1、1 直流微电网光伏模拟器研究 一、课题来源 目前世界范围内的国家都已煤、石油、天然气等化石能源为主。但这些 化石能源都是不可再生且及其有限的能源。据联合国能源署的报告称，以目 前地球上各国开采化石能源的速度和地球化石能源的存储量来计算，煤炭资 源可供开采 30 年，石油资源可供开采 30 年，天然气资源可供开采 50 年。 可以说未来五十年，人类将把地球上几亿年储存的化石能源消耗殆尽。而且 开采能源也会引发一系列的环境问题。可以说人类面临的不仅仅是能源的匮 乏，还有生存环境的挑战。在这种环境下开发新的清洁能源是迫在眉睫。 目前来说，最为清洁可靠的可再生能源当属太阳能。太阳能获取简单方 便，人类
2、取之不尽。据相关计算，太阳每一秒钟发出的能量相当于地球上 1.3 亿亿吨煤燃烧产生的热量，而其中照射到地球表面的约为全球发电力总和的 20 万倍。更为关键的是太阳能发电没有废物排放，清洁绿色，利于人类生态 环境的保护，而其发电形式多种多样，不会受到空间地域的影响。从上个世 纪开始，各国已经开始了对太阳能的研究利用。上世纪 90 年代许多国家开 始实行光伏屋顶计划，开始了对太阳能的开发利用。但是总体来讲对太阳能 的利用还远远不够，因而研究出高效的太阳能发电系统是十分有必要的。 对于太阳能的开发利用主要需要解决其转换效率的问题。由于地区天气 变化， 太阳能光伏阵列所处的环境光强温度是不断变化的。
3、在不同的环境下， 光伏阵列的工作效率也不同。研究在各种环境下太阳能光伏阵列的工作状况 是提高太阳能光伏阵列转化太阳能效率的关键。但是由于光伏阵列占地面积 大、研究周期长、耗费资金巨大等问题，给光伏发电的发展造成了很大的影 响。为了解决太阳能光伏发电研究成本高、效率低的问题，加快新能源的开 发研究与开发，早日解决全球能源匮乏和环境污染等问题，设计出一种直流 微电网光伏模拟器来满足生产、教学、科研的需要，因而提出本课题。 二.研究的目的和意义 1、本课题的研究目的 太阳能的大规模应用将会是 21 时间的一个重要标志，日益恶化的环境 2 使人们认识到对于新能源的开发利用的重要性。目前，传统的石化能源
4、与经 济、环境的矛盾越来越突出。能源是经济与社会发展的基本动力，但由于常 规能源有限性和分布不均衡，造成世界上大部分国家的能源供应不足。为了 解决能源需要和社会矛盾环境问题，研究直流微电网光伏发电就变得十分重 要。本课题研究直流微点网光伏模拟器，可以方便解决太阳能可以困难等问 题，而且在光伏发电领域加入对直流微电网的应用更加能将节能环保做到更 好。直流微电网与光伏发电都是未来全球能源发展的主流，开发这两方面的 技术可以对经济发展起到较为积极的作用。 在本课题中，将太阳能发电作为直流微电网中的一种微源。直流微电网 是通过一条公共直流母线将所有的微电源链接起来，这样燃料电池、光伏发 电、微型汽轮机
5、、风力发电等微电源通过一个集中的 DC/AC 换流装置与大电 网相连，这部分结构与交流微电网较为不同。通过光伏模拟器加快对太阳能 光伏发电的快发，通过直流微电网更加有效的对光伏发电产生的电能进行使 用，将新能源的开发利用与节能环保结合起来共同发展。 2、本课题的研究 意义 由于直流微电网是通过一条公共直流母线将所有的微电源链接起来，故 而相比于交流微电网，直流微电网具有以下几点优势： （1）直流微电网系统 成本和损耗将大幅度减少。在直流微电网中，直流母线与各种微型电源的连 接形式更为方便、简单。不需如同交流电网那样考虑电源的输出电压的频率、 相位等。直流微电网只需经过一次 DC/DC 或者 A
6、C/DC 变流转换，而且直流 母线与大电网之间的连接也只需经过一次 DC/AC 逆变装置， 可以说直流微电 网将使供电系统更加简单可靠。 （2）直流微电网中各微电源更容易实现协调 控制。控制直流微电网只需控制直流母线电压，对潮流的控制更大程度上也 与电流控制有关。 （3）与交流微电网相比，直流微电网中的换流装置要少了 不少，这就大大降低了系统成本和能量损耗。 （4）在先进的配电系统中，如 果能应用直流微电网，可以把太阳能光伏发电所产生的直流电直接提供给家 庭或者企业的电子设施，能够更加有效的利用太阳能。 研究直流微电网光伏模拟器， 将对光伏发电的发展起到积极的推动作用， 也是现今人类解决能源问题、环境问题的一种解决思路。 3 三、国内外研究现状和发展趋势 近几年，国际上光伏发电发展速度很快，美国、 以及日本制定了庞大 的光伏发电发展计划。直流微电网光伏发电系统也受到广泛关注。1997 年美 国提出“百万屋顶计划” ，美国连续三年光伏产业均高于 30%。1974 年比本执 行“阳光计划” ，投资 5 亿美元，一跃成为世界太阳电池的生产大国。1997 年又宣布 7 万光伏屋顶计划，到 20
