況。（2）簡要介紹西藏桑日光伏電站的地點、太陽能資源、光伏組件數(shù)量、陣列安裝方式，對電站發(fā)電效率進(jìn)行分析，并總結(jié)影響電站發(fā)電效率的因素，主要包括光伏陣列安裝方式、逆變器選型、最大最大功率點跟蹤（MPPT）以及環(huán)境因素。（3）提出西藏桑日光伏電站發(fā)電效率提升方法，包括采用固定光伏陣列安裝方式，合理選擇逆變器及控制策略，確定光伏陣列最佳傾角，采用基于粒子群聚類算法實現(xiàn)MPPT，通過仿真分析可知該算法能有效提高光伏電站發(fā)電效率。（4）基于上述光伏發(fā)電效率提升方法計算優(yōu)化后的光伏電站發(fā)電量，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，計算結(jié)果表明，優(yōu)化后的電站發(fā)電量增加約5％。1緒論選題背景目前，人類使用的能源90%是以煤、石油、天然氣等化石燃料為基礎(chǔ)的不可再生能源，而化石燃料是有限的，這就是為什么全世界都在使用化石燃料的原因。人口增長。工業(yè)化進(jìn)程正在加速。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，它正在逐漸耗盡。同時，燃燒化石燃料會釋放二氧化碳和二氧化硫等有害氣體，威脅著人們賴以生存的環(huán)境。能源危機(jī)和環(huán)境污染問題是人類面臨的兩大問題。解決這兩個問題，需要從能源入手。現(xiàn)在人們明白，能源供應(yīng)必須走可持續(xù)發(fā)展的道路——從傳統(tǒng)的化石能源到可再生能源。近年來，太陽能從技術(shù)演變而來，市場和市場都在迅速發(fā)展，但太陽能需要一個緊迫的解決方案。請注意，有一些問題。發(fā)電效率差目前，我國火力發(fā)電設(shè)備年使用時間累計可達(dá)5000小時以上，最高可達(dá)7000小時以上。水電設(shè)備年壽命在3500左右，從時間上看，太陽能組件只有2000小時左右。(2)發(fā)電成本高，目前發(fā)電1度電，熱能0.4-0.5元，水電0.2-0.3元，核能0.2-0.3元。電費約0.3-0.4元，風(fēng)電約0.6元以上。太陽能發(fā)電成本在1元以上，而受電網(wǎng)負(fù)荷影響，風(fēng)電上網(wǎng)成本在0.6元以上。太陽能的價格大約是熱能的1.3倍，網(wǎng)絡(luò)中太陽能的成本大約是熱能的2.2倍［1］。首先，要提高光伏能源在可再生能源中的份額，必須從兩個方面著手：提高效率和降低成本：太陽能電池組件、太陽能電池的材料和制造工藝。光伏裝置的效率和成本節(jié)約，特別是通過優(yōu)化面板配置、拓?fù)浜湍孀兤鞯墓芾怼?.2研究目的及意義太陽能、風(fēng)能和生物質(zhì)能是所有國家最有前途的可再生能源。使用可再生能源對于滿足能源需求、改善能源結(jié)構(gòu)、應(yīng)對環(huán)境壓力和推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。近年來，太陽能以其獨特的優(yōu)勢成為各國關(guān)注的焦點，特別是在太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域，不斷得到應(yīng)用和發(fā)展。光伏組件可作為建筑和裝飾材料，創(chuàng)造與建筑的理想結(jié)合，節(jié)省建設(shè)光伏電站和輸電的投資成本，有效降低整體環(huán)境溫度，充分利用材料資源，提供充分的接入各種功能。因此，從節(jié)能環(huán)保的角度來看，光伏電站的建設(shè)具有非常重要的現(xiàn)實意義。1.3影響光伏發(fā)電效率的因素太陽能電池陣列的轉(zhuǎn)換效率主要受自然環(huán)境、太陽能電池模塊對太陽光的利用以及太陽能電池模塊之間的連接方式的影響。(1)自然環(huán)境因素：發(fā)光強(qiáng)度和溫度。主要的自然環(huán)境因素包括太陽輻射和環(huán)境溫度。太陽的強(qiáng)度不同，太陽能電池模塊的輸出電壓和電流不同，環(huán)境溫度不同，太陽能電池模塊的輸出電壓和電流也不同。因此，太陽的強(qiáng)度和環(huán)境溫度會影響光伏發(fā)電。組件的輸出功率影響太陽能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。在規(guī)劃和選擇光伏系統(tǒng)位置時，必須考慮該區(qū)域的太陽能資源分布。太陽能發(fā)電站應(yīng)盡量選擇光資源豐富的地方，并選擇在附近建筑物和樹木較少的地方。太陽能電池模塊的局部溫度和工作溫度均在允許范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。（2）太陽能電池組件的光能利用率。太陽能電池模塊的光能利用率受太陽能電池模塊的材料和制造工藝、光跟蹤方法和最大功率跟蹤算法的影響。因此，可以改進(jìn)太陽能電池模塊的材料，采用太陽能跟蹤聚焦的方法，采用高效的最大功率跟蹤算法，提高太陽能電池模塊的光能利用率。1）太陽能電池組件對光能的利用與材料和制造工藝密切相關(guān)。目前，市場上單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率為17%?22%。多晶硅為16%至19%，非晶硅為6%至10%。2）采用太陽能跟蹤方式，提高光利用率，使太陽能電池組件吸收最大的光能。傳統(tǒng)太陽能電池陣列的安裝方法是固定的。安裝的原則是保證陣列的年輻射量最大，但太陽始終在運動，從固定坡度接收到的光輻射量隨著太陽的運動而變化。不能接受最大程度地暴露在陽光下。由于采用太陽跟蹤方式，光伏發(fā)電陣列的安裝方式?jīng)]有規(guī)定，可以根據(jù)太陽輻射角度的變化旋轉(zhuǎn)陣列，以接收最大量的太陽輻射。光伏陣列。3）采用太陽能聚焦方式，提高光利用率，使光伏組件吸收最大量的光能。為了克服太陽能密度低的問題，利用光學(xué)聚焦的原理來提高太陽能密度，目前市場上的太陽能集熱器將光線聚焦以提高太陽能密度?？梢赃_(dá)到高溫。（3） 光伏組件之間的連接方式太陽能組件之間的連接會影響太陽能系統(tǒng)的性能效率。如果太陽能系統(tǒng)的固定結(jié)構(gòu)被遮擋，太陽能系統(tǒng)的能源效率就會下降。如何斷開組件之間的連接一般采用以下方法：太陽能電池的改造。電網(wǎng)改造根據(jù)外部環(huán)境的變化不斷改變太陽能電池組件之間的連接方式，從根本上減少外部環(huán)境與太陽能電池陣列不匹配的影響，大幅降低太陽能的輸出功率。細(xì)胞。此外，如果太陽能系統(tǒng)在惡劣的照明條件下工作，如輸出功率低或輸入功率沒有達(dá)到一定的性能水平，電源轉(zhuǎn)換器標(biāo)稱的轉(zhuǎn)換效率將顯著降低。電網(wǎng)改造的方法可以提高光伏系統(tǒng)的性能，但必須不斷改變電網(wǎng)之間的連接形式，增加開關(guān)元件，控制復(fù)雜，系統(tǒng)成本高。（4） 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換器將太陽能電池場產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為可接入電網(wǎng)的電能，從而產(chǎn)生開關(guān)損耗、電感損耗、待機(jī)損耗等損耗。開關(guān)損耗包括開關(guān)管損耗和二極管損耗。開關(guān)管的損耗和二極管的損耗不僅與電路本身的參數(shù)有關(guān)，而且與其自身的性能參數(shù)有關(guān)。同時，不同的控制策略和不同的轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也會影響開關(guān)損耗；電感損耗主要包括銅的電感損耗和磁芯的電感損耗。電感損耗受電感值、開關(guān)頻率、電感磁芯、線圈材料等因素的影響。但是，降低轉(zhuǎn)換器待機(jī)損耗相對困難，這里不做研究。轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率還受太陽能系統(tǒng)輸出功率的影響。轉(zhuǎn)換器的輸入功率在一定范圍內(nèi)效率更高。如果超出或未達(dá)到此范圍，轉(zhuǎn)換器的效率將降低。我去。除了引入高效的控制優(yōu)化策略和電路拓?fù)鋪硖岣咿D(zhuǎn)換器效率外，宏觀控制策略還可以用于改進(jìn)半導(dǎo)體材料、降低半導(dǎo)體的開關(guān)損耗和調(diào)整轉(zhuǎn)換器的輸入功率。（5）最大功率跟蹤算法最大功率跟蹤算法允許光伏組件提供最大功率。太陽能電池模塊最大單個功率點的跟蹤算法通常包括恒壓法、擾動觀察法、電導(dǎo)增量法、模糊控制MPPT法、預(yù)測數(shù)據(jù)MPPT法、差分方程求解MPPT法等。傳統(tǒng)的擾動觀測方法存在振動和誤判的問題。對這兩個問題進(jìn)行了大量的研究。研究軸主要包括以下幾個方面。我們提出了一種基于可變步長來監(jiān)控最大功率點的方法。這僅解決了如何觀察擾動的振動問題。要跟蹤最大功率點，我們建議使用電流干擾方法。電流干擾法跟蹤速度快，但電流比電壓更難控制。模糊規(guī)則和功率預(yù)測被提出來解決擾動觀測方法的錯誤評估問題。模糊控制方法通常具有較大的穩(wěn)態(tài)偏差。當(dāng)光伏系統(tǒng)被陰影遮擋時，會出現(xiàn)多個功率峰值。單峰MPPT算法可能無法正確跟蹤整體峰值。在這種情況下，需要多個峰值MPPT算法。典型的光伏板多峰值峰值功率點跟蹤算法包括MPPT復(fù)合算法、全局掃描法、斐波那契搜索法和粒子群優(yōu)化算法。本文重點介紹優(yōu)化MPPT算法及其改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)連通性控制策略。1.4光伏發(fā)電效率提升研究與對比1975年,McFee報告了第一個使用固定算法計算中央訪問的自動太陽跟蹤系統(tǒng)。每個單元用面板根據(jù)接收器接收到的能量和磁通量的整體分布分為484個單元進(jìn)行分析。太陽能定位系統(tǒng)的精度可達(dá)0.5°到1°［2］。在隨后的幾十年里,許多科研機(jī)構(gòu)對太陽跟蹤系統(tǒng)做了進(jìn)一步的研究。田原等人。對單軸跟蹤系統(tǒng)和兩軸跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了實驗對比分析。文章中使用的單軸跟蹤系統(tǒng)相比固定系統(tǒng)發(fā)電效率提高了32.17%,兩軸跟蹤系統(tǒng)的發(fā)電效率比固定系統(tǒng)提高了81.68%［3］。.Clifford提出了一種新型的被動縮短跟蹤系統(tǒng)。該設(shè)計利用雙金屬片的熱膨脹原理,將兩塊由鋁和鋼組成的雙金屬片固定在電池板的上下木制框架板上。在陽光直射下,它由兩個雙金屬板遮蔽。如果角度偏離,則其中一塊雙金屬板暴露在陽光下。由于鋁比鋼具有更高的熱膨脹系數(shù),座椅的曲率會影響系統(tǒng)的重量平衡,并自動調(diào)整電池面板的角度。這可以防止扭曲電池面板或響應(yīng)太慢。王一平總結(jié)了聚光太陽能熱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,介紹了國內(nèi)外聚光太陽能企業(yè)的最新研發(fā)動態(tài),提出了太陽能密集型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［4］。參考文獻(xiàn)［5］開發(fā)用于光伏系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計跟蹤系統(tǒng)［6］的示意圖。基于Sonneveld的線性菲涅耳透鏡設(shè)計了一個聚光日光溫室系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明,系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到11%,光熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)到56%,整個系統(tǒng)效率達(dá)到67%［7］。2014年,石原等人。已經(jīng)提出了低功率聚焦系統(tǒng)的設(shè)計,該系統(tǒng)使用多層衍射技術(shù)來調(diào)制和調(diào)制具有衍射效率的紅外波長光。該技術(shù)允許系統(tǒng)將太陽聚焦在電池上,而無需太陽跟蹤系統(tǒng)。通過使用帶狀電池優(yōu)化電池的熱效應(yīng),可以顯著降低系統(tǒng)成本⑻°Ychens使用有限元分析（FEA）來模擬溫度對用于聚焦PV系統(tǒng)的PMMA材料的菲涅耳透鏡的影響。結(jié)果表明，溫度每升高30°C,菲涅耳透鏡的會聚效率就會降低3%［9］。SolarConcentration使用廉價的聚光器來代替昂貴的電池模塊。這可以顯著降低太陽能的成本。這是未來光伏系統(tǒng)發(fā)展的一個重要趨勢。2014年Yang報道了一種用于集中光伏系統(tǒng)的多層微通道冷卻器。電池表面溫度下降，電池表面溫度下降。實驗證實，電池表面溫度低于6.3°C,熱導(dǎo)率為8235.84W/m2K。此外，它的結(jié)構(gòu)可以減少電池能量損失，散熱器的水流低于3kPa[10。Reddys對微通道的散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)字化分析，得到了寬度為0.5mm、縱橫比為8的優(yōu)化設(shè)計。自校正射流碰撞系統(tǒng)旨在冷卻太陽能電池。該系統(tǒng)引入錐形風(fēng)道來冷卻電池組件并提高太陽能電池的能源生產(chǎn)效率。這種風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)計最終使整個系統(tǒng)的發(fā)電量提高了36%。電站建設(shè)規(guī)模為10MWp,實際開發(fā)容量為9.98MWp?？偣舶惭b了20個逆變器。雙分壓變壓器用作初級升壓變壓器。所有兩個逆變器都連接到一個初級升壓變壓器，所有四個初級升壓變壓器都連接到一個電源柜。整個項目共20臺逆變器、20臺低壓開關(guān)柜、10臺升壓變壓器、3臺10KV電源柜、10KV輸出柜、10KVPT柜、35KV電源柜、35KV輸出柜、1臺35KVPT柜已組織完畢。功率補(bǔ)償柜。接入網(wǎng)電壓等級為35KV，采用二次升壓方式，輸出方式為35KV。運行比較后，它已經(jīng)運行了將近一年。據(jù)發(fā)電統(tǒng)計，系統(tǒng)總效率78.68%，年衰減0.8%。年均發(fā)電量約1885.11億千瓦。全廠日均發(fā)電量略高于設(shè)計值。1.5主要研究內(nèi)容本文的主要研究工作有以下幾個部分組成：第一部分介紹了本文研究課題的背景及意義，然后著重敘述了太陽能光伏產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外的發(fā)展與現(xiàn)狀，簡單地分析了光伏發(fā)電效率提升方法，對論文的主要內(nèi)容進(jìn)行說明。第二部分介紹西藏桑日10MWp并網(wǎng)光伏電站的基本情況，如地理位置，太陽能資源特點，光伏發(fā)電的電池特性，電氣設(shè)計以及經(jīng)濟(jì)性等方面，最主要的是介紹可操作的提高光伏發(fā)電效率的條件。第三部分主要內(nèi)容是對西藏桑日10MWp并網(wǎng)光伏電站采取的一些提高光伏發(fā)電效率的措施，對各個措施進(jìn)行了分析及驗證，為今后相關(guān)光伏發(fā)電提供一些參考。本章也是本文的核心內(nèi)容。第四部分對全文進(jìn)行結(jié)論總結(jié)并對本次研究的前景做出展望。2西藏桑日10MWp光伏電站發(fā)電效率情況電站概況2.1.1項目地點及太陽能資源該電站位于西藏自治區(qū)山南市桑日縣。海拔高、空氣不足、水汽含量低、濁度低、粉塵等雜質(zhì)少、透明度高、穿透大氣時能量損失小、緯度低、降水少、日照時間長等特點。由于日照時間長，日照強(qiáng)烈，是日本太陽輻射最高的地區(qū)之一，是建設(shè)大型太陽能發(fā)電站的理想場所。電站并網(wǎng)電壓等級為35kV,并網(wǎng)方式為二次增益。在整個項目中,將選擇500kW逆變器并安裝20500kW逆變器。國內(nèi)外制造商目前可以提供具有廣泛設(shè)備選擇的這種性能的逆變器。這種方法的優(yōu)點是逆變器容量大,主變壓器數(shù)量少,整個系統(tǒng)的效率高,建設(shè)和維護(hù)費用低。缺點是逆變器本身容量大。如果在操作過程中出現(xiàn)錯誤,錯誤的程度是非常大的。大容量逆變器在海外應(yīng)用廣泛,日本光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。國內(nèi)項目采用500kW逆變器已成為逆變器選型的主流。該系統(tǒng)采用分段連接和集中布線,以減少太陽能組件到逆變器的連接數(shù)量,方便操作和維護(hù)。發(fā)電站使用22個匯流箱和1個匯流箱,22個電池組各連接一個匯流箱。型號為BH10A-22。每個500kW光伏矩陣總共需要110個電池組、五組22個匯和一個光伏陣列匯流箱。整個10MW光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，共需要5*20=100個耦合箱。對于10兆瓦光伏電站的升壓變壓器，每1兆瓦并網(wǎng)耦合發(fā)電機(jī)組包含一個0.27/10KV升壓器。該電站的裝機(jī)容量為10MWp。具體地址在桑日縣江村，距桑日縣城以東約12公里，距拉薩市180公里。占地面積約0.21平方公里，高度3560m至3595m。電站所在地年平均太陽輻射量為7288.82MJ/m2，年平均日照時數(shù)為2807.2小時。2.1.2太陽電池類型選擇場地可用面積約0.3平方公里，電站年產(chǎn)生的太陽總輻射量為7288.82兆焦/平方米，年日照時數(shù)為2807.2小時。主要氣候特征是四時低溫、晝夜溫差大、老化小、旱季濕度顯著、蒸發(fā)強(qiáng)、日照強(qiáng)。就夠了。在太陽輻射特性方面，該領(lǐng)域可以使用各種類型的太陽能電池。市場份額最大的兩類太陽能電池（晶體硅太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池）的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，使得晶體硅太陽能電池非常成熟且效率穩(wěn)定。在國內(nèi)外使用。太陽能電池的市場份額最大（多晶硅太陽能電池的份額最大）和最小的土地面積。非晶硅薄膜電池具有較大經(jīng)濟(jì)價值，但其穩(wěn)定性有待于在實踐中進(jìn)一步檢驗，且本電站可利用土地有限；另外，在晶硅類電池中，單晶硅電池價格較高，選用高轉(zhuǎn)化效率單晶硅電池所帶來的電氣設(shè)備及土建投資的減少不足以抵消其價格偏高帶來的投資增加。因此，綜合分析后，本電站選用10MWp的多晶硅電池組件。2.1.3該電站太陽能電池組件選擇多晶硅電池模組的功率規(guī)格很多，國內(nèi)廠商從5Wp到300Wp不等，他們的產(chǎn)品也被廣泛使用。為該光伏電站設(shè)計的多晶硅太陽能電池組件裝機(jī)容量大，達(dá)10MWp，即耗電量大、面積大、安裝體積大，因此設(shè)計重點放在大型太陽能電池組件上。是選擇。電池模塊容量。單位面積的輸出減少了空間需求和模塊安裝?？s短施工時間。如表2-1所示，在1MWp電池組中使用235Wp和280Wp多晶硅光伏組件時，利用率相對較低。您擁有的模塊越少，構(gòu)建進(jìn)度就越快，模塊之間的連接點就越少。它還減少了出錯的機(jī)會。低接地電阻和少量電纜相應(yīng)地降低了整體系統(tǒng)損耗。同時，1MWp電池陣列采用235Wp多晶硅電池模塊，并聯(lián)連接更少，匯流箱數(shù)量最少。表2-11MWp光伏陣列電池組件使用數(shù)量比較210Wp組件235Wp組件280Wp組件串聯(lián)數(shù)（塊）2422171MWp并聯(lián)數(shù)（路）1981942101MWp方陣組件數(shù)（塊）476242563572市場研究表明，大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)采用國內(nèi)知名廠商的多晶硅電池組件，規(guī)格往往在150Wp到300Wp之間。市場占有率較高的廠商的電池模組主要在200Wp到200Wp之間。240Wp。綜合考慮組件效率、技術(shù)成熟度、市場份額和訂單選擇，電站多晶硅太陽能組件規(guī)格為235Wp，綜合考慮組件效率、價格以及安裝尺寸等因素，本電站選擇了TSM-235PC05型235Wp多晶硅電池組件。2.1.4該電站逆變器控制策略本次研究采用PQ控制策略，該策略典型的逆變器控制策略。這是因為該算法可以控制恒定的輸出功率，以減少大型電網(wǎng)的干擾，并控制輸出的額定電壓和頻率?；驹硎窃诜蛛x有功功率和無功功率之后控制控制電流PI,并最終保持DG輸出恒定?？傮w系統(tǒng)控制策略基于電壓和電流的雙環(huán)控制。外環(huán)是一個輸出逆變器參考電流的電壓環(huán)。內(nèi)部回路是逆變器的電流回路，它主要基于測得的電流值。通過檢查參考電流的差異，計算出逆變器所需的參考電壓，最后輸出SPWM脈沖調(diào)制信號。執(zhí)行。當(dāng)連接到電網(wǎng)時，間歇性微源（例如太陽能和風(fēng)能）需要穩(wěn)定的輸出功率值，因此最好選擇PQ控制策略。這項研究采用了PQ控制策略。以下重點介紹基于粒子群的控制器參數(shù)的優(yōu)化聚類算法。2.1.5光伏電站并網(wǎng)發(fā)電總體結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括光伏陣列模塊、DC/DC變換器模塊、逆變器、控制器。（1）光伏陣列。光伏電池被認(rèn)為是光伏系統(tǒng)的重要組成部分，其性能與電氣系統(tǒng)的效率直接相關(guān)。在該系統(tǒng)中，光伏電池是用于光伏轉(zhuǎn)換的最小元件。以特定格式組裝和包裝后成為光伏電池模塊。在實際應(yīng)用中，串聯(lián)和并聯(lián)電池模塊必須按照一定的規(guī)則串聯(lián)和并聯(lián)連接以形成光伏電池陣列。在正常情況下，光伏電池的電壓值為負(fù)載電壓值的1.4倍。（2）控制器。安裝控制器的目的是避免在運行過程中電池過度充電和放電。其主要功能是控制光伏電池對電池的充電，以便可以快速，平穩(wěn)和高效地對電池充電。同時，有必要使損耗最小化并延長電池壽命。充電過程［14］。如果負(fù)載需要直流電源，則可以使用控制器直接供電（天氣情況可能導(dǎo)致PV天線產(chǎn)生直流電壓和電流波動）。（3） DC/DC變換器接收控制器的命令，通過實時采樣和處理PV發(fā)電機(jī)的端口電壓和電流的方式來調(diào)整最佳端口電壓，從參考電壓中減去采樣值信號然后發(fā)送給PI控制器進(jìn)行處理，通過調(diào)制三角波載波來生成PWM波。DC/DC變換器使用PWM調(diào)制波來驅(qū)動開關(guān)管，調(diào)節(jié)開關(guān)管占空比，從而提供光伏發(fā)電機(jī)輸出電壓反饋控制，實現(xiàn)MPPT。（4） 逆變器。逆變器在光伏系統(tǒng)中起著重要的作用。其主要功能是將光伏電源或電池產(chǎn)生或提供的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，交流電可以利用交流電使交流電正常工作。一般的。如果光伏系統(tǒng)提供交流負(fù)載，則必須在系統(tǒng)中安裝逆變器。影響桑日電站光伏電池發(fā)電效率的原因根據(jù)上述損耗分析，桑日電站光伏電池發(fā)電效率損耗主要包括由于入射角造成的不可利用的太陽輻射損耗取值為4.3％；灰塵、植被等遮擋損耗取值2.20％；溫度引起的發(fā)電量損失取值為1.85％，逆變器損耗2％。其中有技術(shù)的也有很多非技術(shù)的因素。下面介紹一些影響光伏電池發(fā)電效率的若干因素：（1）光伏組件固有效率目前已經(jīng)商業(yè)化的光伏電池材料主要是多晶硅和單晶硅兩種，前文已經(jīng)闡述，單晶硅的效率在16%?22%之間，多晶硅的效率要更低在14%?16%之間。其中，由于各個廠商的生產(chǎn)工藝、技術(shù)能力、雜質(zhì)含量以及柵電極尺寸的不同等多種因素，又使得光伏電池的發(fā)電效率差異比較大。在3.3節(jié)我們綜合了各種因素，最終把太陽電池組件確定為TSM-235PC05型多晶硅電池組件。這種電池組件的效率為14.36%，效率在多晶硅產(chǎn)品中只算是中規(guī)中矩。（2）光伏組件安裝方式光伏電池按其安裝方式的不同，分為屋頂式、集中式和建筑一體式等。安裝方式的不同，導(dǎo)致光伏電池的發(fā)電效率的差異很大。據(jù)查閱最新文獻(xiàn)，建筑一體式發(fā)電效率最低，其次是屋頂式安裝方式發(fā)電效率，最高的發(fā)電效率為集中式安裝發(fā)電。大型光伏電站都采用集中式安裝方式。（3）環(huán)境因素光伏電池安裝地理位置的環(huán)境對光伏電池發(fā)電效率影響非常明顯，環(huán)境因素包括：緯度、溫度、海拔、光照時長、污染、鳥群等。3桑日光伏電站發(fā)電效率提升方法實際上，光伏太陽能電池具有其自身固有效率。確認(rèn)安裝方法后就很難變動，但可以調(diào)整太陽能電池板的安裝角度，優(yōu)化電站的環(huán)境因素，促進(jìn)太陽能電池的性能的提升。通?？梢允褂靡韵路椒▉碓黾影l(fā)電效率。如安裝最大功率跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過旋轉(zhuǎn)光伏太陽能電池板的方向來做到陽光直射，使光伏太陽能電池接收更多的光，可以使用一些聚光方法來提高光伏電池組能量轉(zhuǎn)換效率，從而提高電站發(fā)電效率。最終重點在于增加電站的實際發(fā)電量。3.1光伏陣列安裝設(shè)計在太陽能設(shè)計中，系統(tǒng)可接收的太陽輻射總量與在太陽能模塊的方形陣列中選擇的運行模式密切相關(guān)。因此，操作模式的選擇直接關(guān)系到一切。太陽能。太陽能發(fā)光伏電站的發(fā)電。有兩種操作模式：自動跟蹤類型和固定類型。自動跟蹤系統(tǒng)分為兩個跟蹤系統(tǒng)：1軸和2軸。所謂的單軸跟蹤系統(tǒng)（東西向方位角和單軸傾斜跟蹤），它以恒定的坡度從東向西跟蹤太陽的方位角。這種類型的跟蹤使您可以修改傾斜度和方位角以實現(xiàn)您的目標(biāo)。這是因為所謂的兩軸跟蹤系統(tǒng)（也稱為全跟蹤）是由太陽位置的季節(jié)性變化引起的。太陽。在自動跟蹤系統(tǒng)中使用時，太陽能電池板的坡度可以吸收最大量的太陽輻射，從而增加了輻射總量并增加了能量產(chǎn)生。根據(jù)初步計算，單軸水平跟蹤方法可以將系統(tǒng)的理論輸出（指日出開始至日落結(jié)束均無任何遮擋的情況）從15％增加到20％。使用單外殼軸傾斜跟蹤，系統(tǒng)的理論功率可以從25％增加到30％。采用兩軸跟蹤方法，系統(tǒng)的理論發(fā)電量可以從30％增加到35％。但是，由于多種原因，系統(tǒng)的實際運行效率通常低于理論值。例如，太陽能模塊會相互遮擋，因此很難同時跟蹤支架的運動。根據(jù)對現(xiàn)有光伏電站的調(diào)查，使用短軸水平跟蹤來安裝晶體硅電池模塊可以使系統(tǒng)的實際發(fā)電量增加約15％。通過采用短軸對角線跟蹤方法，系統(tǒng)可以增加大約20％。通過使用2軸跟蹤方法，系統(tǒng)中的實際發(fā)電量可以增加約25％。在這種狀態(tài)下，在固定安裝模式下，就支架系統(tǒng)的成本而言，固定安裝成本最低，通常在1.0元/W左右，而自動跟蹤操作模式則主要增加了支架的成本。初始投資低，支持系統(tǒng)幾乎無需維護(hù)。自動跟蹤的初始投資相對較高，需要維護(hù)，但是發(fā)電量大于固定斜率發(fā)電量（發(fā)電速度高于直接投資增長率）。通過計算，可以降低自動跟蹤太陽能電池板的發(fā)光伏電站每千瓦時的發(fā)電成本。但是，自動跟蹤類型的成本太高。假設(shè)支持自動跟蹤的成本已得到合理降低，那么電力生產(chǎn)的增加所產(chǎn)生的收入將增加建筑單元在該部分的投資。自跟蹤太陽能電池板比固定系統(tǒng)更具競爭力，因為它們可以減少電池同步和額外維護(hù)的負(fù)擔(dān)。由于該項目的規(guī)模，自動跟蹤系統(tǒng)的高度自動化，缺乏在現(xiàn)場特殊氣候條件下實際使用的可靠性驗證，以及運行過程中的高故障率，都將被考慮在內(nèi)。最重要的是，這些植物位于高原上，環(huán)境惡劣。跟蹤系統(tǒng)可以顯著增加發(fā)電量，但是它們太昂貴了，因為它們現(xiàn)在對于操作和維護(hù)來說太昂貴了。如果故障排除既昂貴又失敗，那將是一個大問題。居民人數(shù)不應(yīng)太大，但控制區(qū)域很大（數(shù)萬平方米），并且由于高原反應(yīng)，變電站的日常維護(hù)人員必須增加少量的維護(hù)人員，維護(hù)成本會增加隨著A數(shù)的增加，顯著增加?？紤]到各種因素，光伏電站中的所有l(wèi)OMWp電池均使用固定的安裝運行模式。3.2電池陣列最佳傾角的確定光伏電池陣列的傾斜角度對太陽能系統(tǒng)的效率有重大影響。對于固定安裝的電池組和傾斜的單軸安裝電池組，最佳傾斜角是太陽能發(fā)電量最大對應(yīng)的的傾斜角。通常計算光伏陣列斜面太陽輻射量的方法是基于Liu和Jordan在1962年提出的計算方法，后來由Klein在1977年進(jìn)行了改進(jìn)?？梢越柚鶵ETScreen軟件結(jié)合電站年太陽能輻射數(shù)據(jù)來計算不同角度和操作條件下光伏陣列的平均月度太陽輻射量。表3-1顯示了在固定安裝模式下各個傾斜角對應(yīng)的光伏陣列的平均月度太陽輻射量，通過數(shù)據(jù)可以生成如圖3-1所示的傾斜角與太陽輻射量的關(guān)系曲線。宀乍-宀乍-5:?二叭一-三一W3P二圖3-1光伏陣列傾斜角與太陽能輻射量關(guān)系曲線表3-2和圖3-1中太陽輻射的月度趨勢表明，將電池模塊傾斜至39?？梢援a(chǎn)生最高的年平均太陽輻射，滿足粉塵要求。雨和雪。除了角度范圍外，此項目中固定電池的最佳傾斜角可以定義為39。。陣列表面的年平均太陽輻射是固定安裝的最佳傾斜角（39°），為8095.45MJ/m2,遠(yuǎn)高于光伏電站現(xiàn)場的年平均太陽輻射7288.82MJ/m2。平方米。3.3逆變器選型逆變器是光伏電站將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的最重要設(shè)備之一，其選擇對光伏電站光電轉(zhuǎn)換的效率和可靠性至關(guān)重要。根據(jù)《國家電網(wǎng)公司光伏電站并網(wǎng)技術(shù)規(guī)程》等相關(guān)規(guī)范的要求，本電站逆變器選型依據(jù)以下技術(shù)指標(biāo)。（1）單臺逆變器容量對于大中型并網(wǎng)光伏電站項目，通常選擇集中式大功率并網(wǎng)逆變器。目前市場上集中式大功率逆變器的額定輸出功率從100kW到1MW不等。一般來說，逆變器功率越大，單價越低，轉(zhuǎn)換效率越高。該發(fā)電站的系統(tǒng)容量為10MW?？紤]到項目的初期投資和維護(hù)，如果只選擇一臺小功率逆變器，逆變器數(shù)量多，初期投資大，系統(tǒng)損耗大，后續(xù)的維護(hù)工作也很重要。對于大中型并網(wǎng)光伏裝置，電站項目應(yīng)盡量選擇一臺大功率逆變器。這樣可以減少一些投資，提高系統(tǒng)的可靠性，但是一臺逆變器的容量太大，對發(fā)電系統(tǒng)的性能影響很大。因此，實際的選擇必須慎重。（2） 轉(zhuǎn)換效率逆變器的轉(zhuǎn)換效率越高，光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率就越高，整個系統(tǒng)的發(fā)電損耗越低，經(jīng)濟(jì)實惠。因此，您需要為相同的功率選擇高效的逆變器。在發(fā)電站中，高性能逆變器在額定負(fù)載下的效率必須達(dá)到95%以上。逆變器的額定負(fù)載必須為10%，轉(zhuǎn)換效率必須至少為90%（高性能逆變器）。逆變器的效率包括最大效率和歐洲效率。歐洲效率是每個連接點的加權(quán)效率因子。這個效率可以更好地反映逆變器的整體效率特性。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量因太陽輻射量的變化而波動，因此歐洲需要選擇高效的逆變器。（3） 直流輸入電壓范圍太陽能電池組件的端電壓取決于太陽光的強(qiáng)度和環(huán)境溫度，逆變器的直流輸入電壓范圍很寬，因此可以在日出前、日落后之太陽輻射量較低的時候發(fā)電，發(fā)電時間變長。發(fā)電量增加。例如，在落日余暉中，如果低輻射度電池組的溫度高，電池組的工作電壓就會低，如果直流輸入電壓范圍的下限低，發(fā)電量在此期間會增加。（4） 最大功率點的跟蹤能力由于太陽能電池組件的輸出功率隨時間變化，因此逆變器的輸入電阻必須適應(yīng)光伏電站的實際運行特性，并能隨時精確跟蹤最大功率點。光伏電站的高效運行意味著提高電池發(fā)電的效率。（5） 可靠性和靈活性逆變器應(yīng)具有以下特性：抗干擾、適應(yīng)環(huán)境，例如發(fā)生過電壓時，光伏電站正常工作。在過載的情況下，逆變器會自動遵循特性曲線（太陽能電池），以使工作點適應(yīng)開路電壓并將輸入功率限制在一定范圍內(nèi)。發(fā)生故障時，逆變器會快速自動地與主電網(wǎng)斷開連接。此外，逆變器還需要具備數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、保護(hù)和低壓通過等功能。3.4最大功率點的跟蹤（MPPT）3.4.1模擬常規(guī)粒子群聚類算法最終可能陷入局部優(yōu)化，為了解決這個問題，本次研究將模擬退火算法引入粒子群聚類算法中，以提高其整體優(yōu)化能力。模擬退火算法是基于蒙特卡洛算法得到的一種隨機(jī)組合優(yōu)化算法。該算法模擬了金屬熔化過程的熱力學(xué)冷卻過程。首先，設(shè)置初始化狀態(tài)和目標(biāo)函數(shù)，在當(dāng)前解中獲取新的解。如果新解比當(dāng)前解差，則有一定概率P接受新解。rP=exp(-AP/T)rK(3-1)AP是目標(biāo)函數(shù)的功率差，T是冷卻溫度。隨著溫度逐漸降低，概率逐漸降低為K零。在研究過程中，這種隨機(jī)概率將干擾粒子的演化，可能導(dǎo)致粒子從局部最優(yōu)脫離。根據(jù)模擬退火算法的機(jī)制設(shè)置初始溫度和退火參數(shù)，并將可接受較差解的概念引入粒子速度更新模型，即將模擬退火機(jī)制引入了粒子種群的演化過程。用于確定可接受性的更新值，通過增加粒子的總體飛行路徑來增強(qiáng)算法的整體搜索能力，同時提高搜索速度。更新粒子后需計算由兩個位置引起的適應(yīng)度函數(shù)的變化量，如果exp[dE/(kt)]>rand(0,1)(3-2)則接受新值，否則不接受。圖3-2為引入模擬退火的粒子群聚類算法流程圖，粒子有一定的概率接收到較差的解并跳出局部最優(yōu)。但是，溫度下降不會太慢，無法提高算法的整體收斂速度，接收到一些不好的解可能導(dǎo)致整個算法無法在全局最優(yōu)處收斂。為了解決這個問題，可以將內(nèi)存引入算法流程中，以記錄和比較出現(xiàn)在粒子演化中的局部最優(yōu)解，獲得更準(zhǔn)確的全局最優(yōu)解，從而加快整體算法的速度、精度。

3-2引入模擬退火的粒子群聚類算法流程圖MPPT仿真分析本次研究利用Matlab軟件進(jìn)行仿真分析，并在S函數(shù)中編寫內(nèi)部控制算法°MPPT控制器發(fā)出的命令被發(fā)送到DC轉(zhuǎn)換器。跟蹤步長為2的光伏電池MPPT控制仿真圖如3-3所示，為了測試引入了模擬退火粒子群聚類算法在MPPT中的應(yīng)用，本文采用比較方法，用多個光伏模塊創(chuàng)建光伏發(fā)電，并設(shè)置600W/m2、1000W/m2兩種光強(qiáng)度來進(jìn)行遮陰環(huán)境模擬。可以看出，最大功率在50W附近波動，并在0.01s時上升到最大輸出功率。

60T/STimeoffscl;;60T/STimeoffscl;;圖3-4基于模擬退火粒子群聚類算法的MPPT仿真結(jié)果圖3-5為使用傳統(tǒng)粒子群聚類算法的光伏陣列的輸出功率曲線，可見光伏陣列在0.013s時上升到最大輸出功率，但最大功率值約為33W,這是第一個極值，表示陷入局部最優(yōu)。Tim§offsetT/STim§offsetT/S圖3-5基于常規(guī)粒子群聚類算法的MPPT仿真結(jié)果仿真表明本次研究提出模擬退火粒子群聚類算法可以擺脫局部優(yōu)化，獲得全局最大功率點。3.5光伏電站逆變器控制優(yōu)化當(dāng)前，許多光伏組件在逆變之后的電能質(zhì)量波動較大，容易導(dǎo)致功率波動。因此,找到有效的逆變器控制策略對于并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的安全運行非常重要。實踐中通常使用基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的直流分量控制方法來減少系統(tǒng)控制難度以及穩(wěn)態(tài)誤差。其中，PID控制、PR控制、智能控制被用于光伏逆變器控制［11。而PID控制方法應(yīng)用最為廣泛。該控制器具有穩(wěn)定性高、易于操作等優(yōu)點。圖3-6為基于粒子群聚類算法優(yōu)化PI控制器參數(shù)的原理。其中r(t)是目標(biāo)系統(tǒng)的輸入，而y(t)是目標(biāo)系統(tǒng)的輸出。遵循下圖中的算法流程，通過選擇PI控制器參數(shù)值，粒子群聚類算法的粒子的群體大小、粒子數(shù)慣性權(quán)重、速度大小、位置來完成迭代更新，然后通過適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)函數(shù)收斂得到最優(yōu)解［14。圖3-6基于粒子群聚類算法優(yōu)化PI控制器參數(shù)的原理算法流程：（1） 初始化：設(shè)置粒子度、位置、總體大小、慣性權(quán)重、速粒子更新時間、聚類算法參數(shù)的上限和下限，將隨機(jī)函數(shù)用于生成n個粒子以形成粒子群。然后使用隨機(jī)函數(shù)生成每個粒子的速度；（2） 使用迭代方程式獲得每個粒子在迭代更新后搜索到的粒子的速度向量，計算每個粒子的位置；（3） 將每個粒子的擬合優(yōu)度值與其自身的最高歷史值進(jìn)行比較。如果適應(yīng)度值小于最高歷史值，則適應(yīng)度值不更新。否則，適應(yīng)度值對應(yīng)位置作為粒子的當(dāng)前位置。（4） 將粒子的最優(yōu)值與群體的最優(yōu)值進(jìn)行比較，如果適應(yīng)度值大于群體的最優(yōu)值，則群體的最優(yōu)值更新。否則，群體的最優(yōu)值的值將更新為當(dāng)前位置對應(yīng)的值。（5） 迭代更新每個粒子位置速度，以生成新群體，然后重復(fù)（3）、（4）步驟。（6） 當(dāng)?shù)螖?shù)超過最大迭代代數(shù)時或者當(dāng)群體歷史中的最優(yōu)解滿足最終搜索要求時停止搜索。否則繼續(xù)搜索。3.6發(fā)電效率提升措施在進(jìn)行了各種研究以確定發(fā)光伏電站的太陽能電池陣列安裝方法、傾斜角、最大功率點跟蹤以及逆變器控制策略后還可以采取以下措施來提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率。（1） 安裝驅(qū)鳥裝置太陽能電池板全年都在戶外，西藏地區(qū)是一個工業(yè)污染較少的地區(qū)，但是太陽能電池板仍然會被灰塵覆蓋，進(jìn)而影響發(fā)電效率。在系統(tǒng)的長期運行中，灰塵會被雨水沖走，因此灰塵不會長時間堆積在電池板上。但是，飛鳥在光伏板上留下的糞便很難在雨中完全沖洗掉。如果長時間不清潔光伏模塊，其發(fā)電效率將降低50%。（2） 安裝冷卻單元光伏電池板的輸出功率與溫度成反比，溫度越高，輸出功率越低。因此，冷卻裝置可以有效提高光伏電池板的發(fā)電效率。建議在光伏陣列的背面安裝一個厚度約5cm的密閉水箱，并在中間加導(dǎo)熱膏?？梢酝ㄟ^水箱來降低太陽能電池的溫度，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，日平均溫度可降低約5-10°C，發(fā)電量可提高1.8%。4系統(tǒng)建模與仿真4.1建模與仿真流程系統(tǒng)仿真是以西藏地區(qū)全年的氣象資料為依據(jù)，利用PVSYST軟件對桑日10MW光伏電站系統(tǒng)進(jìn)行的仿真設(shè)計，首先確定項目工程的系統(tǒng)參數(shù)，比如光伏電池板折射率、光伏陣列面積等，再選擇好光伏組件和逆變器的型號參數(shù)，然后分析2019年整年不同季節(jié)太陽不同輻射量的情況，再進(jìn)行發(fā)電量統(tǒng)計，本次研究采用峰值日照小時數(shù)乘以光伏電站的裝機(jī)容量作為光伏電站的理論發(fā)電量，經(jīng)計算最終得出整套系統(tǒng)的全年發(fā)電量。本電站10MWp電池陣列峰值日照小時數(shù)及發(fā)電量統(tǒng)計見表4-1。表4-110MWp電池組列峰值日照小時數(shù)及發(fā)電量統(tǒng)計表月份多年月均輻射量（MJ/m2）均峰值日照小時數(shù)（h）理論發(fā)電量（萬kWh）1月670.77186.32197.962月601.92167.20177.643月744.15206.71219.614月698.60194.05206.175月710.78197.44209.776月657.61182.67194.077月642.68178.52189.678月639.27177.57188.669月680.69189.08200.8910月713.45198.18210.5511月655.42182.06193.4312月680.12188.92200.72合計8095452248.742389.13經(jīng)計算，得出本電站年理論發(fā)電量為2389.13萬