近年來(lái)，在節(jié)能減排，發(fā)展戰(zhàn)略新型產(chǎn)業(yè)的背景下，國(guó)家積極開(kāi)展了“金太陽(yáng)”工程，“分布式光伏發(fā)電”等一系列政策，扶持和激勵(lì)太陽(yáng)能商業(yè)化應(yīng)用，促進(jìn)新能源發(fā)電與智能電網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化，使得中國(guó)光伏并網(wǎng)發(fā)電的應(yīng)用得到飛速的發(fā)展，和美國(guó)一起成為目前世界上光伏發(fā)電增長(zhǎng)速度最快的國(guó)家，隨著并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)光伏系統(tǒng)的質(zhì)量控制和性能評(píng)估的需求也越來(lái)越高，中國(guó)政府和國(guó)家相關(guān)測(cè)試機(jī)構(gòu)相繼投入了大量的人力和物力提高光伏發(fā)電系統(tǒng)與裝置的質(zhì)量評(píng)估能力。

但是滿(mǎn)足測(cè)試能力的高性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試設(shè)備絕大多數(shù)需要進(jìn)口，在來(lái)自于復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院的孫耀杰、林燕丹團(tuán)隊(duì)的不懈努力下，研究開(kāi)發(fā)出了國(guó)產(chǎn)光伏并網(wǎng)逆變器測(cè)試系統(tǒng)，以滿(mǎn)足太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的檢測(cè)之需。該產(chǎn)品將在明天(11月5日)開(kāi)幕工博會(huì)上正式對(duì)外展出。

光伏發(fā)電易用、便捷

孫耀杰教授告訴記者，新能源發(fā)電的途徑包括風(fēng)力、光伏、潮汐、地?zé)?、生物質(zhì)等多種方式，其中規(guī)?；瘧?yīng)用中最成熟的就是風(fēng)力和光伏，特別是光伏發(fā)電和建筑結(jié)合方便，使用也更簡(jiǎn)便一些，適合于大面積推廣應(yīng)用于千家萬(wàn)戶(hù)和超市、工廠(chǎng)等屋頂?shù)姆植际桨l(fā)電。

但是，由于太陽(yáng)能電池板發(fā)出的是直流電，需要先轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姴拍懿⑷腚娋W(wǎng)。因此，承擔(dān)這種轉(zhuǎn)變功能的設(shè)備——逆變器就成為了光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的核心器件之一，目前市面上的逆變器品質(zhì)參差不齊，無(wú)論是家用發(fā)電或參與并網(wǎng)發(fā)電都有著極大的安全隱患，為了保證生產(chǎn)出來(lái)的逆變器品質(zhì)合格必須要有相應(yīng)的檢測(cè)評(píng)價(jià)手段，特別是可用于現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)的手段。

由于實(shí)際電池組件受天氣、環(huán)境等因素的改變而不可控，最初的檢測(cè)設(shè)備是使用人造光源模擬太陽(yáng)光來(lái)照射實(shí)際電池組件，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試，造價(jià)很高，調(diào)節(jié)也不方便，之后有人就采用固定電壓源，但是考慮到恒定電壓源輸出的“電流-電壓(I-V)曲線(xiàn)”是一條直線(xiàn)，與實(shí)際電池板的I-V曲線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生較大偏差，為此人們又在檢測(cè)設(shè)備中接入了一個(gè)電阻，即利用定電壓的直流源和固定電阻近似模擬實(shí)際電池板，但動(dòng)態(tài)性能難于評(píng)價(jià)，因此就出現(xiàn)了利用程控電源作為PV組件模擬源的方案，但是目前國(guó)內(nèi)制造的檢測(cè)設(shè)備尚不成熟，實(shí)際所用的設(shè)備絕大多數(shù)來(lái)自于進(jìn)口，價(jià)格很高。

為了解決以上這些問(wèn)題，復(fù)旦大學(xué)研制了一套新型的檢測(cè)設(shè)備，包括：光伏電池陣列模擬電源、電網(wǎng)特性模擬電源 ，以及系統(tǒng)綜合測(cè)試與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，內(nèi)嵌主流的國(guó)際/國(guó)內(nèi)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和完善的動(dòng)態(tài)MPPT追蹤控制評(píng)價(jià)方法，技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，完全可以勝任對(duì)逆變器的性能檢測(cè)。

技術(shù)新突破

光伏電池陣列模擬電源可以不受天氣影響，實(shí)現(xiàn)全天候不間斷測(cè)試;能夠模擬普通單峰值光伏曲線(xiàn)，還可以模擬陰影遮擋下的多峰值曲線(xiàn)以及隨溫度和照度變化而變化的曲線(xiàn)族，能夠全方位的模擬真實(shí)光伏電池陣列的特性，評(píng)價(jià)并網(wǎng)逆變器MPPT追蹤能力和動(dòng)態(tài)過(guò)程的誤差，實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器外特性進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模與性能評(píng)價(jià)。

“與國(guó)外的光伏電池陣列模擬電源相比，我們的模擬源在技術(shù)、性能水平上與國(guó)外先進(jìn)水平持平，而電網(wǎng)特性模擬電源，作為我們特有的一些新嘗試，又有了新的突破。”孫耀杰說(shuō)。

據(jù)介紹，普通的電網(wǎng)模擬電源不具備真實(shí)電網(wǎng)的雙向電能交換能力，在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試或老化工作時(shí)，逆變器產(chǎn)生的電能會(huì)變?yōu)闊崃肯牡?，如果能將這一部分無(wú)效損耗的電能再利用，節(jié)能的水平將大幅度提高。而孫耀杰團(tuán)隊(duì)就基于這一點(diǎn)，研發(fā)出了具有“反向饋能功能”的模擬源，實(shí)現(xiàn)交流測(cè)反饋和循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)特性最真實(shí)的模擬，能夠?qū)?5%以上電能回饋至電網(wǎng)，測(cè)試、節(jié)能兩不誤。

此外個(gè)體產(chǎn)品功能最大化也是節(jié)能的另一體現(xiàn)，此電網(wǎng)特性模擬電源成功實(shí)現(xiàn)了“一機(jī)兩用”，除了作交流電源使用，也可以作為饋能式交流負(fù)載使用，模擬阻性、容性、感性以及阻容、阻感性負(fù)載，可以用于UPS等交流電源的老化測(cè)試。

為邁入智能電網(wǎng)探索未來(lái)基礎(chǔ)設(shè)施

孫耀杰教授認(rèn)為，“分布式光伏發(fā)電最適合于東部地區(qū)的應(yīng)用，可以建立小區(qū)微網(wǎng)或商業(yè)屋頂電站，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是每家每戶(hù)利用太陽(yáng)能自行發(fā)電自行使用，多余的電存儲(chǔ)起來(lái)或賣(mài)給電網(wǎng)公司。這樣的一種雙向用電機(jī)制，無(wú)疑使得能源利用最大化。” 而前一段時(shí)間流行的《第三次工業(yè)革命》書(shū)中能源互聯(lián)網(wǎng)也描繪出了這樣的一幅場(chǎng)景。

然而要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，孫耀杰教授認(rèn)為在技術(shù)上還有很多難關(guān)需要克服。傳統(tǒng)電網(wǎng)難以滿(mǎn)足分布式發(fā)電大規(guī)模接入，同時(shí)居民儲(chǔ)電、反向賣(mài)電對(duì)電網(wǎng)的調(diào)度、繼電保護(hù)也是個(gè)大考驗(yàn)，由此必須設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足智能電網(wǎng)運(yùn)行機(jī)制，具備自適應(yīng)調(diào)控能力的智能化策略，實(shí)現(xiàn)大范圍的電能協(xié)調(diào)優(yōu)化，這樣的話(huà)，各個(gè)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)機(jī)制和互相影響因素就很復(fù)雜，現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)很難在實(shí)驗(yàn)室完全復(fù)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況下的模擬和評(píng)價(jià)，這就需要研發(fā)可用于現(xiàn)場(chǎng)在線(xiàn)測(cè)試的綜合測(cè)試與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，具備現(xiàn)場(chǎng)自適應(yīng)激勵(lì)、在線(xiàn)動(dòng)態(tài)建模、云端數(shù)據(jù)綜合等先進(jìn)功能，模擬電源系統(tǒng)也會(huì)因此需要進(jìn)一步的升級(jí)。下一步，研究團(tuán)隊(duì)將瞄準(zhǔn)光伏發(fā)電智能電網(wǎng)的應(yīng)用，繼續(xù)研究新型的綜合測(cè)試系統(tǒng)，爭(zhēng)取在智能電網(wǎng)領(lǐng)域做出的開(kāi)創(chuàng)性研究成果。

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