光儲(chǔ)微電源在提高終端設(shè)備供電可靠性的研究

駱光 李啟奕

摘?要：終端設(shè)備在推動(dòng)我國(guó)南方電網(wǎng)公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字南網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程扮演著至關(guān)重要的作用，它是電力營(yíng)銷系統(tǒng)對(duì)大用戶實(shí)現(xiàn)各類電量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和結(jié)算的窗口，更是我國(guó)電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合的節(jié)點(diǎn)，因此它自身的供電可靠性備受矚目。根據(jù)目前終端設(shè)備因供電可靠性導(dǎo)致的設(shè)備離線情況，提出了一種基于光儲(chǔ)微電源在提高終端設(shè)備供電可靠性的設(shè)計(jì)方法，并做了應(yīng)用分析，驗(yàn)證了光儲(chǔ)微電源的實(shí)用性和可行性。

關(guān)鍵詞：終端;微電源;供電可靠性

中圖分類號(hào)：TM41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

配電自動(dòng)化終端（DTU，Distribution Terminal Unit，后簡(jiǎn)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(lǐng)域應(yīng)用廣泛，它的主要功能是把表計(jì)等設(shè)備的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線的方式傳送回后臺(tái)中心設(shè)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(shè)備離線的主要原因。通常來(lái)說(shuō)，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(shè)備計(jì)量回路可靠性的，通過(guò)增加一路光儲(chǔ)微電源設(shè)備的供電，并接入到終端設(shè)備的輔助電源接口，實(shí)現(xiàn)市電和光儲(chǔ)兩種電能來(lái)源有序?yàn)榻K端設(shè)備供電，可以明顯提高終端設(shè)備的供電可靠性，并直接提高了終端設(shè)備的在線率[4]。

1 光儲(chǔ)微電源的構(gòu)成

1.1 總體概況

光儲(chǔ)微電源主要由光伏組件、儲(chǔ)能模塊、控制單元、逆變模塊和主備雙回路切換等器件構(gòu)成，可以為終端、表計(jì)、信號(hào)中繼和模塊等物聯(lián)設(shè)備提供24小時(shí)不間斷的備用電源，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)UPS長(zhǎng)時(shí)間停電后關(guān)鍵設(shè)備無(wú)電可用的缺點(diǎn)。

當(dāng)主回路（如市電源）斷電后，不間斷電源內(nèi)置的自動(dòng)切換裝置快速切換至光儲(chǔ)備用回路為負(fù)載供電;當(dāng)主回路回復(fù)供電時(shí)，雙回路切換又切換只主回路供電模式，確保負(fù)載24小時(shí)不斷電運(yùn)行。

1.2 光儲(chǔ)微電源各器件作用

光儲(chǔ)微電源通過(guò)光伏組件為備用回路提供間隙的電能供應(yīng);儲(chǔ)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(fù)載供電過(guò)程中不過(guò)充、不過(guò)放、不過(guò)流、高低溫保護(hù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠運(yùn)行;

控制單元?jiǎng)t是通過(guò)MPPT跟蹤與控制，將光伏間隙產(chǎn)生的電最大程度的轉(zhuǎn)化為終端設(shè)備用智能供電裝置和儲(chǔ)能電池模組穩(wěn)定運(yùn)行所需的電能;控制單元具有數(shù)字電路控制的自適應(yīng)式三階段充電模式，有效延長(zhǎng)蓄電池的壽命，改善系統(tǒng)性能，并具有過(guò)充、過(guò)放等全面的電子保護(hù)功能，最大程度避免由于安裝錯(cuò)誤和系統(tǒng)故障而導(dǎo)致系統(tǒng)部件的損壞，能有效地保證太陽(yáng)能供電系統(tǒng)更安全、更穩(wěn)定、更長(zhǎng)久的運(yùn)行;逆變模塊[7-8]則是將光伏或者儲(chǔ)能裝置產(chǎn)生的電能逆變或升壓為終端等設(shè)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(shí)現(xiàn)有序?yàn)榻K端等負(fù)載供電。如當(dāng)主回路斷電后，自動(dòng)切換裝置快速切換至備用回路為負(fù)載供電;當(dāng)主網(wǎng)恢復(fù)供電后，終端設(shè)備用智能供電裝置默認(rèn)切換至備用回路狀態(tài)。備用回路通常在光伏發(fā)電與儲(chǔ)能裝置的協(xié)同作用下，可以保障終端等負(fù)載全年度24小時(shí)不間斷運(yùn)行。

2 光儲(chǔ)微電源在提高配電終端的應(yīng)用

2.1 實(shí)現(xiàn)高可靠供電的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中國(guó)幅員遼闊，各地區(qū)全年的環(huán)境溫度、濕度、光照強(qiáng)度、有效光照時(shí)長(zhǎng)、海拔等特征差異性明顯。而終端設(shè)備外裝地多處于戶外，運(yùn)行環(huán)境具有明顯的差異性。因此在光儲(chǔ)微電源產(chǎn)品提高終端設(shè)備供電可靠性時(shí)，需要從如下幾個(gè)角度來(lái)保障微電源產(chǎn)品自身的供電可靠性。

系統(tǒng)效率：一般來(lái)說(shuō)，終端等設(shè)備的功耗只有瓦級(jí)，在無(wú)光或者弱光情況下，儲(chǔ)能需要維持7～15天的電能供應(yīng)。而光伏發(fā)電、交直流轉(zhuǎn)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(yáng)的輻射強(qiáng)度、光譜特性、環(huán)境溫濕度、年光照時(shí)長(zhǎng)、傾角等因素影響，故在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候需要重點(diǎn)考慮上述因素;

溫濕度：光儲(chǔ)微電源的儲(chǔ)能電池可用容量、切換裝置的可靠性嚴(yán)格的受環(huán)境影響。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮安裝位置的溫濕度;若長(zhǎng)期低溫運(yùn)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體灌封，提高三防性能，弱化溫濕度等環(huán)境因素對(duì)設(shè)備影響;

另外，光儲(chǔ)微電源還需要考慮海拔、雷擊、靜電傷害、運(yùn)維方便等系列因素。

2.2 接線方法

根據(jù)計(jì)量裝置作業(yè)相關(guān)規(guī)定，為保證計(jì)量準(zhǔn)確性，電氣計(jì)量回路不允許加裝開關(guān)及其他設(shè)備;電壓輸入線應(yīng)單獨(dú)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(jì)和終端;因此，光儲(chǔ)微電源電源為表計(jì)和終端設(shè)備供電時(shí)的接線示意圖如下圖所示。

微電源產(chǎn)品在接線過(guò)程中需嚴(yán)格注意電壓匹配，嚴(yán)禁不同電壓規(guī)格混用;作業(yè)前應(yīng)斷開電源，避免帶電操作。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）終端、表計(jì)設(shè)備因供電原因?qū)е略O(shè)備離線的情況頻繁發(fā)生。在保證計(jì)量準(zhǔn)確性和可靠性的前提下，根據(jù)終端等設(shè)備離線類型，通過(guò)增加光儲(chǔ)微電源系統(tǒng)可以解決因主網(wǎng)停電等原因?qū)е碌慕K端設(shè)備離線，降低了設(shè)備的運(yùn)維頻次和工程施工量，提高了終端、電表設(shè)備在線率和運(yùn)維經(jīng)濟(jì)性，改善了之前終端設(shè)備離線、數(shù)據(jù)無(wú)法集抄計(jì)算、必須人為去現(xiàn)場(chǎng)整改的弊端。

（2）在光儲(chǔ)微電源產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要嚴(yán)格根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景下，選用高可靠的通用件可以提高設(shè)備自身的可靠性，同時(shí)也提高了終端設(shè)備的供電可靠性;最終再結(jié)合運(yùn)維和成本等因素進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益的分析，最后選擇合適的光儲(chǔ)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(shè)加速，越來(lái)越多的小功率物聯(lián)設(shè)備的安裝量將呈指數(shù)級(jí)的增加;另外，氣象、安防、通訊等領(lǐng)域也將進(jìn)一步推動(dòng)物聯(lián)設(shè)備的應(yīng)用。通過(guò)光儲(chǔ)微電源可以提高物聯(lián)設(shè)備的供電可靠性，促進(jìn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：駱光（1972-），男，廣東惠州人，高級(jí)工程師，高級(jí)技師，從事電網(wǎng)電能計(jì)量工作;李啟奕（1985-），男，廣東陽(yáng)江人，高級(jí)工程師，高級(jí)技師，從事電網(wǎng)電能計(jì)量工作。