储能型微电网新技术在多功能移动边防哨所的应用案例

2023-01-06袁必诚

科技风 2022年36期

袁必诚

上海电机学院电气学院上海 201306

一、储能型微电网新技术在多功能边防移动哨所应用的必要性分析

由于我国国界线穿越崇山峻岭、湖泊沙漠，地理条件十分复杂，大部分国界线市政供电网络尚未通达，沿边防线全覆盖建设固定哨所及供电网络耗资巨大，因此，采用“光伏优先、柴电备用、锂电池储能型微电网技术”为多功能移动边防哨所供电的解决方案应运而生，这样的哨所具有可即时在热点地区部署、节约大额固定投资的优点。

二、多功能边防移动哨所微电网系统的负载条件计算与分析

每套多功能移动边防哨所由工作、后勤保障两个方舱组成，各自搭载一辆全拖挂底盘，部署时军用卡车拖挂移动到任务点，两个哨所方舱及其拖挂底盘驻留用于边防值守，卡车开走用于其他方面。储能型微电网系统将根据边防值守官兵的用电负载设计：春秋季节，官兵值守时空调或电地暖等大功率用电器很少启用，负载额定总功率、冲击功率峰值远小于夏冬季节，夏季大功率负载空调系感性负载易对微电网造成较高的峰值冲击功率，冬季大功率电地暖是阻性负载，不会对微电网造成峰值冲击功率，因此，将多功能移动边防哨所夏季负载作为微电网的设计条件。现对两个方舱夏季用电负载统计如下：

表1 多功能移动边防哨所储能型微电网夏季负载情况统计表

续表

三、多功能移动边防哨所储能型微电网的系统设计

(1)系统设计了市电和柴油发电机备用电源互锁切换的接触器：设置一对常开和常闭控制开关，默认常闭连接柴油发电机。如哨所使用区域可以连接市政电网，则将开关切换到市电供电一侧，市电作为备用电源，而柴油发电机处于停机待用状态。(2)地暖和空调也设有用电互锁接触器：默认地暖模式，确保两者不同时工作。为了减小负载的峰值冲击功率、峰值用电量，避免超过设计值造成系统故障，冬季采暖模式只能是地暖而不能共用空调。(3)系统操作和切换的模式均通过触摸屏实现，非按钮或其他切换模式。(4)柴油发电机自带液晶显示，可提供完整功能的状态和故障查询。(5)移动边防哨所微电网系统原理图。

图1

四、多功能移动边防哨所储能型微电网的匹配性设计

(一)系统关键参数的匹配设计

表2

(二)多功能移动边防哨所储能型微电网系统功能的匹配设计

(1)柴油发电机的启动受主控单元干接点控制：闭合时，启动发电机；断开时，关闭发电机。(2)柴油发电机对控制信号提供书面规格说明：干接点的耐压和电流要求，在收到干接点后多长时间可启动发电机；在接收到干接点信号后，启动过程自动完成，不需要其他手动操作。(3)发电机通过通信协议给主控发送如下信号，且必须显示在主控单元的显示屏上：①采用Mod bus协议，请提供协议文本；发送电压、电流、功率、频率、功率因数、发动机舱温度。②发送工作正常、故障和保护状态；具体故障状态直接在发电机显示屏上查询。③发送油箱剩余油量信号，发送剩余油量可发电量的预测数值。(4)低温情况下，发电机第一次启动后，会一直维持油路加热，保证随时可启动；储能系统增加DCDC，为柴油发电机的启动电池持续供电。(5)柴油发电机燃油炉控制：将燃油炉控制回路接入PLC，监测柴油机反馈温度，对油路加热进行控制。

(三)多功能移动边防哨所储能型微电网锂电池储电量的匹配性

在负载功率恒定的情况下，锂电池的容量越大，放电电流越小，发热量越小，系统造价就越高；锂电池的容量越小，放电电流就越大，发热量就大，电池的安全性降低、寿命缩短，系统造价就低。分析本系统的负载情况锂电池储电量最终选定20kWh。

五、多功能移动边防哨所储能型微电网系统的工作模式设计

(一)默认油储工作模式

正常情况下，储能系统+柴油机为后勤和工作方舱供电。逆变器内有自动控制的旁路开关；外部增加手动旁路开关，在逆变器及其自动旁路开关均损坏时，通过手动旁路开关恢复供电。

(二)市电模式

有市电时，通过工作、后勤方舱的交流接口接入市电分别为工作方舱、后勤方舱供电。

(三)储能系统工作为电池优先模式

(1)在电池有电的情况下，由电池通过逆变器为负载供电；在电池容量小于30%的时候，系统自动启动柴油机为负载供电，同时为电池充电；电池充电到100%系统自动关闭柴油机，继续由电池为负载供电。(2)由智能控制单元控制逆变器自动切换，切换时间小于10ms，不影响负载正常工作。(3)当逆变器故障状态下，逆变器自动转旁路。

(四)夜间电池优先模式

每晚23：00前保证电池为满电状态；23：00后不启动柴油机发电机。

(五)光伏充电工作模式

(1)电池SOC高于30%，负载大于光伏功率，柴油发电机不启动，光伏与电池放电一起为负载供电。(2)电池SOC高于30%，负载小于光伏功率，发电机不启动，由光伏给负载供电的同时，给电池充电。(3)柴油发电机启动时，由柴油机给负载供电，光伏只给电池充电；电池充满，SOC为100%，负载小于光伏功率，智能控制单元关闭光伏充电器，光伏板和光伏充电器不会损坏。

六、多功能移动边防哨所储能型微电网系统关键设备选型

(一)逆变控制柜的选型

(1)逆变控制柜的关键参数：

表3

(2)逆变控制柜的选型要点：预留600mm高度作为配电区域；考虑到油烟，需要特殊风道、滤网以及大通风口设计；运输时，系统开关要全部处于关断状态，系统停止工作，但保持电缆处于连接状态。

(二)逆变器的选型

(1)逆变控制柜的关键参数：

(2)逆变器的选型要点：选择的逆变器为12kW工频逆变器大于夏季峰值额定功率的70%；瞬时冲击功率可达36kW@20秒，大于夏季的冲击功率的最大值及其持续时间。结论：逆变器可以满足负载要求。

(3)逆变器的温度降额：-20～0℃，逆变器可启动、运行，功率降额到50%；0～40℃，逆变器满功率运行；40～50℃，功率降额到50%(超过功率，会保护)。

(三)柴油发电机的选型及关键参数

表5

(1)机组自启动模式：柴油发电机组接受干接点控制信号，干接点接通时机组启动，升速，自动合闸，干接点断开时发电机组分闸，降速，停机；柴油发电机组启动成功后45秒内可以带满载。(2)机组控制器：采用国际标准MODBUS通信协议(可免费提供)，RS485通信接口，可实现发电机组的遥控、遥信、遥测功能，便于发电机组的远端集中监控。通信接口的连接线建议采用两芯屏蔽双绞线。