新能源中的应用及技术优势

2023-09-02朱耿峰宋庆华

通信电源技术 2023年14期

关键词：技术参数微网发电机组

朱耿峰，宋庆华

（华能青海发电有限公司新能源分公司，青海西宁 810000）

0 引言

新能源发电技术的日益成熟，为通信电源的应用提供了全新的解决方案。并网光伏发电微网系统作为新型通信电源系统，具有快速搭建、方便灵活、稳定可靠等优势，已经广泛应用于通信基站电源供应、无线电通信系统电源供应、远程监控设备电源供应等方面。

1 并网光伏发电微网系统的构成

并网光伏发电微网系统是一种新型网络结构，由分布式电源、储能系统、负载以及控制装置构成。

1.1 分布式电源及储能系统

分布式电源及储能系统由光伏并网逆变器、柴油发电机、储能变流器以及电池管理系统组成。具体内容如下。

光伏并网逆变器可以将光伏电池板所产生的直流电转换为交流电，并输出到微网系统。

柴油发电机是分布式电源系统中常用的备用发电机组，主要作用是在光伏和风力发电等新能源发电不足时，提供稳定的备用电力。

储能变流器（Power Conversion System，PCS）是分布式电源及储能系统的核心控制装置，主要用于控制各种能量存储设备的充放电及电能质量管理。其主要技术包括电能质量控制、能量存储控制、并网控制以及安全控制等方面。

分布式电源及储能系统中，电池组的电池管理系统（Battery Management System，BMS）是一个智能化的电池管理系统，可以监测和控制电池组的电压、电流、温度等参数，确保电池组工作在安全和高效的状态下，实现对电池的充放电控制、电池的均衡管理、温度保护等功能，并可以通过通信接口将实时数据传输到上位机，便于系统运行管理和监测。

1.2 负载

并网光伏发电微网系统中，负载指接受电力供应的设备或设施。设计并网光伏发电微网系统时，需要根据负载的功率需求、工作时间及电流特性等因素进行精准计算，以确保系统的稳定性和可靠性。此外，需要考虑负载的时序性，对不同时间段的负载需求进行分类和优化，以提高能源利用效率，节约成本。

1.3 控制装置

控制装置由监控中心、控制器和执行机构组成。监控中心通过传感器实时监测系统的运行状况；控制器负责分析和处理监测数据，制定合理的运行策略；执行机构负责实现具体的控制操作。

2 新能源发电机组在通信电源中的技术优势

2.1 通信电源的需求特点

通信设备作为关键设施，对电源的要求往往比一般设备更加严格。因此，通信电源需要具有高可靠性、高效率、高功率因数、高稳定性以及高可靠性等特点。通信设备的电源会受到交流电源供电中断和电压波动等影响，因此需要使用直流电源备用供电。同时，通信电源需要满足快速响应的特点，即电网电压异常时能够迅速切换到备用电源，以确保通信设备的稳定运行[2]。新能源发电机组在通信电源中的应用，能够充分满足这些需求，为通信设备提供稳定可靠的电源保障。

2.2 搭建速度快且建设成本低

传统的电力设施建设中，需要投入大量的人力物力，并且建设过程时间较长。利用新能源发电机组进行通信电源供应，可以快速搭建并节省建设成本，具有明显的优势。并网光伏发电微网系统由光伏发电机组、储能系统、逆变器、PCS、BMS 以及负载组成。其中，光伏发电机组和储能系统可以预先搭建，其余设备可以根据具体需求进行快速搭建和调整，进而缩短建设时间，节省建设成本。以设立一个通信基站为例，其总功率需求为100 kW，基站负荷情况如表1 所示。

表1 该基站负荷情况

根据以上数据，可以看出该基站的负荷需求在每周的变化比较稳定，每天的峰值负荷需求不超过25 kW，最小值不低于19 kW。该基站连续8 周的周负荷曲线如图1 所示，通过分析该基站的周负荷曲线，发现其峰值功率需求为160 kW，且峰谷差为60 kW。假设使用40 kW 的光伏发电机组和50 kW 的储能系统，根据峰谷差原则，还需要10 kW 的备用发电机组。利用并网光伏发电微网系统，可以实现对该基站的电力供应，并且可以实现峰谷调节和电网恢复功能。传统的电力设施建设需要耗时数月甚至数年，而新能源发电机组的建设可以在数周内完成。此外，新能源发电机组的建设成本相对较低。例如，以光伏发电机组为例，其建设成本约为1.2 万元/kW，而柴油发电机组的建设成本则约为2 万元/kW。因此，新能源发电机组的快速搭建和低建设成本是其在通信电源中应用的重要优势。

图1 该基站连续8 周的周负荷曲线

2.3 方便灵活且可以实现新能源就地消纳

传统电源建设需要进行大规模的设备调试和施工，因此花费时间较长且成本开销较大。而新能源发电机组作为独立的电源设备，其建设相对简单，可根据用电需求进行灵活配置，同时可以就地消纳新能源。新能源发电机组的就地消纳能力，主要由其储能系统的容量和PCS 的控制能力所决定。储能系统的容量需要根据实际的负荷需求和新能源的发电量进行确定；PCS 的控制能力需要根据并网电压、频率、无功功率等特性进行优化调整，以确保新能源发电系统的并网稳定性。该基站某日负荷曲线如图2 所示。

图2 该基站某日负荷曲线

根据以上负荷曲线数据，可以估算出该基站一天的总电量消耗约为4 464 kW·h。可以通过灵活配置新能源发电机组满足该负荷需求，并实现就地消纳。

2.4 稳定性高且全天候提供电力

以一个投入使用的并网光伏发电微网系统为例，该并网光伏发电微网系统技术参数如表2 所示。

表2 某并网光伏发电微网系统技术参数

表2 中：故障停机时间指设备发生故障后停机的时间；平均无故障时间指设备平均工作时间，即没有发生故障的时间；市电切换时间指从市电故障到新能源发电机组供电的切换时间；稳态调节时间指设备输出电压在变化的情况下，达到稳态电压所需的时间；稳态电压偏差指设备输出电压与额定电压之间的偏差；动态电压调节范围指设备输出电压在动态变化的情况下，可以调节的电压范围；输出电压波形畸变指设备输出电压的畸变程度；输出频率波动指设备输出频率的波动程度。通过这些技术参数可以看出，并网光伏发电微网系统能够提供稳定可靠的电力供应[3]。

3 应用场景

3.1 通信基站电源供应

通信基站是移动通信网络的核心设施，需要稳定的电源供应以保证其正常运行。然而，由于基站的分布较为广泛，不同地区的供电环境和条件也不尽相同，主电网接入难度大，同时，一旦主电网中断，基站可能就会受到严重影响。而并网光伏发电微网系统具有可靠的电源供应和灵活的接入方式，因此在通信基站电源供应中得到了广泛应用。通信基站的电源需求通常具有高可靠性、长寿命、高质量、高效率以及低噪声等特点。同时，通信基站对电力质量的要求非常高，如对电压、电流、频率以及波形等方面都有着较高的要求。并网光伏发电微网系统通过多种新能源发电机组的组合，配合储能系统和逆变器等设备，可以满足通信基站的电力需求。此外，通过智能控制和管理并网光伏发电微网系统，可以精细化管理和控制电力质量[4,5]。

3.2 无线电通信系统电源供应

无线电通信系统电源供应是并网光伏发电微网系统的重要应用场景之一。无线电通信系统通常需要长时间、稳定的电力供应，而并网光伏发电微网系统可以在偏远地区提供可靠的电力供应，从而满足无线电通信系统的需求。由于无线电通信系统的稳定性要求很高，因此需要选用高质量的逆变器和光伏组件。此外，为保证系统的稳定性和可靠性，需要配置适当的PCS 和BMS 来监控与管理系统。光伏组件技术参数如表3 所示，逆变器技术参数如表4 所示，PCS 技术参数如表5 所示，BMS 技术参数如表6 所示。

表3 光伏组件技术参数

表4 逆变器技术参数

表5 PCS 技术参数

表6 BMS 技术参数

通过并网光伏发电微网系统的配置，可以实现对无线电通信系统长时间、稳定的电力供应。同时，光伏发电系统可以利用当地的太阳能资源进行发电，实现就地消纳，降低能源输送的成本和损耗。

3.3 远程监控设备电源供应

远程监控设备电源供应是并网光伏发电微网系统的一个重要应用场景。远程监控设备一般安装在地理位置偏远且交通不便的地方，如山区、沙漠、海上等，需要稳定可靠的电力供应来保证设备的正常运行。而并网光伏发电微网系统通过利用太阳能光伏电池板将太阳能转化为电能，再经过逆变器转换成交流电，为远程监控设备提供可靠的电力供应。实际应用中，远程监控设备通常需要长时间的电力供应，因此需要使用高效的光伏电池板和储能设备。光伏电池板的安装角度和朝向需要根据当地的天气条件与日照时间进行调整，以最大限度地利用太阳能资源。