应急发电机和蓄电池相结合的应急照明系统

廖宇春

摘 要：本文介绍了一种新船舶应急照明系统的方案，使得应急电源系统供电失效时，主动转为蓄电池供电。打破了常规的应急照明系统要么由应急发电机供电，要么由蓄电池供电。

关键词：应急发电机 蓄电池 逆变器 应急照明系统

目前一般货船的应急照明系统由应急发电机系统供电，或者由蓄电池作为应急电源供电。但是这两种供电方式都存在着不同的缺点，为弥补这些缺点本文介绍了由应急发电机和蓄电池组合的应急照明系统设计。

1.传统应急照明系统供电模式的缺点

1.1应急发电机提供应急照明系统供电的缺点

由于应急发电机属于内燃机发电，一旦照明系统出现故障，应急发电机无法及时启动，从发生故障到应急发电机启动正常供电中间需要一段时间，若此时有突发状况应急照明系统无法正常工作，若照明系统中接入导航、海事电话等重要设备和仪器，这时会造成设备和仪器的失灵，并引发不必要的事故。另一方面应急发电机的供电电压会随着负荷的增大而降低，这样电压会造成波动，这种波动严重时会对设备造成损害。

1.2蓄电池提供应急照明系统供电的缺点

由蓄电池提供应急照明系统供电，这样蓄电池就要一直连接在照明系统中，在连接中虽然蓄电池未向照明系统供电，但其始终处于放电状态，虽然电流很小，当时间长了电池内的剩余电荷就会减少，造成蓄电池电压不足，当照明系统需要应急供电时，蓄电池的电压会达不到标准值，或造成供电时间缩短，同样也会造成应急照明或所带仪器仪表的损坏。

2.应急发电机和蓄电池相结合的应急照明系统设计

2.1应急发电机和蓄电池相结合的应急照明系统设计构想

应急发电机和蓄电池相结合的应急照明系统其构想就是将蓄电池作为储能设备，当应急照明系统发生故障后，由储能的蓄电池直接供电，待应急发电机启动后可以正常供电时，应急发电机供电，同时应急发电机向储能电池进行充电，待电池充电结束后由应急发电机单独供电。如果应急照明系统不工作，电池SOC（ SOC全称是State of Charge，荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0～1，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=1时表示电池完全充满。）低于正常值时，应急发电机自动启机对储能电池进行充电，使储能电池的SOC始终处于高位。

2.2应急发电机和蓄电池相结合的应急照明系统设计方案

这系统的主要组成部分为：充电机、逆变器（接口换流器）、蓄电池组、继电器，原理如图一。

2.3应急发电机和蓄电池相结合的应急照明系统工作原理

应急发电机和蓄电池相结合的应急照明系统工作原理分三种情况：单纯的对储能电池进行充电，即当应急配电板有电的时，继电器K1通电，常闭触点K1断开，逆变器断开跟汇流排连接，充电/逆变的汇流排由应急配电板供电，并且给蓄电池充电。储能电池的放电，即当应急配电板失电时，逆变器工作，充电/逆变的汇流排由度电池组供电。

在蓄电池并网放电过程中，需要逆变器产生的交流电电压、相位等电量与电网相同，同时还要求逆变的交流电中谐波的含量尽可能少，才能达到相应的控制要求。逆变器控制中，为实现其网侧有功、无功功率控制，需动态获取电网电压相位信息，这就要求采用锁相环对电网电压进行锁相。 锁相环的性能直接影响逆变器的并网控制效果。锁相环采用基于正、负序的双同步坐标系结构，实现正、负序的解耦，能够较好地适应三相不平衡的电网，同时对频率变化、电压突变等不利条件也有较好的适应能力。

3.储能电池的选取

3.1储能电池种类的选择

考虑到应急发电机和蓄电池相结合的应急照明系统的经济性，不仅要对系统的工作原理进行合理的策略管理，同时要对系统中储能电池的容量进行合理的选择。目前做为储能电池的品种有很多，基于我们的设计的使用场所和系统容量多采用便携式二次可充电电池，这些电池以化学能的形式储存电力，并通过电化学反应过程产生电力。通常，便携式二次可充电电池由两个电极组成，即阳极和阴极；电解质、隔膜 和一个外壳。便携式二次可充电电池具有良好的特性，如高能量，高功率密度，平坦的放电曲线，低电阻，无记忆，和宽范围的温度性能。但是，大多数电池含有有毒物质。因此，电池处置过程中的生态影响必须考虑。由于其先进的技术和合理的成本，在储能应用中，主要由蓄电池提供具有高能量密度，高功率密度的蓄电系统。各种类型的便携式二次可充电电池主要包括铅酸（LA），镍基（Ni-Fe，Ni-Zn，Ni-Cd，Ni-MH，Ni-H 2），锌 - 卤素（Zn-Cl 2，Zn-Br 2），金属空气基（Fe-Air，Al-Air，Zn-Air），钠-β（Na-S，Na-NiCl 2），高温锂（Li-Al-FeS ，Li-Al-FeS 2）和一般环境锂聚合物（锂聚合物），锂离子电池（磷酸铁锂）。在这些储能电池中铅酸最便宜，但是重量最重，但是其技术成熟便于维护，而锂离子电池重量最轻，但价格较为昂贵。基于我们的设计主要用于货船对于重量考虑因素较小，可以选用更为经济的铅酸或镍基蓄电池。

3.2储能蓄电池容量的选择

在对储能蓄电池种类选取的基础上，为确保系统的合理运行，还要对储能蓄电池的容量有合理的选择，结合应急发电机的功率和储能蓄电池的充放电次数的要求，综合考虑设计成本，拟定应急发电机和蓄电池相结合的应急照明系统额定容量为20 kW，储能电池最大放电深度为 0.8，储能充放电效率为 70 %，储能电池的循环寿命为 10000 次，我们可以得出电池的容量为400AH/96的电池容量。如果是15kw，其电池容量为300 AH/96的电池。

4.应急发电机和蓄电池相结合的应急照明系统的可扩展性

由于该应急发电机和蓄电池相结合的应急照明系统设计主要是基于货船使用，货船一般船身宽大有较多的空余空间，如果在其空余空间的顶部安装一些太阳能电池板，利用光伏发电板对系统作为扩充设计，在设计中将逆变器（接口换流器）由原来的双向 DC /AC 换流器，改为为双向 DC / DC 逆变器，这样一方面使设计增加了一些环保元素，另一方面也可以降低一些使用成本。

5.储能蓄电池的保养

在设计系统中储能蓄电池在使用中常处于部分放电的状态，只有少量活性物质参加工作，长此下去，不参加化学反应的活性物质会收缩硬化，不能使用，使蓄电池容量下降。为迫使全部的活性物质都能参加工作，每隔3 个月进行一次充 / 放电循环的充电方法叫做充/ 放电锻炼循环。即在电池正常充足后，用 20 小时内放完电，再正常充电后即可使用。

参考文献：

[1]王江波，费标青，王越，等.户用微电网能量调[J].电测与仪表，2013，50（8）：81-87.

[2]董凯，江辉，黄泽容，等.运用成本效益分析系的风/柴/储能系統规划方法[J].电力系统及其自动化学报，2010，22（3）：67-72.

[3]谢开贵，王岸，胡博.计算储能设备运行策略的风/柴/储混合系统可靠性评估[J].电力系统保护与控制，2012， 40（9）：1-7.

[4]许丹，丁强，潘毅，等.基于经济调度的微电网蓄电池容量优化[J].电力系统保护与控制，2011， 39（17）：55-59.

[5]侯聪玲，吴捷，李金鹏，等.蓄电池充电方法研究[J].电源技术应用，2004， （2）：103.

[6]张文亮，丘明，来小康.储能技术在电力系统中的应用[J].电网技术，2008，32（7）：1-9.

[7]吕耀文.蓄电池充电方法研究[J].内蒙古科技与经济，2009， （2）： 98.