光伏系统在并网和独立模式下运行的的设计

光伏发电系统可以在电网停电期间提供持续的电力供应，并且可以在白天将多余的发电电力注入电网。然而，由于逆变器的孤岛模式，并网光伏系统在电网停电期间无法继续供电，这是每个并网逆变器满足安全问题的重要主要特征。因此，如果光伏系统中没有可用的蓄电池，则在停电期间光伏系统产生的电能将会丢失。这会导致相当大的能量损失，并将导致光伏系统的投资回收期增加。本文的目的是通过引入一种非常规光伏系统来解决这一问题，该系统包括蓄电池、充电调节器、并网逆变器、双向 AC/DC 转换器和控制系统，以确保持续供电。

拟建光伏系统的描述

拟议的光伏系统可以在两种运行模式下运行，并网和独立运行，系统框图如图1所示，它主要包括光伏发电机、块电池、功率调节单元和控制系统。

光伏系统在并网和独立模式下运行的的设计

图1 拟议的光伏备用系统示意图

光伏发电系统的组成

光伏发电机。它由串联和并联的光伏模块组成，具体取决于所选的直流系统电压和功率。光伏模块选择为单晶或多晶硅，因为与其他光伏技术相比，它们的效率高且在整个生命周期内退化较少。

存储块电池。电池块由固定电池组成，可以承受非常深的放电，并且由于频繁的电网停电而具有超过1000次的高循环率。这些电池的安培小时效率高达80-90%，使用寿命超过10年。

电池充电调节器。它用于调节电池块的充电过程并保护其免受深度放电和过度充电。它将在系统内连接，如图1所示;电压传感器将测量电池电压并根据电池充电状态关闭或打开开关S2。

逆变器-1。它是一种并网逆变器，将光伏发电机的直流输入功率转换为交流电注入电网。它包括用于最大点跟踪 (MPPT) 的控制算法、使逆变器由电网引导的同步以及在电网切断时间确保安全的防孤岛算法。

逆变器 2。它是一种双向功率转换器，能够充当逆变器，将直流电转换为交流电，并作为整流器将交流电转换为直流电。在第一种模式下，它将在电网停电期间从电池块为负载提供交流电。在第二种模式下，它充当整流器，在其工作时间内从电网为电池块充电。该逆变器的设计目的不是为电网提供来自电池块的交流电。电流传感器 (Ig) 主要用于在电网停电的情况下断开逆变器 2。

双向kWh电能表，该仪表用于在为负载供电或在需要时为电池组充电时计算从电网消耗的功率，以及计算从光伏系统注入电网的功率。

蓄电池组的设计

 

光伏系统在并网和独立模式下运行的的设计

选择充电调节器

考虑到光伏发电机的开路电压及其峰值功率，充电调节器的额定输入电压范围为 44-86 V，额定功率为 3.2 kW，而其标称输出电压为 48 V。

选择逆变器 (Inv1)

Inverter-1 是一款单相 DC/AC 逆变器，额定功率为 4 kVA，输出电压和频率分别为 220 V 和 50 Hz，并以单位功率因数运行。它通过开关 S1 直接为负载供电，并通过双向 kWh-meter 向电网提供光伏发电机产生的电力，如图1所示。该逆变器由电网引导，设计为在电网停电瞬间关闭，以确保完全安全。

选择双向转换器 (Inv2)

这是一款额定功率为 5 kVA 的双向转换器，适用于在冬季(如冬季)光伏功率长期受限时，从电池块向负载提供交流电并从电网为电池充电。

系统运行模式

不同的条件会导致系统在不同的模式下运行;这些条件包括太阳辐射水平、电网中断时间、电池充电状态和负载需求。在任何这些条件下，图1中的系统都会根据表1选择适当的模式工作。

　　审核编辑：汤梓红