6MW光伏电站发电效率的设计与改进

6MW光伏电站发电效率的设计与改进由于能源短缺和污染日益严重，太阳能已成为最清洁、最现实和最有前途的可再生能源生产方法之一。然而，太阳能电池的输出特性是高度非线性的，很大程度上取决于外部环境。因此，太阳能的高效利用和提高太阳能利用效率是利用太阳能时亟待解决的问题。本文以光伏系统为核心，以最大限度地利用太阳能为主要目标，进行理论和实验研究，以优化光伏电站系统的效率，主要研究内容包括。（1）总结光伏发电系统的配置，根据各种情况的需要对光伏发电系统进行分类，介绍目前我国和国外光伏发电的发展情况。（2）简要介绍西藏桑日光伏电站的地点、太阳能资源、光伏组件数量、阵列安装方式，对电站发电效率进行分析，并总结影响电站发电效率的因素，主要包括光伏阵列安装方式、逆变器选型、最大最大功率点跟踪（MPPT）以及环境因素。（3）提出西藏桑日光伏电站发电效率提升方法，包括采用固定光伏阵列安装方式，合理选择逆变器及控制策略，确定光伏阵列最佳倾角，采用基于粒子群聚类算法实现MPPT，通过仿真分析可知该算法能有效提高光伏电站发电效率。（4）基于上述光伏发电效率提升方法计算优化后的光伏电站发电量，进行经济效益分析，计算结果表明，优化后的电站发电量增加约5％。1绪论选题背景目前，人类使用的能源90%是以煤、石油、天然气等化石燃料为基础的不可再生能源，而化石燃料是有限的，这就是为什么全世界都在使用化石燃料的原因。人口增长。工业化进程正在加速。随着经济的不断发展，它正在逐渐耗尽。同时，燃烧化石燃料会释放二氧化碳和二氧化硫等有害气体，威胁着人们赖以生存的环境。能源危机和环境污染问题是人类面临的两大问题。解决这两个问题，需要从能源入手。现在人们明白，能源供应必须走可持续发展的道路——从传统的化石能源到可再生能源。近年来，太阳能从技术演变而来，市场和市场都在迅速发展，但太阳能需要一个紧迫的解决方案。请注意，有一些问题。发电效率差目前，我国火力发电设备年使用时间累计可达5000小时以上，最高可达7000小时以上。水电设备年寿命在3500左右，从时间上看，太阳能组件只有2000小时左右。(2)发电成本高，目前发电1度电，热能0.4-0.5元，水电0.2-0.3元，核能0.2-0.3元。电费约0.3-0.4元，风电约0.6元以上。太阳能发电成本在1元以上，而受电网负荷影响，风电上网成本在0.6元以上。太阳能的价格大约是热能的1.3倍，网络中太阳能的成本大约是热能的2.2倍［1］。首先，要提高光伏能源在可再生能源中的份额，必须从两个方面着手：提高效率和降低成本：太阳能电池组件、太阳能电池的材料和制造工艺。光伏装置的效率和成本节约，特别是通过优化面板配置、拓扑和逆变器的管理。1.2研究目的及意义太阳能、风能和生物质能是所有国家最有前途的可再生能源。使用可再生能源对于满足能源需求、改善能源结构、应对环境压力和推动经济发展至关重要。近年来，太阳能以其独特的优势成为各国关注的焦点，特别是在太阳能光伏发电领域，不断得到应用和发展。光伏组件可作为建筑和装饰材料，创造与建筑的理想结合，节省建设光伏电站和输电的投资成本，有效降低整体环境温度，充分利用材料资源，提供充分的接入各种功能。因此，从节能环保的角度来看，光伏电站的建设具有非常重要的现实意义。1.3影响光伏发电效率的因素太阳能电池阵列的转换效率主要受自然环境、太阳能电池模块对太阳光的利用以及太阳能电池模块之间的连接方式的影响。(1)自然环境因素：发光强度和温度。主要的自然环境因素包括太阳辐射和环境温度。太阳的强度不同，太阳能电池模块的输出电压和电流不同，环境温度不同，太阳能电池模块的输出电压和电流也不同。因此，太阳的强度和环境温度会影响光伏发电。组件的输出功率影响太阳能系统的转换效率。在规划和选择光伏系统位置时，必须考虑该区域的太阳能资源分布。太阳能发电站应尽量选择光资源丰富的地方，并选择在附近建筑物和树木较少的地方。太阳能电池模块的局部温度和工作温度均在允许范围内调节。（2）太阳能电池组件的光能利用率。太阳能电池模块的光能利用率受太阳能电池模块的材料和制造工艺、光跟踪方法和最大功率跟踪算法的影响。因此，可以改进太阳能电池模块的材料，采用太阳能跟踪聚焦的方法，采用高效的最大功率跟踪算法，提高太阳能电池模块的光能利用率。1）太阳能电池组件对光能的利用与材料和制造工艺密切相关。目前，市场上单晶硅太阳能电池的转换效率为17%〜22%。多晶硅为16%至19%，非晶硅为6%至10%。2）采用太阳能跟踪方式，提高光利用率，使太阳能电池组件吸收最大的光能。传统太阳能电池阵列的安装方法是固定的。安装的原则是保证阵列的年辐射量最大，但太阳始终在运动，从固定坡度接收到的光辐射量随着太阳的运动而变化。不能接受最大程度地暴露在阳光下。由于采用太阳跟踪方式，光伏发电阵列的安装方式没有规定，可以根据太阳辐射角度的变化旋转阵列，以接收最大量的太阳辐射。光伏阵列。3）采用太阳能聚焦方式，提高光利用率，使光伏组件吸收最大量的光能。为了克服太阳能密度低的问题，利用光学聚焦的原理来提高太阳能密度，目前市场上的太阳能集热器将光线聚焦以提高太阳能密度。可以达到高温。（3） 光伏组件之间的连接方式太阳能组件之间的连接会影响太阳能系统的性能效率。如果太阳能系统的固定结构被遮挡，太阳能系统的能源效率就会下降。如何断开组件之间的连接一般采用以下方法：太阳能电池的改造。电网改造根据外部环境的变化不断改变太阳能电池组件之间的连接方式，从根本上减少外部环境与太阳能电池阵列不匹配的影响，大幅降低太阳能的输出功率。细胞。此外，如果太阳能系统在恶劣的照明条件下工作，如输出功率低或输入功率没有达到一定的性能水平，电源转换器标称的转换效率将显着降低。电网改造的方法可以提高光伏系统的性能，但必须不断改变电网之间的连接形式，增加开关元件，控制复杂，系统成本高。（4） 转换器的转换效率转换器将太阳能电池场产生的电能转换为可接入电网的电能，从而产生开关损耗、电感损耗、待机损耗等损耗。开关损耗包括开关管损耗和二极管损耗。开关管的损耗和二极管的损耗不仅与电路本身的参数有关，而且与其自身的性能参数有关。同时，不同的控制策略和不同的转换器拓扑结构也会影响开关损耗；电感损耗主要包括铜的电感损耗和磁芯的电感损耗。电感损耗受电感值、开关频率、电感磁芯、线圈材料等因素的影响。但是，降低转换器待机损耗相对困难，这里不做研究。转换器的转换效率还受太阳能系统输出功率的影响。转换器的输入功率在一定范围内效率更高。如果超出或未达到此范围，转换器的效率将降低。我去。除了引入高效的控制优化策略和电路拓扑来提高转换器效率外，宏观控制策略还可以用于改进半导体材料、降低半导体的开关损耗和调整转换器的输入功率。（5）最大功率跟踪算法最大功率跟踪算法允许光伏组件提供最大功率。太阳能电池模块最大单个功率点的跟踪算法通常包括恒压法、扰动观察法、电导增量法、模糊控制MPPT法、预测数据MPPT法、差分方程求解MPPT法等。传统的扰动观测方法存在振动和误判的问题。对这两个问题进行了大量的研究。研究轴主要包括以下几个方面。我们提出了一种基于可变步长来监控最大功率点的方法。这仅解决了如何观察扰动的振动问题。要跟踪最大功率点，我们建议使用电流干扰方法。电流干扰法跟踪速度快，但电流比电压更难控制。模糊规则和功率预测被提出来解决扰动观测方法的错误评估问题。模糊控制方法通常具有较大的稳态偏差。当光伏系统被阴影遮挡时，会出现多个功率峰值。单峰MPPT算法可能无法正确跟踪整体峰值。在这种情况下，需要多个峰值MPPT算法。典型的光伏板多峰值峰值功率点跟踪算法包括MPPT复合算法、全局扫描法、斐波那契搜索法和粒子群优化算法。本文重点介绍优化MPPT算法及其改进的网络连通性控制策略。1.4光伏发电效率提升研究与对比1975年,McFee报告了第一个使用固定算法计算中央访问的自动太阳跟踪系统。每个单元用面板根据接收器接收到的能量和磁通量的整体分布分为484个单元进行分析。太阳能定位系统的精度可达0.5°到1°［2］。在随后的几十年里,许多科研机构对太阳跟踪系统做了进一步的研究。田原等人。对单轴跟踪系统和两轴跟踪系统进行了实验对比分析。文章中使用的单轴跟踪系统相比固定系统发电效率提高了32.17%,两轴跟踪系统的发电效率比固定系统提高了81.68%［3］。.Clifford提出了一种新型的被动缩短跟踪系统。该设计利用双金属片的热膨胀原理,将两块由铝和钢组成的双金属片固定在电池板的上下木制框架板上。在阳光直射下,它由两个双金属板遮蔽。如果角度偏离,则其中一块双金属板暴露在阳光下。由于铝比钢具有更高的热膨胀系数,座椅的曲率会影响系统的重量平衡,并自动调整电池面板的角度。这可以防止扭曲电池面板或响应太慢。王一平总结了聚光太阳能热产业的发展,介绍了国内外聚光太阳能企业的最新研发动态,提出了太阳能密集型技术标准［4］。参考文献［5］开发用于光伏系统的光学设计跟踪系统［6］的示意图。基于Sonneveld的线性菲涅耳透镜设计了一个聚光日光温室系统。实验结果表明,系统光电转换效率达到11%,光热转换效率达到56%,整个系统效率达到67%［7］。2014年,石原等人。已经提出了低功率聚焦系统的设计,该系统使用多层衍射技术来调制和调制具有衍射效率的红外波长光。该技术允许系统将太阳聚焦在电池上,而无需太阳跟踪系统。通过使用带状电池优化电池的热效应,可以显着降低系统成本⑻°Ychens使用有限元分析（FEA）来模拟温度对用于聚焦PV系统的PMMA材料的菲涅耳透镜的影响。结果表明，温度每升高30°C,菲涅耳透镜的会聚效率就会降低3%［9］。SolarConcentration使用廉价的聚光器来代替昂贵的电池模块。这可以显着降低太阳能的成本。这是未来光伏系统发展的一个重要趋势。2014年Yang报道了一种用于集中光伏系统的多层微通道冷却器。电池表面温度下降，电池表面温度下降。实验证实，电池表面温度低于6.3°C,热导率为8235.84W/m2K。此外，它的结构可以减少电池能量损失，散热器的水流低于3kPa[10。Reddys对微通道的散热结构进行了数字化分析，得到了宽度为0.5mm、纵横比为8的优化设计。自校正射流碰撞系统旨在冷却太阳能电池。该系统引入锥形风道来冷却电池组件并提高太阳能电池的能源生产效率。这种风力涡轮机的设计最终使整个系统的发电量提高了36%。电站建设规模为10MWp,实际开发容量为9.98MWp。总共安装了20个逆变器。双分压变压器用作初级升压变压器。所有两个逆变器都连接到一个初级升压变压器，所有四个初级升压变压器都连接到一个电源柜。整个项目共20台逆变器、20台低压开关柜、10台升压变压器、3台10KV电源柜、10KV输出柜、10KVPT柜、35KV电源柜、35KV输出柜、1台35KVPT柜已组织完毕。功率补偿柜。接入网电压等级为35KV，采用二次升压方式，输出方式为35KV。运行比较后，它已经运行了将近一年。据发电统计，系统总效率78.68%，年衰减0.8%。年均发电量约1885.11亿千瓦。全厂日均发电量略高于设计值。1.5主要研究内容本文的主要研究工作有以下几个部分组成：第一部分介绍了本文研究课题的背景及意义，然后着重叙述了太阳能光伏产业在国内外的发展与现状，简单地分析了光伏发电效率提升方法，对论文的主要内容进行说明。第二部分介绍西藏桑日10MWp并网光伏电站的基本情况，如地理位置，太阳能资源特点，光伏发电的电池特性，电气设计以及经济性等方面，最主要的是介绍可操作的提高光伏发电效率的条件。第三部分主要内容是对西藏桑日10MWp并网光伏电站采取的一些提高光伏发电效率的措施，对各个措施进行了分析及验证，为今后相关光伏发电提供一些参考。本章也是本文的核心内容。第四部分对全文进行结论总结并对本次研究的前景做出展望。2西藏桑日10MWp光伏电站发电效率情况电站概况2.1.1项目地点及太阳能资源该电站位于西藏自治区山南市桑日县。海拔高、空气不足、水汽含量低、浊度低、粉尘等杂质少、透明度高、穿透大气时能量损失小、纬度低、降水少、日照时间长等特点。由于日照时间长，日照强烈，是日本太阳辐射最高的地区之一，是建设大型太阳能发电站的理想场所。电站并网电压等级为35kV,并网方式为二次增益。在整个项目中,将选择500kW逆变器并安装20500kW逆变器。国内外制造商目前可以提供具有广泛设备选择的这种性能的逆变器。这种方法的优点是逆变器容量大,主变压器数量少,整个系统的效率高,建设和维护费用低。缺点是逆变器本身容量大。如果在操作过程中出现错误,错误的程度是非常大的。大容量逆变器在海外应用广泛,日本光伏发电产业发展迅猛。国内项目采用500kW逆变器已成为逆变器选型的主流。该系统采用分段连接和集中布线,以减少太阳能组件到逆变器的连接数量,方便操作和维护。发电站使用22个汇流箱和1个汇流箱,22个电池组各连接一个汇流箱。型号为BH10A-22。每个500kW光伏矩阵总共需要110个电池组、五组22个汇和一个光伏阵列汇流箱。整个10MW光伏并网系统，共需要5*20=100个耦合箱。对于10兆瓦光伏电站的升压变压器，每1兆瓦并网耦合发电机组包含一个0.27/10KV升压器。该电站的装机容量为10MWp。具体地址在桑日县江村，距桑日县城以东约12公里，距拉萨市180公里。占地面积约0.21平方公里，高度3560m至3595m。电站所在地年平均太阳辐射量为7288.82MJ/m2，年平均日照时数为2807.2小时。2.1.2太阳电池类型选择场地可用面积约0.3平方公里，电站年产生的太阳总辐射量为7288.82兆焦/平方米，年日照时数为2807.2小时。主要气候特征是四时低温、昼夜温差大、老化小、旱季湿度显着、蒸发强、日照强。就够了。在太阳辐射特性方面，该领域可以使用各种类型的太阳能电池。市场份额最大的两类太阳能电池（晶体硅太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池）的综合技术经济比较，使得晶体硅太阳能电池非常成熟且效率稳定。在国内外使用。太阳能电池的市场份额最大（多晶硅太阳能电池的份额最大）和最小的土地面积。非晶硅薄膜电池具有较大经济价值，但其稳定性有待于在实践中进一步检验，且本电站可利用土地有限；另外，在晶硅类电池中，单晶硅电池价格较高，选用高转化效率单晶硅电池所带来的电气设备及土建投资的减少不足以抵消其价格偏高带来的投资增加。因此，综合分析后，本电站选用10MWp的多晶硅电池组件。2.1.3该电站太阳能电池组件选择多晶硅电池模组的功率规格很多，国内厂商从5Wp到300Wp不等，他们的产品也被广泛使用。为该光伏电站设计的多晶硅太阳能电池组件装机容量大，达10MWp，即耗电量大、面积大、安装体积大，因此设计重点放在大型太阳能电池组件上。是选择。电池模块容量。单位面积的输出减少了空间需求和模块安装。缩短施工时间。如表2-1所示，在1MWp电池组中使用235Wp和280Wp多晶硅光伏组件时，利用率相对较低。您拥有的模块越少，构建进度就越快，模块之间的连接点就越少。它还减少了出错的机会。低接地电阻和少量电缆相应地降低了整体系统损耗。同时，1MWp电池阵列采用235Wp多晶硅电池模块，并联连接更少，汇流箱数量最少。表2-11MWp光伏阵列电池组件使用数量比较210Wp组件235Wp组件280Wp组件串联数（块）2422171MWp并联数（路）1981942101MWp方阵组件数（块）476242563572市场研究表明，大型并网光伏发电系统采用国内知名厂商的多晶硅电池组件，规格往往在150Wp到300Wp之间。市场占有率较高的厂商的电池模组主要在200Wp到200Wp之间。240Wp。综合考虑组件效率、技术成熟度、市场份额和订单选择，电站多晶硅太阳能组件规格为235Wp，综合考虑组件效率、价格以及安装尺寸等因素，本电站选择了TSM-235PC05型235Wp多晶硅电池组件。2.1.4该电站逆变器控制策略本次研究采用PQ控制策略，该策略典型的逆变器控制策略。这是因为该算法可以控制恒定的输出功率，以减少大型电网的干扰，并控制输出的额定电压和频率。基本原理是在分离有功功率和无功功率之后控制控制电流PI,并最终保持DG输出恒定。总体系统控制策略基于电压和电流的双环控制。外环是一个输出逆变器参考电流的电压环。内部回路是逆变器的电流回路，它主要基于测得的电流值。通过检查参考电流的差异，计算出逆变器所需的参考电压，最后输出SPWM脉冲调制信号。执行。当连接到电网时，间歇性微源（例如太阳能和风能）需要稳定的输出功率值，因此最好选择PQ控制策略。这项研究采用了PQ控制策略。以下重点介绍基于粒子群的控制器参数的优化聚类算法。2.1.5光伏电站并网发电总体结构光伏并网发电系统包括光伏阵列模块、DC/DC变换器模块、逆变器、控制器。（1）光伏阵列。光伏电池被认为是光伏系统的重要组成部分，其性能与电气系统的效率直接相关。在该系统中，光伏电池是用于光伏转换的最小元件。以特定格式组装和包装后成为光伏电池模块。在实际应用中，串联和并联电池模块必须按照一定的规则串联和并联连接以形成光伏电池阵列。在正常情况下，光伏电池的电压值为负载电压值的1.4倍。（2）控制器。安装控制器的目的是避免在运行过程中电池过度充电和放电。其主要功能是控制光伏电池对电池的充电，以便可以快速，平稳和高效地对电池充电。同时，有必要使损耗最小化并延长电池寿命。充电过程［14］。如果负载需要直流电源，则可以使用控制器直接供电（天气情况可能导致PV天线产生直流电压和电流波动）。（3） DC/DC变换器接收控制器的命令，通过实时采样和处理PV发电机的端口电压和电流的方式来调整最佳端口电压，从参考电压中减去采样值信号然后发送给PI控制器进行处理，通过调制三角波载波来生成PWM波。DC/DC变换器使用PWM调制波来驱动开关管，调节开关管占空比，从而提供光伏发电机输出电压反馈控制，实现MPPT。（4） 逆变器。逆变器在光伏系统中起着重要的作用。其主要功能是将光伏电源或电池产生或提供的直流电转换为交流电，交流电可以利用交流电使交流电正常工作。一般的。如果光伏系统提供交流负载，则必须在系统中安装逆变器。影响桑日电站光伏电池发电效率的原因根据上述损耗分析，桑日电站光伏电池发电效率损耗主要包括由于入射角造成的不可利用的太阳辐射损耗取值为4.3％；灰尘、植被等遮挡损耗取值2.20％；温度引起的发电量损失取值为1.85％，逆变器损耗2％。其中有技术的也有很多非技术的因素。下面介绍一些影响光伏电池发电效率的若干因素：（1）光伏组件固有效率目前已经商业化的光伏电池材料主要是多晶硅和单晶硅两种，前文已经阐述，单晶硅的效率在16%〜22%之间，多晶硅的效率要更低在14%〜16%之间。其中，由于各个厂商的生产工艺、技术能力、杂质含量以及栅电极尺寸的不同等多种因素，又使得光伏电池的发电效率差异比较大。在3.3节我们综合了各种因素，最终把太阳电池组件确定为TSM-235PC05型多晶硅电池组件。这种电池组件的效率为14.36%，效率在多晶硅产品中只算是中规中矩。（2）光伏组件安装方式光伏电池按其安装方式的不同，分为屋顶式、集中式和建筑一体式等。安装方式的不同，导致光伏电池的发电效率的差异很大。据查阅最新文献，建筑一体式发电效率最低，其次是屋顶式安装方式发电效率，最高的发电效率为集中式安装发电。大型光伏电站都采用集中式安装方式。（3）环境因素光伏电池安装地理位置的环境对光伏电池发电效率影响非常明显，环境因素包括：纬度、温度、海拔、光照时长、污染、鸟群等。3桑日光伏电站发电效率提升方法实际上，光伏太阳能电池具有其自身固有效率。确认安装方法后就很难变动，但可以调整太阳能电池板的安装角度，优化电站的环境因素，促进太阳能电池的性能的提升。通常可以使用以下方法来增加发电效率。如安装最大功率跟踪系统，该系统通过旋转光伏太阳能电池板的方向来做到阳光直射，使光伏太阳能电池接收更多的光，可以使用一些聚光方法来提高光伏电池组能量转换效率，从而提高电站发电效率。最终重点在于增加电站的实际发电量。3.1光伏阵列安装设计在太阳能设计中，系统可接收的太阳辐射总量与在太阳能模块的方形阵列中选择的运行模式密切相关。因此，操作模式的选择直接关系到一切。太阳能。太阳能发光伏电站的发电。有两种操作模式：自动跟踪类型和固定类型。自动跟踪系统分为两个跟踪系统：1轴和2轴。所谓的单轴跟踪系统（东西向方位角和单轴倾斜跟踪），它以恒定的坡度从东向西跟踪太阳的方位角。这种类型的跟踪使您可以修改倾斜度和方位角以实现您的目标。这是因为所谓的两轴跟踪系统（也称为全跟踪）是由太阳位置的季节性变化引起的。太阳。在自动跟踪系统中使用时，太阳能电池板的坡度可以吸收最大量的太阳辐射，从而增加了辐射总量并增加了能量产生。根据初步计算，单轴水平跟踪方法可以将系统的理论输出（指日出开始至日落结束均无任何遮挡的情况）从15％增加到20％。使用单外壳轴倾斜跟踪，系统的理论功率可以从25％增加到30％。采用两轴跟踪方法，系统的理论发电量可以从30％增加到35％。但是，由于多种原因，系统的实际运行效率通常低于理论值。例如，太阳能模块会相互遮挡，因此很难同时跟踪支架的运动。根据对现有光伏电站的调查，使用短轴水平跟踪来安装晶体硅电池模块可以使系统的实际发电量增加约15％。通过采用短轴对角线跟踪方法，系统可以增加大约20％。通过使用2轴跟踪方法，系统中的实际发电量可以增加约25％。在这种状态下，在固定安装模式下，就支架系统的成本而言，固定安装成本最低，通常在1.0元/W左右，而自动跟踪操作模式则主要增加了支架的成本。初始投资低，支持系统几乎无需维护。自动跟踪的初始投资相对较高，需要维护，但是发电量大于固定斜率发电量（发电速度高于直接投资增长率）。通过计算，可以降低自动跟踪太阳能电池板的发光伏电站每千瓦时的发电成本。但是，自动跟踪类型的成本太高。假设支持自动跟踪的成本已得到合理降低，那么电力生产的增加所产生的收入将增加建筑单元在该部分的投资。自跟踪太阳能电池板比固定系统更具竞争力，因为它们可以减少电池同步和额外维护的负担。由于该项目的规模，自动跟踪系统的高度自动化，缺乏在现场特殊气候条件下实际使用的可靠性验证，以及运行过程中的高故障率，都将被考虑在内。最重要的是，这些植物位于高原上，环境恶劣。跟踪系统可以显着增加发电量，但是它们太昂贵了，因为它们现在对于操作和维护来说太昂贵了。如果故障排除既昂贵又失败，那将是一个大问题。居民人数不应太大，但控制区域很大（数万平方米），并且由于高原反应，变电站的日常维护人员必须增加少量的维护人员，维护成本会增加随着A数的增加，显著增加。考虑到各种因素，光伏电站中的所有lOMWp电池均使用固定的安装运行模式。3.2电池阵列最佳倾角的确定光伏电池阵列的倾斜角度对太阳能系统的效率有重大影响。对于固定安装的电池组和倾斜的单轴安装电池组，最佳倾斜角是太阳能发电量最大对应的的倾斜角。通常计算光伏阵列斜面太阳辐射量的方法是基于Liu和Jordan在1962年提出的计算方法，后来由Klein在1977年进行了改进。可以借助RETScreen软件结合电站年太阳能辐射数据来计算不同角度和操作条件下光伏阵列的平均月度太阳辐射量。表3-1显示了在固定安装模式下各个倾斜角对应的光伏阵列的平均月度太阳辐射量，通过数据可以生成如图3-1所示的倾斜角与太阳辐射量的关系曲线。宀乍-宀乍-5:・二叭一-三一W3P二图3-1光伏阵列倾斜角与太阳能辐射量关系曲线表3-2和图3-1中太阳辐射的月度趋势表明，将电池模块倾斜至39。可以产生最高的年平均太阳辐射，满足粉尘要求。雨和雪。除了角度范围外，此项目中固定电池的最佳倾斜角可以定义为39。。阵列表面的年平均太阳辐射是固定安装的最佳倾斜角（39°），为8095.45MJ/m2,远高于光伏电站现场的年平均太阳辐射7288.82MJ/m2。平方米。3.3逆变器选型逆变器是光伏电站将直流电转换为交流电的最重要设备之一，其选择对光伏电站光电转换的效率和可靠性至关重要。根据《国家电网公司光伏电站并网技术规程》等相关规范的要求，本电站逆变器选型依据以下技术指标。（1）单台逆变器容量对于大中型并网光伏电站项目，通常选择集中式大功率并网逆变器。目前市场上集中式大功率逆变器的额定输出功率从100kW到1MW不等。一般来说，逆变器功率越大，单价越低，转换效率越高。该发电站的系统容量为10MW。考虑到项目的初期投资和维护，如果只选择一台小功率逆变器，逆变器数量多，初期投资大，系统损耗大，后续的维护工作也很重要。对于大中型并网光伏装置，电站项目应尽量选择一台大功率逆变器。这样可以减少一些投资，提高系统的可靠性，但是一台逆变器的容量太大，对发电系统的性能影响很大。因此，实际的选择必须慎重。（2） 转换效率逆变器的转换效率越高，光伏发电系统的转换效率就越高，整个系统的发电损耗越低，经济实惠。因此，您需要为相同的功率选择高效的逆变器。在发电站中，高性能逆变器在额定负载下的效率必须达到95%以上。逆变器的额定负载必须为10%，转换效率必须至少为90%（高性能逆变器）。逆变器的效率包括最大效率和欧洲效率。欧洲效率是每个连接点的加权效率因子。这个效率可以更好地反映逆变器的整体效率特性。由于光伏发电系统的容量因太阳辐射量的变化而波动，因此欧洲需要选择高效的逆变器。（3） 直流输入电压范围太阳能电池组件的端电压取决于太阳光的强度和环境温度，逆变器的直流输入电压范围很宽，因此可以在日出前、日落后之太阳辐射量较低的时候发电，发电时间变长。发电量增加。例如，在落日余晖中，如果低辐射度电池组的温度高，电池组的工作电压就会低，如果直流输入电压范围的下限低，发电量在此期间会增加。（4） 最大功率点的跟踪能力由于太阳能电池组件的输出功率随时间变化，因此逆变器的输入电阻必须适应光伏电站的实际运行特性，并能随时精确跟踪最大功率点。光伏电站的高效运行意味着提高电池发电的效率。（5） 可靠性和灵活性逆变器应具有以下特性：抗干扰、适应环境，例如发生过电压时，光伏电站正常工作。在过载的情况下，逆变器会自动遵循特性曲线（太阳能电池），以使工作点适应开路电压并将输入功率限制在一定范围内。发生故障时，逆变器会快速自动地与主电网断开连接。此外，逆变器还需要具备数据采集、监控、保护和低压通过等功能。3.4最大功率点的跟踪（MPPT）3.4.1模拟常规粒子群聚类算法最终可能陷入局部优化，为了解决这个问题，本次研究将模拟退火算法引入粒子群聚类算法中，以提高其整体优化能力。模拟退火算法是基于蒙特卡洛算法得到的一种随机组合优化算法。该算法模拟了金属熔化过程的热力学冷却过程。首先，设置初始化状态和目标函数，在当前解中获取新的解。如果新解比当前解差，则有一定概率P接受新解。rP=exp(-AP/T)rK(3-1)AP是目标函数的功率差，T是冷却温度。随着温度逐渐降低，概率逐渐降低为K零。在研究过程中，这种随机概率将干扰粒子的演化，可能导致粒子从局部最优脱离。根据模拟退火算法的机制设置初始温度和退火参数，并将可接受较差解的概念引入粒子速度更新模型，即将模拟退火机制引入了粒子种群的演化过程。用于确定可接受性的更新值，通过增加粒子的总体飞行路径来增强算法的整体搜索能力，同时提高搜索速度。更新粒子后需计算由两个位置引起的适应度函数的变化量，如果exp[dE/(kt)]>rand(0,1)(3-2)则接受新值，否则不接受。图3-2为引入模拟退火的粒子群聚类算法流程图，粒子有一定的概率接收到较差的解并跳出局部最优。但是，温度下降不会太慢，无法提高算法的整体收敛速度，接收到一些不好的解可能导致整个算法无法在全局最优处收敛。为了解决这个问题，可以将内存引入算法流程中，以记录和比较出现在粒子演化中的局部最优解，获得更准确的全局最优解，从而加快整体算法的速度、精度。

3-2引入模拟退火的粒子群聚类算法流程图MPPT仿真分析本次研究利用Matlab软件进行仿真分析，并在S函数中编写内部控制算法°MPPT控制器发出的命令被发送到DC转换器。跟踪步长为2的光伏电池MPPT控制仿真图如3-3所示，为了测试引入了模拟退火粒子群聚类算法在MPPT中的应用，本文采用比较方法，用多个光伏模块创建光伏发电，并设置600W/m2、1000W/m2两种光强度来进行遮阴环境模拟。可以看出，最大功率在50W附近波动，并在0.01s时上升到最大输出功率。

60T/STimeoffscl;;60T/STimeoffscl;;图3-4基于模拟退火粒子群聚类算法的MPPT仿真结果图3-5为使用传统粒子群聚类算法的光伏阵列的输出功率曲线，可见光伏阵列在0.013s时上升到最大输出功率，但最大功率值约为33W,这是第一个极值，表示陷入局部最优。Tim§offsetT/STim§offsetT/S图3-5基于常规粒子群聚类算法的MPPT仿真结果仿真表明本次研究提出模拟退火粒子群聚类算法可以摆脱局部优化，获得全局最大功率点。3.5光伏电站逆变器控制优化当前，许多光伏组件在逆变之后的电能质量波动较大，容易导致功率波动。因此,找到有效的逆变器控制策略对于并网光伏系统的安全运行非常重要。实践中通常使用基于同步旋转坐标系的直流分量控制方法来减少系统控制难度以及稳态误差。其中，PID控制、PR控制、智能控制被用于光伏逆变器控制［11。而PID控制方法应用最为广泛。该控制器具有稳定性高、易于操作等优点。图3-6为基于粒子群聚类算法优化PI控制器参数的原理。其中r(t)是目标系统的输入，而y(t)是目标系统的输出。遵循下图中的算法流程，通过选择PI控制器参数值，粒子群聚类算法的粒子的群体大小、粒子数惯性权重、速度大小、位置来完成迭代更新，然后通过适当的目标函数收敛得到最优解［14。图3-6基于粒子群聚类算法优化PI控制器参数的原理算法流程：（1） 初始化：设置粒子度、位置、总体大小、惯性权重、速粒子更新时间、聚类算法参数的上限和下限，将随机函数用于生成n个粒子以形成粒子群。然后使用随机函数生成每个粒子的速度；（2） 使用迭代方程式获得每个粒子在迭代更新后搜索到的粒子的速度向量，计算每个粒子的位置；（3） 将每个粒子的拟合优度值与其自身的最高历史值进行比较。如果适应度值小于最高历史值，则适应度值不更新。否则，适应度值对应位置作为粒子的当前位置。（4） 将粒子的最优值与群体的最优值进行比较，如果适应度值大于群体的最优值，则群体的最优值更新。否则，群体的最优值的值将更新为当前位置对应的值。（5） 迭代更新每个粒子位置速度，以生成新群体，然后重复（3）、（4）步骤。（6） 当迭代次数超过最大迭代代数时或者当群体历史中的最优解满足最终搜索要求时停止搜索。否则继续搜索。3.6发电效率提升措施在进行了各种研究以确定发光伏电站的太阳能电池阵列安装方法、倾斜角、最大功率点跟踪以及逆变器控制策略后还可以采取以下措施来提高光伏系统的发电效率。（1） 安装驱鸟装置太阳能电池板全年都在户外，西藏地区是一个工业污染较少的地区，但是太阳能电池板仍然会被灰尘覆盖，进而影响发电效率。在系统的长期运行中，灰尘会被雨水冲走，因此灰尘不会长时间堆积在电池板上。但是，飞鸟在光伏板上留下的粪便很难在雨中完全冲洗掉。如果长时间不清洁光伏模块，其发电效率将降低50%。（2） 安装冷却单元光伏电池板的输出功率与温度成反比，温度越高，输出功率越低。因此，冷却装置可以有效提高光伏电池板的发电效率。建议在光伏阵列的背面安装一个厚度约5cm的密闭水箱，并在中间加导热膏。可以通过水箱来降低太阳能电池的温度，根据实验数据，日平均温度可降低约5-10°C，发电量可提高1.8%。4系统建模与仿真4.1建模与仿真流程系统仿真是以西藏地区全年的气象资料为依据，利用PVSYST软件对桑日10MW光伏电站系统进行的仿真设计，首先确定项目工程的系统参数，比如光伏电池板折射率、光伏阵列面积等，再选择好光伏组件和逆变器的型号参数，然后分析2019年整年不同季节太阳不同辐射量的情况，再进行发电量统计，本次研究采用峰值日照小时数乘以光伏电站的装机容量作为光伏电站的理论发电量，经计算最终得出整套系统的全年发电量。本电站10MWp电池阵列峰值日照小时数及发电量统计见表4-1。表4-110MWp电池组列峰值日照小时数及发电量统计表月份多年月均辐射量（MJ/m2）均峰值日照小时数（h）理论发电量（万kWh）1月670.77186.32197.962月601.92167.20177.643月744.15206.71219.614月698.60194.05206.175月710.78197.44209.776月657.61182.67194.077月642.68178.52189.678月639.27177.57188.669月680.69189.08200.8910月713.45198.18210.5511月655.42182.06193.4312月680.12188.92200.72合计8095452248.742389.13经计算，得出本电站年理论发电量为2389.13万