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康明斯離網(wǎng)發(fā)電站系統設計特點(diǎn) |
摘要：全球目前有60萬(wàn)以上通信站點(diǎn)處于無(wú)市電或者市電不穩定的狀態(tài)，很多國家和地區沒(méi)有電網(wǎng)覆蓋，隨著(zhù)通信行業(yè)的不斷發(fā)展，尤其是在發(fā)展中國家以及眾多遠郊地區，如何為通信站點(diǎn)提供穩定的電力供應已經(jīng)成為困擾運營(yíng)商的主要問(wèn)題?？得魉闺娏夹g(shù)有限公司的混合能源系統是集風(fēng)能發(fā)電、光伏發(fā)電、柴油發(fā)電機組、儲能為一體的發(fā)電基站供電解決方案，不僅可幫助客戶(hù)大幅提高供電效率、可靠性以及投資回報率，而且有助于減少對環(huán)境的影響，減少CO2排放和發(fā)電成本。
一、新能源電網(wǎng)概述
隨著(zhù)全球氣候變化加劇和氣候治理進(jìn)程加速，“雙碳”行動(dòng)已成為全球關(guān)注的核心。氣候變化直接影響著(zhù)燃料供應、能源生產(chǎn)以及當前和未來(lái)能源基礎設施的實(shí)際復原力，目前各發(fā)達經(jīng)濟體的碳中和路徑均以能源轉型為重點(diǎn)，采用多元化的政策工具，注重低碳、負碳的技術(shù)革新，其中儲能微電網(wǎng)技術(shù)是電力系統實(shí)現“雙碳”目標的關(guān)鍵之處。
1、微電網(wǎng)現狀
微電網(wǎng)是分布式能源實(shí)現的主要技術(shù)形態(tài)，儲能技術(shù)、優(yōu)化控制與能量管理技術(shù)等是構建智能微電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。儲能技術(shù)作為解決微電網(wǎng)中能源間歇性、波動(dòng)性問(wèn)題的重要措施，不僅可以提高分布式能源發(fā)電利用率，還可有效保障供電可靠性，改善電能質(zhì)量，提高系統穩定性。
2、柴發(fā)缺陷
地處供電網(wǎng)絡(luò )難以覆蓋或臨時(shí)供電的無(wú)電地區，采用柴油發(fā)電機組（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“柴油發(fā)電機組”）運行的孤網(wǎng)自供電方式。孤網(wǎng)供電下的柴油發(fā)電機組雖然解決了供電問(wèn)題，但存在諸多問(wèn)題：
（1）柴油發(fā)電機組運行負載率低；
（2）柴油發(fā)電機組發(fā)電效率低，單位發(fā)電油耗高；
（3）柴發(fā)電站初始投資高；
（4）多臺柴油發(fā)電機組互為熱備用的方式；
（5）日常運行維護費用高；
（6）供電質(zhì)量相對較差；
（7）環(huán)境污染；
3、解決方案簡(jiǎn)述
為了解決孤網(wǎng)發(fā)電模式下柴油發(fā)電機組供電存在的上述問(wèn)題，在原系統中加入儲能裝置組成新型的儲能+柴發(fā)+新能源供電系統。加入儲能系統形成的新型智能孤網(wǎng)儲能柴發(fā)供電系統可以有效解決原孤網(wǎng)供電系統的各類(lèi)問(wèn)題，提供可靠、穩定、高質(zhì)量、低成本的綜合供電解決方案。其優(yōu)先的循環(huán)工作順序如下：
通常情況下設定供電優(yōu)先級順序為光伏系統、蓄電池組和柴油發(fā)電機組。
（1）在光照條件充足時(shí)，由光伏系統給負載供電，并為蓄電池組充電。
（2）當光照條件不足時(shí)，由光伏系統和蓄電池組同時(shí)為負載供電。
（3）當無(wú)光照時(shí)，由蓄電池組給負載供電。
（4）當無(wú)光照時(shí)且蓄電池組放電達到設定的放電深度時(shí)，啟動(dòng)柴油發(fā)電機組給負載供電，并給蓄電池組充電。若柴油發(fā)電機組未能成功啟動(dòng)，為保護電池不過(guò)度放電，通過(guò)控制電池開(kāi)關(guān)箱關(guān)斷電池輸出。
（5）當蓄電池組充滿(mǎn)或光照條件充足時(shí)，柴油發(fā)電機組停止工作，由蓄電池組給負載供電，或由光伏系統給負載及給蓄電池組充電。
風(fēng)力發(fā)電系統與以上光伏發(fā)電系統工作模式類(lèi)似。以上功能由混合能源管理系統中的控制單元自動(dòng)檢測工作狀態(tài)及控制切換。
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混合能源供電系統圖 |
柴發(fā)+光伏離網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電系統 |
二、微電網(wǎng)系統設計要求
康明斯電力技術(shù)有限公司一直致力于降低通信基站供電成本、能源消耗、運維成本，提高無(wú)故障在線(xiàn)時(shí)間和改善綜合成本，康明斯電力技術(shù)有限公司的混合能源系統提供了一種可靠、環(huán)保、可擴展、高度集成、靈活便捷的通信基站供電解決方案。從專(zhuān)業(yè)的角度提供最緊密的集成系統部件，所有組件之間的工作都可以實(shí)現無(wú)縫銜接。以最經(jīng)濟化的投資提供最大的工作效率，康明斯電力技術(shù)有限公司的混合能源系統可以為基站減少高達70％費用，使得投資回報實(shí)現最佳效益?？得魉闺娏夹g(shù)有限公司的混合能源系統可同時(shí)適用于新建和擴建的通信基站建設地域，以滿(mǎn)足現有狀況的合理應用及未來(lái)擴建的需求。采用康明斯電力技術(shù)有限公司的混合能源系統可以避免離網(wǎng)區域漫長(cháng)等待供電網(wǎng)絡(luò )建設，使隨時(shí)隨地建設通信基站成為可能。
（1）安全可靠，符合安全標準EN60950和GB 4943。
（2）完善的交、直流防雷設計，適應多雷暴地區。
（3）良好的電磁兼容性。
（4）優(yōu)化的系統工作方式，降低交流配電使用，最大限度利用光伏系統。
（5）系統模塊化設計。
（6）加裝柴油發(fā)電機潤滑油系統長(cháng)維護組件，由常規250h的維保周期延長(cháng)至1000h以上。
（7）優(yōu)先使用可再生能源，減少柴油發(fā)電機組的開(kāi)機時(shí)間，提升運行效率。
（8）優(yōu)良的混合能源系統控制及能源管理系統，基于網(wǎng)絡(luò )的遠程監控系統為主動(dòng)維護提供信息以及系統分析。有利于干通信基站的遠程管理。
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多臺柴發(fā)混合能源發(fā)電系統 |
柴發(fā)混合能源控制系統電路圖 |
三、混合能源各組成部分特點(diǎn)
1、變頻柴油發(fā)電機組的特點(diǎn)
（1）選用高品質(zhì)發(fā)動(dòng)機，動(dòng)力性好、可靠性高、集成化設計，適用環(huán)境溫度高達52℃以上；配備燃油啟動(dòng)輔助裝置，在-20℃的低溫時(shí)也可啟動(dòng)，具有良好的冷啟動(dòng)性能。
（2）選用高品質(zhì)發(fā)電機，按國際最高質(zhì)量標準設計生產(chǎn)，能適應惡劣環(huán)境的全H級絕緣和最佳效率設計的繞組，尤其適合于特殊場(chǎng)合的應用。
（3）靜音箱用工程塑料鑲邊包角，防撞美觀(guān)。
（4）控制屏外加裝遮陽(yáng)保護，防止控制器免受陽(yáng)光直射，提高防護能力。
（5）兩端有拖曳口，增加靜音箱移動(dòng)功能。
（6）采用全新開(kāi)發(fā)的重型鋼制鉸鏈，全新定制的雙保險門(mén)鎖，采用螺栓隱藏設計。
（7）靜音箱開(kāi)門(mén)中間采用無(wú)立柱設計，便于操作人員進(jìn)行發(fā)電機組維護。
（8）油箱設置檢修口蓋板，便于清洗油箱內部。
2、蓄電池組的特點(diǎn)
（1）深循環(huán)性能良好，可滿(mǎn)足使用壽命長(cháng)的要求。
（2）性能穩定可靠，減少維護更換費用。
（3）采用鉛碳技術(shù)，更適用于風(fēng)光發(fā)電儲能。
（4）多元板柵合金及特殊的網(wǎng)格結構，延長(cháng)電池使用壽命。
（5）自放電率低，充電接受能力強，密封反應效率高。
（6）正極鉛膏中添加專(zhuān)用添加劑，提高充電接受能力。
（7）獨特的抗板柵伸長(cháng)結構，解決板柵蠕變伸長(cháng)難題。
（8）室外空調柜防護等級為IP55。
3、光伏板特點(diǎn)
（1）優(yōu)化的制絨技術(shù)。
（2）淺結高方阻技術(shù)。
（3）多層鍍膜技術(shù)匹配精細的金屬化技術(shù)。
（4）多晶硅電池平均效率達18.4％以上，且通過(guò)TUV雙倍PID測試。
4、混合能源管理系統特點(diǎn)
（1）光伏輸出電壓的范圍為DC 70V～DC 150V，光伏控制器效率高達97％。
（2）交流輸入電壓正常工作范圍為AC 90V～AC 290V，整流模塊采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，效率最高可達95％以上。
（3）系統具有最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）功能，跟蹤效率大于99％。
（4）采用靈活的模塊化方式設計，所有光伏控制器和和整流器均采用無(wú)損熱插拔技術(shù)，即插即用，方便維護。
（5）完善的保護、報警功能。
（6）完善的電池管理，可實(shí)現自動(dòng)均浮充轉換、具有電池過(guò)放電保護功能。
（7）具有溫度補償、自動(dòng)調壓、電池容量計算、可設定的限流充放電、在線(xiàn)電池測試等功能。
（8）網(wǎng)絡(luò )化設計，系統還可以配備GPRS DTU模塊，可實(shí)現本地和遠程監控，無(wú)人值守。
（9）完善的交直流防雷設計，適應多雷暴地區。
（10）超低輻射。采用先進(jìn)的電磁兼容設計。
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柴發(fā)混合能源適用范圍 |
柴發(fā)混合能源特點(diǎn) |
四、系統配置應考慮的因素
1、混合能源系統配置參數
（1）配置考慮基站負載大小、發(fā)電機組計劃每天允許運行時(shí)間，蓄電池組充電功率和放電深度（日常使用放電深度不應大于30％）等選取發(fā)電機組功率、蓄電池組種類(lèi)和容量。柴油發(fā)電機組功率選擇以工作時(shí)供給負載用電且以0.1C電流對蓄電池組充電所需功率，并盡可能使柴油發(fā)電機組工作在75％～80％效率最優(yōu)的功率段。
（2）光伏系統功率是考慮額定光照條件下工作時(shí)供給負載用電并以不大于0.15C電流對蓄電池組充電所需功率。
（3）投資額或場(chǎng)地所限時(shí)可將光伏發(fā)電僅作為補充，配置功率可任意選擇，能補多少發(fā)電量就補多少。
（4）表1中柴油發(fā)電機組功率、蓄電池組種類(lèi)容量、光伏系統電壓功率均可選配。
表1 混合能源系統配置參數表
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系統型號
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匹配負載
功率/kW
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48V蓄電池組
容量/Ah
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光伏系統
功率/kW
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柴油機發(fā)電組功率/kW
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KHPS-6
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2~6
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500~2000
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3/6/9/12/15/18/21/30/36
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6/8/10/12/15/18/22/26/30/36
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KHPS-12
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6~12
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500~2500
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KHPS-15
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12~15
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1000~3000
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KHPS-18
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15~18
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1000~3000
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KHPS-24
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18~24
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1500~4000
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KHPS-30
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24~30
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2000~5000
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2、混合能源系統主要功能
合理的設計方案不僅僅是一個(gè)安全可靠的方案、而且也是一個(gè)節省扇控制、孤島和固定功率模式黑起動(dòng)、以及不對稱(chēng)負載分配設計，來(lái)降低運行成本。從單臺機組控制提升至整個(gè)電站控制層面，從一個(gè)指令中心點(diǎn)激活眾多的綜合控制和保護設定，系統設計包含了節點(diǎn)的電站功率和功率因數控制、以實(shí)際負荷百分比來(lái)決定起/停機優(yōu)先權控制等。
表2 混合能源系統主要功能表
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輸出特性
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直流輸出電壓
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DC 48V(DC 43.2~57.6V)
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直流輸出電流
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90A~900A
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逆變器
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AC 220V 50Hz 500/1000W
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效率
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光伏模塊
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≥97%
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整流模塊
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≥93%
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逆變器
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≥92%
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電池管理功能
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電池過(guò)放保護
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一次下電及二次下電保護
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電池均浮充管理
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電池均充、浮充自動(dòng)轉換、定期均充
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溫度補償
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控制模塊監控電池溫度，系統的充電電壓可按1～7mV/℃自動(dòng)調節，電池溫度越高，充電電壓越低，電池溫度越低，充電電壓越高
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電池容量在線(xiàn)測試
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系統通過(guò)監控模塊的自動(dòng)控制，可實(shí)現在保障負載正常的情況下，對電池容量進(jìn)行在線(xiàn)測試。及時(shí)了解電池的參考容量
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自動(dòng)控
制功能
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保護功能
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過(guò)電壓、過(guò)電流、欠電壓、短路、過(guò)溫自動(dòng)保護功能，蓄電池組接反保護，防反充電保護
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電池自動(dòng)充電功能
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浮充＋均充，參數可設定
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監控內容
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太陽(yáng)能發(fā)電情況，電網(wǎng)發(fā)電情況，蓄電池組充放電情況，母線(xiàn)電壓情況
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負載用電情況，室內外環(huán)境參數測量，蓄電池組溫度測量，系統故障告警記錄
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系統當前數據顯示，系統歷史數據記錄查詢(xún)
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設置功能
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系統參數設置、系統狀態(tài)設置、系統操作設置
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擴展控制功能
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備用油機控制，告警干接點(diǎn)信號輸出，TCP／IP、RS232／485多種通信接口，多級負載上電/切斷控制
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其他參數
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系統防雷
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每路輸入端：防雷器模塊，最大放電電流為40kA，直流輸出端：浪涌保護器，最大放電電流為15kA
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使用環(huán)境溫度
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-20℃~+55℃
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使用海拔
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≤3000m
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總結：
除了上述混合能源系統特點(diǎn)和功能之外，我們還應該了解不同的混合能源的特點(diǎn)。例如：光柴儲是多能互補微電網(wǎng)，其通常包含多種類(lèi)型的分布式電源且具有多重設計功能的微電網(wǎng)系統，屬于分散式供電；當中的柴、儲屬于不同源測之間的組網(wǎng)運行，屬于不同的兩種產(chǎn)品，各自發(fā)揮功能。“柴儲”混動(dòng)是簡(jiǎn)單微電網(wǎng)，在傳統柴油發(fā)電機組的基礎上進(jìn)行升級，優(yōu)化儲能單元和柴發(fā)單元的工作方式，對瞬時(shí)功率波動(dòng)進(jìn)行快速響應并支撐微電網(wǎng)系統頻率，同時(shí)提升柴發(fā)的效率，使得柴油機組始終保持在最佳運行狀態(tài)下，減少柴油機組的損耗，降低燃油費用，可以實(shí)現用戶(hù)定制。
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