【2013工博会】复旦研发分布式光伏并网逆变器综合测试系统 为社区智能电网“铺路”

作者:徐楠摄影: 视频: 来源:新闻文化网发布时间:2013-11-06

新闻中心讯 近年来,在节能减排,发展战略新型产业的背景下,国家积极开展了“金太阳”工程,“分布式光伏发电”等一系列政策,扶持和激励太阳能商业化应用,促进新能源发电与智能电网的产业化,使得中国光伏并网发电的应用得到飞速的发展,和美国一起成为目前世界上光伏发电增长速度最快的国家,随着并网型太阳能光伏发电系统的应用越来越广泛,对光伏系统的质量控制和性能评估的需求也越来越高,中国政府和国家相关测试机构相继投入了大量的人力和物力提高光伏发电系统与装置的质量评估能力。

但是满足测试能力的高性能实验测试设备绝大多数需要进口,在来自于复旦大学信息科学与工程学院的孙耀杰、林燕丹团队的不懈努力下,研究开发出了国产光伏并网逆变器测试系统,以满足太阳能发电系统的检测之需。该产品将在明天(11月5日)开幕工博会上正式对外展出。

 

光伏发电易用、便捷

孙耀杰教授告诉记者,新能源发电的途径包括风力、光伏、潮汐、地热、生物质等多种方式,其中规模化应用中最成熟的就是风力和光伏,特别是光伏发电和建筑结合方便,使用也更简便一些,适合于大面积推广应用于千家万户和超市、工厂等屋顶的分布式发电。

但是,由于太阳能电池板发出的是直流电,需要先转变为交流电才能并入电网。因此,承担这种转变功能的设备——逆变器就成为了光伏发电产业的核心器件之一,目前市面上的逆变器品质参差不齐,无论是家用发电或参与并网发电都有着极大的安全隐患,为了保证生产出来的逆变器品质合格必须要有相应的检测评价手段,特别是可用于现场评价的手段。

由于实际电池组件受天气、环境等因素的改变而不可控,最初的检测设备是使用人造光源模拟太阳光来照射实际电池组件,进行长时间的测试,造价很高,调节也不方便,之后有人就采用固定电压源,但是考虑到恒定电压源输出的“电流-电压(I-V)曲线”是一条直线,与实际电池板的I-V曲线会产生较大偏差,为此人们又在检测设备中接入了一个电阻,即利用定电压的直流源和固定电阻近似模拟实际电池板,但动态性能难于评价,因此就出现了利用程控电源作为PV组件模拟源的方案,但是目前国内制造的检测设备尚不成熟,实际所用的设备绝大多数来自于进口,价格很高。

为了解决以上这些问题,复旦大学研制了一套新型的检测设备,包括:光伏电池阵列模拟电源、电网特性模拟电源 ,以及系统综合测试与评价系统,内嵌主流的国际/国内测试标准和完善的动态MPPT追踪控制评价方法,技术水平达到国际先进水平,完全可以胜任对逆变器的性能检测。

 

技术新突破

光伏电池阵列模拟电源可以不受天气影响,实现全天候不间断测试;能够模拟普通单峰值光伏曲线,还可以模拟阴影遮挡下的多峰值曲线以及随温度和照度变化而变化的曲线族,能够全方位的模拟真实光伏电池阵列的特性,评价并网逆变器MPPT追踪能力和动态过程的误差,实现对逆变器外特性进行动态建模与性能评价。

“与国外的光伏电池阵列模拟电源相比,我们的模拟源在技术、性能水平上与国外先进水平持平,而电网特性模拟电源,作为我们特有的一些新尝试,又有了新的突破。”孙耀杰说。

据介绍,普通的电网模拟电源不具备真实电网的双向电能交换能力,在进行长时间的测试或老化工作时,逆变器产生的电能会变为热量消耗掉,如果能将这一部分无效损耗的电能再利用,节能的水平将大幅度提高。而孙耀杰团队就基于这一点,研发出了具有“反向馈能功能”的模拟源,实现交流测反馈和循环利用,实现电网特性最真实的模拟,能够将85%以上电能回馈至电网,测试、节能两不误。

此外个体产品功能最大化也是节能的另一体现,此电网特性模拟电源成功实现了“一机两用”,除了作交流电源使用,也可以作为馈能式交流负载使用,模拟阻性、容性、感性以及阻容、阻感性负载,可以用于UPS等交流电源的老化测试。

 

为迈入智能电网探索未来基础设施

孙耀杰教授认为,“分布式光伏发电最适合于东部地区的应用,可以建立小区微网或商业屋顶电站,简单来说就是每家每户利用太阳能自行发电自行使用,多余的电存储起来或卖给电网公司。这样的一种双向用电机制,无疑使得能源利用最大化。” 而前一段时间流行的《第三次工业革命》书中能源互联网也描绘出了这样的一幅场景。

然而要实现这一点,孙耀杰教授认为在技术上还有很多难关需要克服。传统电网难以满足分布式发电大规模接入,同时居民储电、反向卖电对电网的调度、继电保护也是个大考验,由此必须设计出满足智能电网运行机制,具备自适应调控能力的智能化策略,实现大范围的电能协调优化,这样的话,各个系统之间的协调机制和互相影响因素就很复杂,现有测试系统很难在实验室完全复现现场的实际情况,实现复杂工况下的模拟和评价,这就需要研发可用于现场在线测试的综合测试与评价系统,具备现场自适应激励、在线动态建模、云端数据综合等先进功能,模拟电源系统也会因此需要进一步的升级。下一步,研究团队将瞄准光伏发电智能电网的应用,继续研究新型的综合测试系统,争取在智能电网领域做出的开创性研究成果。

 

制图:实习编辑:责任编辑:

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