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大型太阳能发电模式转变_通过现代电力电子技_省略_获取更多电能_创造可控的太阳能.pdf

大型太阳能发电模式转变_通过现代电力电子技_省略_获取更多电能…

上传者: chz191 2012-04-02 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《大型太阳能发电模式转变_通过现代电力电子技_省略_获取更多电能_创造可控的太阳能pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含网址:wwwchinaygnycnINNOVATIONTECHNOLOGY前言过去太阳能电厂性能是通过两个独立的指标来衡量:一块太阳能电池板将光能转符等。

网址:wwwchinaygnycnINNOVATIONTECHNOLOGY前言过去太阳能电厂性能是通过两个独立的指标来衡量:一块太阳能电池板将光能转换为电能的效率和一台逆变器电力转换的效率(通常指CEC效率)。由于太阳能发电系统规模已变得更大、更为复杂新一轮价值波动的焦点就集中在如何寻找机遇提高关键系统性能上这些机遇存在于组件的互相作用关系之中存在于组件集成之后连接到电网作为稳定的产能资源之中。从组件到电网太阳能组件是太阳能系统中最耀眼最昂贵的部件其价格可占到系统总成本的以上。目前领先的太阳能电池板技术光电转换率在~之间。太阳能光伏系统从太阳能电池板获取能量并传送到电网或电力用户的方式决定了整个系统的电能产量反过来也定义了系统性能和盈利能力。虽然太阳能电池组件的革新对持续增长的太阳能应用和行业本身来说是必不可少的但是太阳能光伏系统的其他独立部件也对促进整个系统性能提升特别是对于大型太阳能发电装置起到更明显和更迅速的作用。公用电力部门开始意识到当太阳能发电装置被视为一个完整的集成系统而非一系列可被单独测量性能的连接组件时太阳能可以是一个可靠的、高性能的能源。作为系统中唯一的精密电力电子设备先进的中央逆变器增强了设备获得高质量电能的能力改善了DC侧和AC侧的系统性能并远程控制电厂和电网的互联点从而使电力部门能够监控和管理整个系统性能并把太阳能作为可调度和可控制的电厂资产。大型太阳能电厂面临的挑战随着从数十兆瓦到数百兆瓦的分布式发电系统的建立在这种新的模式下因为大量发电部件的增加曾被认为是可以忍耐的问题和挑战被高度放大化和问题化。在兆瓦级发电系统的一个阵列中需要对成百乃至上千的组串和组件进行控制以获得最大的系统性能使分布式发电系统能够为智能电网输送电力。把每产出一兆瓦电能需约英亩摘要随着从数十兆瓦到数百兆瓦的分布式发电系统的建立在这种新的模式下因为大量发电部件的增加曾被认为是可以忍耐的问题和挑战被高度放大化和问题化。作为系统中唯一的智能组件,只有逆变器能够对发电装置的两个部分组件到逆变器和逆变器到电网互联点实行高级指令和控制操作。关键词逆变器大型太阳能电厂系统性能电能产出智能电网最大功率点跟踪通过现代电力电子技术获取更多电能创造可控的太阳能公用发电设施美国赛康科技公司大中华区销售副总裁张宇美国赛康科技公司全球市场部高级总监MichaelLevi张宇年加入美国赛康科技公司担任大中华区销售副总裁负责赛康在中国地区的销售和市场战略实施拥有美国加州州立大学萨克拉门托分校电子工程学士学位和美国斯坦福大学电子工程硕士学位。MichaelLevi是美国赛康科技公司全球市场部高级总监。美国赛康科技公司是公用事业级光伏逆变器供应商为分布式电力市场提供可再生能源并网发电解决方案。Satcon|wwwsatconcom地址:中国上海市遵义路号虹桥上海城A幢-室邮编:大型太阳能发电模式转变创新与技术投稿邮箱:bianjibucom(平方米)太阳能电池板、所需组件之间的乘数效应和对于临界判定点的增加作为考虑因素的话就不难理解何为整体系统性能必须被优化管理以实现最大盈利。解决实际问题收获更多电能随着下一波大规模太阳能发电浪潮的袭来所面对的主要问题是如何获取整个系统真实性能并在系统寿命周期内保持该性能水平稳定。很明显实际发电情况和实验室控制环境下的测试结果是存在差异的。真实工作的环境呈现出多变性例如电池板不匹配、面板弄脏、损坏、遮挡或风沙、气候或其他各种实验室中不会出现但是在真实变化的环境中对系统正常运行时间和最高电能捕获的能力存在巨大影响的因素。解决的方法存在于系统架构之中。通过设计从组件到系统平衡部件再到电网的电力传输步骤太阳能发电项目的设计者们在系统性能、电能产出、可靠性、安全性和电能质量方面实现了迅猛地发展同时也增强了把太阳能电厂变为能够为智能电网提供服务的分布式能源系统的能力。微型和中央逆变器:历史和未来从传统上讲逆变器的主要功能是把来自于太阳能组件的直流电转换为最终用户可使用的交流电。专有的最大功率点跟踪(MPPT)技术帮助逆变器全天能量产出最大化提早以及延长系统一天中的工作时间从而可以在不断变化和间断的条件下使阵列在“最佳状态”下运行。因为逆变器在传统上被看作是电流穿越式组件所以它的性能好坏取决于能效转换量。不考虑逆变器为系统带来的性能增强效果会低估逆变器智能性。然而作为系统唯一的智能组件只有逆变器能够对发电装置的两个部分组件到逆变器和逆变器到电网互联点实行高级指令和控制操作。直到最近大型太阳能发电系统设计者不得不在微型逆变器和中央逆变器中做出选择因为两者各有优劣。对于大型发电装置而言普遍认为中央逆变器更节约成本、更高效。中央逆变器通常把一个阵列作为单一资源来管理。这种方式实现了规模经济能够通过单点操作对系统进行监控、管理和维护。但缺点是太阳能组件串联的方式迫使单个组件特性被平均化按照普遍的阵列特性生产电能。相反地与单一大型中央逆变器不同使用多个小型逆变器的微型逆变器已经受到了电力设计者们的欢迎因为这些逆变器把阵列分隔成若干部分在组串级或者组件级就可以实施MPPT优化。它们的价值在于具有组串级或组件级优化电力生产的能力提高组件性能并在各自管理的范围内隔离那些有可能对整个阵列造成负面影响的低性能组件。每一个组串都由自己的MPPT电路管理成百上千的太阳能组件不需要再被连接到同一个MPPT上进行输出电能平均化。下一代太阳能发电技术的催化剂太阳能发电领域的下一个飞跃将是通过结合应用两种逆变器的优点做到无论身处何方均能实现本地优化。但是这并不仅仅是简单地创造一个性能增强的电流穿越装置而是在电力电子架构设计有多种选择的今天能提供先进的电网互联能力使公用电力部门可以远程控制电厂AC侧和DC侧无论使用哪种电池板整个系统都拥有良好的监控、管理和性能改善能力。Satcon光伏逆变器产品中的Solstice系列逆变器就是一个很好的例子它在阵列的DC侧和AC侧都设有两层结构进行最优电能捕获和公用电网互联控制操作。Solstice一个分布式的能源管理系统采取由点到面的工程设计理念对阵列单个部件、系统中央管理器、设备故障和性能衰减毫秒反映时间等方面增强了互操作性和控制能力。Solstice对组串级的管理通过将MPPT功能转移到阵列的子汇流箱来完成其中DCDC转换器按一个特定输出电压把多个组串并联使逆变器能够一直处于最佳运行状态。结束语太阳能电厂结构设计和电网整合的技术进步不仅提高了电网的稳定性、使业主可以获得更高的电能和投资回报而且也重新定义了太阳能发电和行业未来走向的观念和可能性。(责编:罗增英)INNOVATIONTECHNOLOGY创新与技术网址:wwwchinaygnycnAbstractAsmultimegawatt,distributedgenerationsystemsfromstosofmegawattsarebeingbuilt,theissuesandchallengesthatwereonceconsideredtolerablearesubstantiallyamplifiedandproblematicinthisnewparadigm,giventhesheervolumeofcontributingcomponentsAstheonlyintelligentcomponentinthesystem,theinverterisuniquelypositionedtoenableadvancedcommandandcontrolinbothhemispheresoftheinstallation,fromthepanelstotheinverterandfromtheinvertertothegridinterconnectionpointKeywordsInverter,Largescalesolarpowerplant,SystemPerformance,PowerProduction,SmartGrid,MPPTTheChangingParadigmofLargescaleSolarPowerProductionHarvestingmoreenergycreatingacontrollablesolarutilityassetthroughadvancedpowerelectronicsJimZhang,VPSales,GreaterChina,SatconTechnologyCorporationMichaelLevi,SeniorDirectorofWorldwideMarketing,SatconTechnologyCorporationINNOVATIONTECHNOLOGYForewordHistorically,twodistinctandisolatedareasofsolarpowerplantperformanceweremeasured:apanel’sefficiencyintransformingphotonsintoelectronsandtheefficiencyofaninverterasathroughputdeviceoftenreferredtoasCECefficiencyAssolarsystemshavegrowninsizeandsophistication,thefocusfordrivingthenextgamechangingwavesofvaluehaveemergedintheformofkeysystemwideperformanceopportunitiesthatexistatthenexusofcomponentinteractionandtheirrespectiveintegrationontothegridasaproperandstablesourceofenergyproductionMorethansimplycompetingforhigherCECefficiencylevels,whichmeasureslossunderstandardizedlaboratoryconditions,understandingthetotalsystemtheunderlyingrelationshipbetweenthecomponents,theenvironmentsinwhichtheyoperate,andoptimallymanagingthosecomponentsinrelationtooverallplantperformance,iscriticaltoimprovingthelevelsofpowerplantperformance,uptime,andreliabilityFrompaneltogridSolarpanelsarethemostvisibleandexpensivecomponentinsolarinstallations,accountingforupwardsofofcostsLeadingpaneltechnologiescurrentlyproducebetweenandofconsumableenergyfromthephotonstheyabsorbThewaysolarPVsystemsharvestenergyfromthepanelanddeliverittothegridorconsumerinterconnectionpointdeterminestotalsystempowerproduction,which,inturn,definesperformanceandprofitabilityWhilesolarpanelinnovationisessentialforthecontinuedgrowthofsolarenergyuseandtheindustry,otherindependentaspectsofthephotovoltaic(PV)systemneedtobeleveragedtodriveevenmoresignificantandimmediatetotalsystemperformanceimprovements,especiallyforlargescaleinstallationsUtilitiesarenowrecognizingthatsolarpowercanbeareliable,highperformanceenergyresourceoncetheinstallationisviewedasafullyintegratedsystemasopposedtoaseriesofconnectedcomponentswhoseperformanceismeasuredinisolationAstheonlypieceofsophisticatedpowerelectronicsinthesystem,theadvancedcentralinverterenhancestheutility’sabilitytoharvestsignificantlyhigherlevelsofpower,improvesystemperformanceonboththeDCandACside,andremotelycontrolthepowerplantandgridinterconnectionpoint,allowingtheutilitiestomonitorandmanagetotalsystemperformanceanddeploysolarasadispatchable,controllablepowerplantassetChallengesfacinglargescalesolarpowerplantsAsmultimegawatt,distributedgenerationsystemsfromstosofmegawattsarebeingbuilt,theissuesandchallengesthatwereonceconsideredtolerablearesubstantiallyamplifiedandproblematicinthisnewparadigm,giventhesheervolumeofcontributingcomponentsMultimegawattsystemshaveanywherefromhundreds,tohundredsofthousandsofstringsandpanelsinagivenarraythatneedtobecontrolledtomaximizeperformanceandenabledistributedenergygenerationtopowerthesmartgridFactoranestimatedeightacresofpanelsperproductionmegawatt,themultipliereffectof创新与技术投稿邮箱:bianjibucomINNOVATIONTECHNOLOGYdependentcomponentsandtheproliferationofcriticaldecisionpoints,itisunderstandablewhytotalsystemperformancemustbemanagedoptimallytoachieveprofitabilityHarvestmorepowerbysolvingrealworldchallengesAsthenextwaveoflargescalesolarapproaches,theprimaryquestionishowtorealizerealworldperformancegainsoftheentiresystemandmaintainthoselevelsoverthesystem’slifespanClearly,thereisadifferencebetweenreal,deliveredvalue,andlaboratorycontrolledtestresultsTherealworldpresentsvariablessuchaspanelmismatch,panellevelsoiling,damage,shadingorblowndebris,climate,andothervariablesnotrepresentedinalaboratory,butfactorheavilyonsystemuptimeandabilitytoharvestmaximumamountsofenergyinchangingenvironmentsTheanswerresidesinthesystem’sarchitectureByaddressingenergyflowprocessesfrompanelthroughbalanceofsystem(BOS)componentstothegrid,solarprojectdevelopersimmediatelyachievevastimprovementsinsystemperformance,powerproduction,reliability,safety,andpowerquality,whilegainingadvancedcapabilitiesthatturnsolarplantsintoadistributedenergysourceforasmartgridMicroandcentralinverters:historyfutureTraditionally,theinverter’sprimaryfunctionistoconvertDCpowerfromsolarpanelsintoconsumableACpowerforendusersProprietaryMaximumPowerPointTracking(MPPT)solutionshelpinvertersmaximizeproductionthroughouttheday,wakingthemupearlierandputtingthemtobedlater,therebyoperatingthearrayatits“sweetspot”invaryingandintermittentconditionsBecausetheinverterhastraditionallybeenviewedasapassthroughcomponent,itsperformancehasbeenbasedonefficiencymetricsThisundervaluestheintelligenceoftheinverterbyfailingtomeasuretheperformanceenhancementsthatitdeliversYet,astheonlyintelligentcomponentinthesystem,theinverterisuniquelypositionedtoenableadvancedcommandandcontrolinbothhemispheresoftheinstallation,fromthepanelstotheinverterandfromtheinvertertothegridinterconnectionpointUntilrecently,largescaledesignershadtochoosebetweenthemicroinverterandthecentralinverter,bothofwhichhavestrengthsandweaknessesWithregardtolargescaleinstallations,centralinvertersaregenerallyseenasmorecosteffectiveandefficientTheytraditionallymanagethearrayfieldasasingleenergysourceThisbringsbothadvantagesofeconomiesofscaleandoffersasinglepointoffailuretomonitor,manage,andmaintainThedownsideisthatconnectingsolarpanelsinseriesforcesanaveragingofindividualsolarpanelcharacteristicstoproduceacommonarraycharacteristicConversely,microinverters,thedeploymentofmanysmallinvertersasopposedtoasingle,largecentralinverter,havegainedpopularitybecausetheydisaggregatethearrayandperformMPPToptimizationatthestringormodulelevelTheirvalueisintheirabilitytooptimizepowerproductionatthestringormodulelevel,feedinghigherperformanceatthepanellevel,andisolatingsubparperformanceatalocallevelbeforeitimpactstheentirearrayEachstringismanagedwithitsownMPPTcircuitandtheoutputsofhundredsorthousandsofsolarpanelsnolongerneedtobeaveragedbyconnectingthemtooneMPPTThecatalystfornextgenerationsolarThenextleapinsolarfieldpowerproductioniscomingfromharnessingthebestattributesofbothinverterstoachievelocaloptimizationwithglobalcontrolButmorethansimplycreatinganenhancedpassthroughdevice,powerelectronicarchitecturebecomingavailabletodayoffersadvancedgridinterconnectioncapabilitiesthatallowutilitiestoremotelycontrolboththeACandtheDCsidesofthepowerplant,aswellasenablevisibility,management,andimprovementofthetotalsystem,regardlessofwhatpanelisusedOneexampleisSatcon’ssystem,SolsticeatwostagearchitectureonboththeDCandACsidesofthearray,whichdeliversfinegrainedpowerharvestingandcontrolwithcriticalutilityreadygridinterconnectionAdistributedenergymanagementsystem,engineeredfromthegroundup,Solsticeenablesinteroperabilityandcontrolovereverycomponentinthearray,acentralcommandcenter,andmillisecondreactiontimearoundfaultsandfailuresStringlevelmanagementisaccomplishedbymovingtheMPPTfunctiontothearraysubcombinerbox,whereDCtoDCconvertersbustheparalleledstringsataconstantoutputvoltageenablingtheinvertertoconstantlyrunatitsoptimalpointConclusionAdvancesinsolararchitectureandgridintegrationarenotonlyhelpingstabilizethegridanddeliveringsignificantlyhigherreturnsoninvestmentandpower,buttheyarealsoredefiningtheperceptionandpossibilityofbothsolarpowerandthefuturepathoftheindustry(ExecutiveEditor:LuoZengying)JimZhangistheVPofGreaterChina,Satcon,joinedthecompanyintoberesponsibleforSatcon’ssalesandmarketinginChinaandimplementthecompany’sglobalsalesstrategyHereceivedaBSdegreeinElectricalEngineeringfromCaliforniaStateUniversity,SacramentoandanMSdegreeinElectricalEngineeringfromStanfordUniversityMichaelLeviistheseniordirectorofWorldwideMarketingforSatconTechnologyCorporation,aproviderofutilityscale,gridconnectedrenewableenergysolutionsfordistributedpowermarketsSatcon|wwwsatconcomAddress:Unit,TowerA,CityCenterofShanghai,ZunyiRoad,Shanghai,PRChina创新与技术

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