太阳能供电野外输电线路供电系统研究.docVIP

太阳能供电的野外输电线路电源系统的研究 刘晓健?韩民晓?潘耀杰?毛法兵?赵娜 ???北京意科能源技术有限公司 华北电力大学?? 摘要： 对目前独立光伏供电系统存在的主要问题进行了分析，针对光伏供电系统的损耗过高、太阳能利用率和蓄电池利用率低、野外环境恶劣、监控数据传输可靠性差等问题，进行研究设计了新型野外输电线路独立光伏供电系统，围绕核心部件光伏控制器进行了分析。 关键词：高压输电线路；剩余电量加热；相变材料 1 引言 由于野外没有稳定市电，因此利用太阳能等新能源作为电源，开辟了节能新天地。国内利用野外太阳能供电的技术尚处于不成熟阶段，国内电力行业每年因未能及时维护造成的事故时有发生。 智能电网输电线监测的通信可靠性问题也是保证整个供电系统稳定运行的基础。系统采用OPGW对数据进行传输，解决了无人野外传输的问题，保证系统的稳定性。在恶劣天气需要更加直观地查看现场情况，视频数据监控系统可以更方便地查看详细情况。 由于蓄电池的性能和寿命受温度影响很大，研究蓄电池的控制特性采取相应的措施使其工作于最佳状态。 2 控制器的主要技术原理分析 2.1 光伏控制器的基本原理 光伏控制器主要针对蓄电池作过充、过放控制（见图1 所示）。过充控制：即太阳能电池方阵给蓄电池充电时，当电压达到允许值上限，切断充电；过放控制：即负载放电时，当蓄电池电压下降至保护值切断输出。 2.2 光伏供电系统设计的总体思路和总体框图 对于光伏控制供电系统的设计总体思路如下图2所示。 图2 总体设计思路 3 新型太阳能野外输电线路电源系统 3.1 电源系统技术要点及创新点 课题是对输电线路全天候供电系统进行研究，该系统包括太阳能极板、风机、控制器、蓄电池、机箱、配电部分，提出了剩余能量控制加热、机箱保温、多种负载控制模式、控制器自切断功能、控制器零电压自恢复功能等技术创新。 风光互补供电 系统安装于高压输电线路的铁塔上，供电方式采用风光互补方式，电压等级为直流12V。控制器方式可以为风机主用或太阳能主用，采用垂直轴风机，太阳能支架仰俯可以进行调节，支架上部和底座为两个圆盘，安装时可以任意转动，可以任意选取仰俯角度和东西向角度，以保证中午时正对太阳光，获取最大太阳能能力。 3.1.2剩余能量控制加热 由于普通蓄电池在低温时，容量下降较大，而冬季铁塔上的温度较低，需要对机箱的温度进行 ，由于夜间太阳能不发电，所以加热时耗费蓄电池电量容易造成电池电量过低。系统研制的全新控制策略，根据负载用电数据、电池容量数据、机箱内温度数据、数据模型等控制器可以计算出当前风能和太阳能提供的多余电量，随着阳光和风速的变化，这个数值是实时调整的，将多余的电量提供给机箱加热系统。 3.1.3相变储能-释放计算 机箱加热系统使相变材料发生变化，将热量储存起来，当温度低时相变材料发生变化释放能量（尤其是夜间），以保证机箱内的温度恒定。将相变材料首创了蓄电池保温机箱，可以在24小时内，比不使用该技术的机箱温度高17℃。研究保温夹层填充材料，各种保温形式的保温效果等；利用相变材料与保温技术相结合，白天储存热量，夜间释放热量，保持电池、设备温度平衡。 核心供电系统 1、控制零电压自恢复技术 当连续阴雨天出现或蓄电池容量减小时，蓄电池电量全部被消耗完时，当风能或太阳能有电能输入到控制器，控制器可以在蓄电池零电压情况下恢复给蓄电池充电，以保证系统能自动恢复，此功能是在极低的功耗下（0.1W）实现的。 控制器自切断技术 控制器在电池容量低时，为了保证电池剩余电量供给负载，将自身供电切断。当电池容量恢复时，控制器自动接通自身电源，恢复各项智能功能：包括远程控制、蓄电池管理等。 控制器负载控制技术 控制器负载有多种工作方式供选择，其中有手动控制、自动控制、时间控制、自定义输出控制、分段控制和剩余功率控制六种控制方式，用户可以根据实际需要进行配置。自动控制方式是控制器可以根据系统电压的变化实现的自身调节。手动控制方式是用户可以手动控制负载接通和关断。时间控制方式用户可以通过设置开、关时间来控制其工作时间。分段控制方式是用户可以通过设置时间段来分段控制开、关时间来控制负载。 整个供电系统可以在-45℃到+65℃环境运行，具有智能功能时功耗不大于1.4W，自断电时功耗不大于0.1W。 3.2 光伏供电系统的设计 3.2.1 主备控制器设计 由于太阳能控制器是塔上太阳能或风能取电的核心部件，其出现故障将会直接导致系统失电。 1、主备控制器设计 系统用主备控制器的设计，主控制器工作时，备用控制器处于功耗很低的睡眠模式，在主控制器出现故障时，立即切换至备用控制器工作模式并输出告警。 2、多级负载分级管理及负载多种控制方式 由于通信负载是系统运行的基本保证，不到系统馈电不切断。根据负载重要级别，低电压保护功能按