光儲微電源終端設備供電可靠性提高

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摘要:終端設備在推動我國南方電網(wǎng)公司數(shù)字化轉型和數(shù)字南網(wǎng)建設進程扮演著至關重要的作用，它是電力營銷系統(tǒng)對大用戶實現(xiàn)各類電量數(shù)據(jù)統(tǒng)計和結算的窗口，更是我國電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合的節(jié)點，因此它自身的供電可靠性備受矚目。根據(jù)目前終端設備因供電可靠性導致的設備離線情況，提出了一種基于光儲微電源在提高終端設備供電可靠性的設計方法，并做了應用分析，驗證了光儲微電源的實用性和可行性。

關鍵詞:終端;微電源;供電可靠性

配電自動化終端(DTU，DistributionTerminalUnit，后簡稱終端［1］)在開閉所、柱上綜合配電箱、環(huán)網(wǎng)柜、變電所等領域應用廣泛，它的主要功能是把表計等設備的數(shù)據(jù)通過無線的方式傳送回后臺中心設備部署于室外。研究表明［2，3］，電源掉電和通訊異常是終端設備離線的主要原因。通常來說，終端可以配備輔助電源，增加供電接入的能力。因此，在不影響終端設備計量回路可靠性的，通過增加一路光儲微電源設備的供電，并接入到終端設備的輔助電源接口，實現(xiàn)市電和光儲兩種電能來源有序為終端設備供電，可以明顯提高終端設備的供電可靠性，并直接提高了終端設備的在線率［4］。

1光儲微電源的構成

1．1總體概況

光儲微電源主要由光伏組件、儲能模塊、控制單元、逆變模塊和主備雙回路切換等器件構成，可以為終端、表計、信號中繼和模塊等物聯(lián)設備提供24小時不間斷的備用電源，彌補了傳統(tǒng)UPS長時間停電后關鍵設備無電可用的缺點。當主回路(如市電源)斷電后，不間斷電源內(nèi)置的自動切換裝置快速切換至光儲備用回路為負載供電;當主回路回復供電時，雙回路切換又切換只主回路供電模式，確保負載24小時不斷電運行。

1．2光儲微電源各器件作用

光儲微電源通過光伏組件為備用回路提供間隙的電能供應;儲能模塊［6］主要由電池組和電池管理系統(tǒng)組成，確保系統(tǒng)在光伏充電或者為負載供電過程中不過充、不過放、不過流、高低溫保護，實現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠運行;控制單元則是通過MPPT跟蹤與控制，將光伏間隙產(chǎn)生的電最大程度的轉化為終端設備用智能供電裝置和儲能電池模組穩(wěn)定運行所需的電能;控制單元具有數(shù)字電路控制的自適應式三階段充電模式，有效延長蓄電池的壽命，改善系統(tǒng)性能，并具有過充、過放等全面的電子保護功能，最大程度避免由于安裝錯誤和系統(tǒng)故障而導致系統(tǒng)部件的損壞，能有效地保證太陽能供電系統(tǒng)更安全、更穩(wěn)定、更長久的運行;逆變模塊［7-8］則是將光伏或者儲能裝置產(chǎn)生的電能逆變或升壓為終端等設備所能接受的電壓范圍［5］。主備雙回路切換則控制不同回路的電能，實現(xiàn)有序為終端等負載供電。如當主回路斷電后，自動切換裝置快速切換至備用回路為負載供電;當主網(wǎng)恢復供電后，終端設備用智能供電裝置默認切換至備用回路狀態(tài)。備用回路通常在光伏發(fā)電與儲能裝置的協(xié)同作用下，可以保障終端等負載全年度24小時不間斷運行。

2光儲微電源在提高配電終端的應用

2．1實現(xiàn)高可靠供電的系統(tǒng)設計

中國幅員遼闊，各地區(qū)全年的環(huán)境溫度、濕度、光照強度、有效光照時長、海拔等特征差異性明顯。而終端設備外裝地多處于戶外，運行環(huán)境具有明顯的差異性。因此在光儲微電源產(chǎn)品提高終端設備供電可靠性時，需要從如下幾個角度來保障微電源產(chǎn)品自身的供電可靠性。系統(tǒng)效率:一般來說，終端等設備的功耗只有瓦級，在無光或者弱光情況下，儲能需要維持7～15天的電能供應。而光伏發(fā)電、交直流轉換［8］、器件空載、弱載狀態(tài)下，系統(tǒng)的效率可能低至50%;發(fā)電量:小功率的光伏組件受太陽的輻射強度、光譜特性、環(huán)境溫濕度、年光照時長、傾角等因素影響，故在系統(tǒng)設計的時候需要重點考慮上述因素;溫濕度:光儲微電源的儲能電池可用容量、切換裝置的可靠性嚴格的受環(huán)境影響。在系統(tǒng)設計時，需要考慮安裝位置的溫濕度;若長期低溫運行，建議選用鈦酸鋰電池或帶溫控加熱功能的鋰電池組;有條件的情況下，盡量對系統(tǒng)進行整體灌封，提高三防性能，弱化溫濕度等環(huán)境因素對設備影響;另外，光儲微電源還需要考慮海拔、雷擊、靜電傷害、運維方便等系列因素。

2．2接線方法

根據(jù)計量裝置作業(yè)相關規(guī)定，為保證計量準確性，電氣計量回路不允許加裝開關及其他設備;電壓輸入線應單獨接入，不得與電流線共用，禁止在母線連接處引出電壓線至表計和終端;因此，光儲微電源電源為表計和終端設備供電時的接線示意圖如下圖所示。微電源產(chǎn)品在接線過程中需嚴格注意電壓匹配，嚴禁不同電壓規(guī)格混用;作業(yè)前應斷開電源，避免帶電操作。

3結語

(1)終端、表計設備因供電原因導致設備離線的情況頻繁發(fā)生。在保證計量準確性和可靠性的前提下，根據(jù)終端等設備離線類型，通過增加光儲微電源系統(tǒng)可以解決因主網(wǎng)停電等原因導致的終端設備離線，降低了設備的運維頻次和工程施工量，提高了終端、電表設備在線率和運維經(jīng)濟性，改善了之前終端設備離線、數(shù)據(jù)無法集抄計算、必須人為去現(xiàn)場整改的弊端。(2)在光儲微電源產(chǎn)品設計過程中，需要嚴格根據(jù)工作環(huán)境進行系統(tǒng)設計。在復雜的應用場景下，選用高可靠的通用件可以提高設備自身的可靠性，同時也提高了終端設備的供電可靠性;最終再結合運維和成本等因素進行經(jīng)濟效益的分析，最后選擇合適的光儲微電源最有配置。(3)隨著數(shù)字南網(wǎng)、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設加速，越來越多的小功率物聯(lián)設備的安裝量將呈指數(shù)級的增加;另外，氣象、安防、通訊等領域也將進一步推動物聯(lián)設備的應用。通過光儲微電源可以提高物聯(lián)設備的供電可靠性，促進工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展。

參考文獻:

［1］何紅斌，蘇黎，方昀暉，張樹永．基于多元化負荷可靠性要求的配電自動化應用研究［J］．東北電力技術，2017，38(4)．

［2］祝宇楠，徐晴，劉建，等．數(shù)據(jù)挖掘在智能電能表故障分析中的應用［J］．江蘇電機工程，2016，35(5):19-23．

［3］陳得宇，沈繼紅，張仁忠，等．配電網(wǎng)故障可觀測的實現(xiàn)及饋線終端單元配置方法［J］．電網(wǎng)技術，2011，35(2):94-99．

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［5］田勁．電力系統(tǒng)站所遠方終端DTU的設計與應用研究［D］．武漢理工大學，2012．

［6］熊正勇，苗虹，曾成碧，高選杰．考慮儲能系統(tǒng)的直流配電網(wǎng)綜合負載特性優(yōu)化［J］．電測與儀表，2019，56(16):26-31．

［7］王繼紅，郭獻洲．直流側低頻電流紋波優(yōu)化的單相全橋逆變器設計［J］．電測與儀表，2019，56(12)．

［8］汪飛，雷志方，梁東，等．單相逆變器低頻脈動電流抑制機理分析與方法綜述［J］．電力自動化設備，2017，37(2):184-191．

作者：駱光 李啟奕 單位：廣東電網(wǎng)有限責任公司惠州供電局