海洋環(huán)境下船用太陽能光伏系統(tǒng)特性研究.pdf

1、自上世紀(jì)90年代開始，基于各種船型平臺建成的太陽能光伏系統(tǒng)先后投入長期試驗研究或商業(yè)運(yùn)營，其對于其它形式清潔能源的接入起到了很好的示范和指導(dǎo)作用。針對大型遠(yuǎn)洋船舶而言，構(gòu)建基于船舶電力系統(tǒng)的太陽能光伏系統(tǒng)需應(yīng)對特殊的運(yùn)行環(huán)境和應(yīng)用平臺，主要涉及下述問題，包括:
　　 (1)海洋環(huán)境因素對于太陽能電池電力輸出特性的影響;
　　 (2)在不同光伏滲透率（功率比重）和并網(wǎng)運(yùn)行控制策略條件下，基于船舶電網(wǎng)的太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行

2、特性問題;
　　 對此，本文以海洋環(huán)境下船用太陽能光伏系統(tǒng)的運(yùn)行特性問題為基本立足點(diǎn)，主要進(jìn)行了四個方面的研究工作:
　　 (1)針對太陽能光伏電池的理論和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了對比分析，并以光伏電池的工程實用模型為基礎(chǔ)，在Matlab/Simulink仿真環(huán)境中建立了相應(yīng)的仿真模型，實現(xiàn)了最大功率跟蹤控制和DC/AC逆變控制的模擬仿真;
　　 (2)圍繞海洋環(huán)境條件下的太陽能電池I-V輸出特性問題，分別從海洋環(huán)境影響因

3、素分析、環(huán)境模擬和輸出特性對比實驗研究三個方面對影響機(jī)理問題進(jìn)行研究。結(jié)合理論基礎(chǔ)和實驗數(shù)據(jù)，建立了涉及多因素作用下太陽能電池輸出特性的改進(jìn)能量守恒模型和基于數(shù)值關(guān)系的參數(shù)關(guān)聯(lián)模型;
　　 (3)以構(gòu)建SPS2所涉及的相關(guān)技術(shù)規(guī)范為指導(dǎo)，基于Matlab/Simulink仿真軟件分別對船舶電力系統(tǒng)和光伏并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真研究，進(jìn)而以某型營運(yùn)客滾船為參考對象，構(gòu)建了基于實船的SPS2基本結(jié)構(gòu)模型和通用仿真模型;
　　

4、(4)解析了環(huán)境因素介入條件下的光伏電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行特性，并通過采用多模型切換的研究方法，著重針對簡化船舶電網(wǎng)、單發(fā)電機(jī)組和多發(fā)電機(jī)組船舶電網(wǎng)平臺上的電網(wǎng)運(yùn)行特性問題進(jìn)行了系列仿真對比研究。
　　 本文研究工作中形成的基本結(jié)論如下:
　　 (1)針對船舶電力系統(tǒng)的基本發(fā)展態(tài)勢。船舶綜合電力系統(tǒng)可成為接入高滲透率太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，實船建造高滲透率船舶太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，需以船舶入級規(guī)范為依托，參照陸地電網(wǎng)光伏并網(wǎng)系

5、統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)要求具體實施。單船多種清潔能源的綜合應(yīng)用是船舶電力系統(tǒng)發(fā)展的最高形式，在具體實施過程中可充分借鑒智能電網(wǎng)技術(shù)框架下的微電網(wǎng)理論;
　　 (2)針對海洋多因素影響下的太陽能電池輸出特性。海洋環(huán)境因素是導(dǎo)致電池板工作過程中溫度升高和所接受輻照強(qiáng)度下降的關(guān)鍵因素，且環(huán)境因素的影響同時作用于這兩個過程之中，其直接導(dǎo)致太陽能光伏電池填充因素和光伏轉(zhuǎn)換效率的降低;
　　 (3)針對船舶太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。隨著光伏滲透率的

6、提高，以最大有用功功率輸出為控制策略的太陽能光伏系統(tǒng)在并網(wǎng)瞬時對于船舶電網(wǎng)的沖擊作用增幅顯著。由于缺乏慣性機(jī)械系統(tǒng)作為能量緩沖，船舶太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行特性主要受逆變并網(wǎng)控制器執(zhí)行效能的影響，合理的并網(wǎng)運(yùn)行控制策略對于船舶太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行起到?jīng)Q定性作用。在并網(wǎng)運(yùn)行過程中，通過對同步發(fā)電機(jī)組原動機(jī)轉(zhuǎn)速和勵磁系統(tǒng)的控制，可對電網(wǎng)電壓、電流和頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。在高滲透率光伏系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時，僅通過對勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，對電網(wǎng)電壓的調(diào)