并网逆变器和控制器的研发计划书

1、光伏专用逆变器及控制器系列产品生产项目计划书燕山大学国家科技园区项目合作处2011.3.1目录第一部分 项目背景及市场分析一、 光伏产业的国内外行业背景二、 项目目标产品的国内外发展状况和市场分析第二部分 项目研究内容及关键技术一、 光伏并网发电系统概述二、 并网逆变器及控制器的设计及工作原理三、 项目的关键技术第三部分 项目生产方案一、 生产工艺流程二、 主要设备选型第四部分 项目总投资估算及财务评价、总投资估算及资金来源二、 产品成本和费用估算三、 经营收入和税金四、 财务分析五、 财务评价结论第五部分项目的可行性研究结论一、 社会效益分析二、 经济效益分析三、 可行性研究结论一、光伏产业

2、的国内外行业背景光伏发电属于清洁的可再生能源，发展光伏发电技术并使其得到广泛的应用对于缓 解常规能源的短缺和减少环境污染具有重要作用，已为国际社会所公认。因此尽可 能迅速地用其它能源替代矿物燃料成为了各国的当务之急，光伏发电则是理想的替 代能源之一。太阳能光伏产业的国内外市场巨大。欧洲很多国家已颁布有关扶持政策，市场已初 具规模。在过去的五年内，技术进步、市场扩容、规模效应一起推动全球光伏行业 以年均 40%40%勺速度发展。在未来的 1010 年内，光伏发电的成本有望降低到与考虑了环 境污染、煤炭涨价等综合因素后的火电价格相当；预计全球光伏产业的年增长率在 20102010 年到 20202

3、020 年将达到 34%34%行业发展的前景极其广阔。欧盟 20092009 年制定的光伏装机目标我国光伏产业发展经历了两个重要时期，第一个是在2020 世纪 8080 年代中期，引进 4 4 条总计 5MW5MW 的光伏电池生产线，光伏产业初步形成。第二个发展时期是在新世纪初，国家发改委在 20022002 年启动了“送电到乡工程”，该工程光伏系统容量为20MW20MWV极大的拉动了我国光伏市场的需求。二、项目目标产品的国内外发展状况和市场分析从能源利用的国际发展趋势来看，光伏发电最终将以替代常规能源的角色进入电力市场，而并网发电将是光伏发电进入电力市场的必由之路。要实现并网光伏发电，并网光

4、伏逆变器是技术关键，它将光伏阵列发出的电能逆变成 220V220VZ50Hz50Hz 的正弦波电流并入电网。光伏并网发电开始于上个世纪 8080 年代初。当时建造的都是较大型的光伏并网电站， 而且都是政府投资的试验性电站。试验结果在发展相应的技术方面都是成功的，但 在经济性方面却并不十分令人鼓舞，主要是由于太阳能电池成本过高，虽然具有明 显环境效益，但其发电成本却很难让电力公司接受。通过改进工艺、扩大规模和开 拓市场等措施，大幅度的降低了太阳能电池成本。 最近 3030 年，光伏组件的成本降低 了 2 2 个数量级，而且这种降低的趋势还在继续。全球光伏逆变器市场基本被国际几大巨头瓜分，欧洲为全

5、球光伏市场兴起区域，具有完善的光伏产业链，光伏逆变器技术在世界处于领先地位。SMSM（德国）、KACOKACO 德 国）、FroniusFronius （奥地利）、IngeteamIngeteam （西班牙）、SiemensSiemens （德国）、XantrexXantrex、DanfossDanfoss、 ConergyConergy、SatconSatcon、Power-onePower-one、OutbackOutback powerpower 等基本占领全球市场份额。近几年来，我国的光伏发电技术已经具有了一定的市场潜力和市场吸引力，但光伏 并网发电的关键技术和设备主要依靠进口，光伏并

6、网发电的技术更是刚刚起步，因此导致并网型光伏系统的造价高，依赖性强，制约了并网型光伏发电系统在国内的 发展和推广。国内光伏逆变器厂商普遍规模小，结构工艺、做工、性能稳定性等指标跟国外一流 水平有一定差距。占据国内市场超过 60%60%勺龙头企业合肥阳光电源已取得长足进步， 并开始进军欧洲大功率市场。随着国内政策的推动，预计国内到 20202020 年光伏逆变器总需求量至少达 18.6GW18.6GW 市 场规模超 500500 亿元，而 20082008 年全国光伏逆变器产量约 25MW25MW 因此市场发展空间巨 大。公司进入市场时间产品特点/ /定位其它合肥阳光电源19971997风力、光

7、伏、电力系统电源并网、离网单机最大功率 1MW1MW国内最大新能源电源供应商，产品成功运用于国内众多大型示范工程南京冠业电源20012001风力、光伏、电力系统电源并网、离网单机最大功率 1MW1MW具有较强产品创新能力电信基站市场占有较大份额北京科诺伟业20012001风力、光伏并网、离网中科院电工所 3030 余年科研基础积累，企业同时定位为系统集成商安徽颐和新能源20072007光伏、高压变频器并 网、离网单机最大与合肥工业大学教育部光伏工程研究中心建立产学研合作关系1MW1MW广东志成冠军20072007UPSUPS 光伏、蓄电池并网、离网与华中科技大学、武汉大学建立产 学研合作关系，

8、产品研发方向为模 块化并接，具有较强研发实力其它2007-20092007-2009最近进入市场的主 要有江苏艾索、无锡 山亿、江苏津恒、江苏南自通华山东博 奥斯、上海航锐电 源、上海追日电气、北京昆仑、光伏并网发电系统概述1.1.光伏并网发电系统的组成光伏并网发电系统是将太阳能电池发出的直流电转化为与电网电压同频同相的交流电，并 且实现既向负载供电，又向电网发电的系统。光伏并网发电系统主要由光伏阵列、并网逆 变器、控制器和继电保护装置组成。光伏阵列是光伏并网发电系统的主要部件，由其将接收到的太阳光能直接转换为电能。并网逆变器是整个光伏并网发电系统的核心，它将光伏阵列发出的电能逆变成 220V

9、220V/ 50Hz50Hz的正弦波电流并入电网。电压型逆变器主要由电力电子开关器件组成，以脉宽调制的形式向电网提供电能。控制器一般由单片机或 DSPDSP 芯片作为核心器件，控制光伏阵列的最大功率点的跟踪、控制逆变器并网电流的功率和波形。继电保护装置可以保证光伏并网发电系统和电网的安全性。光伏并网系统示意图2.2. 光伏并网发电系统的优点1 1）无污染：零排放（无任何物质及声、光、电、磁、机械噪音等“排放”）；2 2）可再生：资源无限，有理想的可持续发展属性；3 3）资源的普遍性：基本不受地域限制；4 4）通用性、可存储型：电能可以方便的通过输电线路传输、使用和存储；5 5）分布式电力系统：

10、将提高整个能源系统的安全性和可靠性，特别是从抗御自然灾害和战备的角度看，它更具有明显的意义；6 6）资源、发电、用电同一地域：可大幅度节省远程输变电设备的投资费用；7 7）光伏建筑集成：节省发电基地使用的土地面积和费用，是目前国际上研究及发展的前沿，也是相关领域科技界最热门的话题之一。3.3. 光伏并网发电系统对逆变器的要求1 1）实现高质量的电能转换。并网逆变器输出的电流频率和相位与电网的必须严格一致，以使输出功率因数尽可能的达到 1 1。2 2）实现系统的安全保护要求。如输出过载保护、输出短路保护、输入反接保护、直 流过压保护、交流过压和欠压保护、孤岛保护及装置自身保护等，从而确保系统的

11、安全性和可靠性。3 3）具有较高的可靠性。目前光伏并网发电系统主要在一些自然条件恶劣的地区，所 以逆变器应在长时间的工作条件下保证低故障率，并具有较强的自我诊断能力，因 此所设计的逆变器应具有合理的电路结构、严格的元器件筛选。4 4）最大功率的跟踪。最大限度的利用光伏阵列，提高逆变器的效率。二、并网逆变器及控制器的设计及工作原理1.1. 光伏逆变系统概述光伏逆变器的主要功能是将光伏电池的直流电能转换成正弦波形势的交流电能。由于光伏电池的电压通常低于可以使用的交流电压，因此光伏逆变器系统中，首先要 有一个进行直流升压的变换器（DC-DCDC-DC）这个一般是整个光伏逆变系统的输入电路部分。 经过

12、直流升压变换器升压后的电压，需要通过逆变器将直流电能变换为交流电能。光伏逆 变系统的核心就是直流升压电路和逆变开关电路。直流升压电路和逆变开关电路都是通过 电力电子开关器件的导通与关断，来完成相应的直流升压和逆变的功能。电力电子开关器 件的通断需要一定的驱动脉冲，这些脉冲可以通过改变一个电压信号来调节，产生和调节 脉冲的电路通常称为控制电路（或控制回路）。2.2. 主电路构成一一 DC/ACDC/AC 逆变器逆变器的主电路结构按照输出的绝缘形式分为：工频变压器绝缘方式、高频变压器绝缘方式、无变压器方式 3 3 种。1 1）工频变压器绝缘方式采用一级 DC/ACDC/AC 主电路，在输出端接工频

13、变压器并网。这种 方式既可与电网隔离，同时又可以将逆变器输出波形中的直流分量滤去，从而减少 对电网的污染，缺点是工频变压器体积大，重量重，效率较低。2)2) 高频变压器绝缘方式是通过两级变换实现并网逆变。这种方式的优点是高频变压 器体积小，重量轻，大大减小了逆变器的体积和重量。缺点是经过了两级结构，效 率比较低，且电路和控制方式复杂。3)3) 无变压器方式是只采用一级 D(D(yACAC 变换直接并网。这种方式对逆变器输出波形要 求较高，直流电压范围比较小，但是逆变器整机的效率却比较高，并进一步降低了 成本。3.3.控制器的主要原理根据电流控制型并网逆变器原理，为使光伏并网发电系统的有功功率输

14、出达到最大，必须 控制输出电流的频率和相位，使它们与电网电压严格同步。所以电网相位的跟踪是必须解 决的问题，一般采用锁相环(PLL)(PLL)实现。锁相环的原理与实现锁相环是指能够自动跟踪输入信号频率与相位的闭环反馈控制系统。目前传统的模拟锁相环(Analog(Analog PLLPLL. APLL)APLL)主要由鉴相器(PD)(PD)、环路滤波器(LF)(LF)和压控振荡器(VCO)(VCO) 组成。鉴相器的输入是电网电压的采样信号和压控振荡器的输出，鉴相器的输出为误差信 号，该信号为和相位差的线性函数。环路滤波器滤除中的高频信号后得到，再由来控制压 控振荡器来改变输出信号的频率和相位来逼

15、近的频率和相位。当环路锁定时，输出信号和 输入信号同频同相。最大功率控制方法最大功率跟踪技术有两种技术路线:其一是 CVTCVT 技术，控制电池组件端口电压近似模拟最大功率跟踪，这种方法原理简单但是跟踪精度不够；其二是 MTTPMTTP术，实时检测光伏阵列输出功率，通过调整阻抗的方式满足最大功率跟 踪。目前，太阳能逆变器厂家广泛采用的 MPPTJMPPTJ 术。（最常用的干扰测量法）干扰观测法的原理和实现（P&OP&O干扰观测法每隔一定时间增加或减少电压，通过观测功率变化方向，来决定下一步的控制信号。如果输出功率增加，那么继续按照上一步电压变化方向改变电压；如果检测到输出功 率

16、减小，则改变电压变化的方向。这样光伏阵列的实际工作点就能逐渐接近当前最大功率 点，从而达到跟踪最大功率点的目的。果采用较大的步长对占空比进行“干扰”，这种跟踪算法可以获得较快的跟踪速度， 但达到稳态后光伏阵列的实际工作点在最大功率点附近振荡幅度比较大，造成一定的功率 损失，采用较小的步长则正好相反。（A A）被动式孤岛检测孤岛的发生和电网脱离时的负载特性及与电网之间的有功和无功交换有很大的关 系。电网脱离后有功的波动会引起光伏系统端口电压的变化，无功的波动会引起光 伏系统输出频率的变化。电网脱离后，如果有功或者无功的波动比较明显，通过监 测并网系统的端口电压或者输出频率就可以检测到孤岛的发生，这就是被动式孤岛检测方法的原理。然而在电网脱离后，如果有功和无功的波动都很小，此时被动式检测方法就存在检 测盲区。（B B）主动式孤岛检测主动式孤岛检测方法中用的比较多的是主动频移法（ AFDAFD，其基本原理是在并网系 统输出中加入频率扰动，在并网的情况下，其频率扰动可以被大电网校正回来，然 而在孤岛发生时，该频率扰动可以使系统变得不稳定，从而检测到孤岛的发生。这类方法也存在“检测盲区”，在负载品质因数比较高时，若电压幅值或频率变化 范围小于某一值，系统无法检测到孤岛状态。三、项目的关键技术电网相位跟踪的“锁相环”技术；电网频率跟踪的干扰观测法 ，实时检测光伏阵列输出