基于光柴混合发电的应急供电系统设计.docxVIP

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基于光柴混合发电的应急供电系统设计

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吴晓明刘念

【摘要】应急电源系统（EPS，EmergencyPowerSystem）作为一种各类一级和特别重要负荷的交流后备电源得到广泛应用，是解决供电可靠性的常用途径，柴油发电车和UPS作为电力公司最普及的后备电源在实际应用中存在响应慢和可靠性的问题而太阳能是一种可再生的清洁能源，是新能源发展的重点。设计一套基于柴油发电车和光伏发电的混合供电系统，发电车和光伏发电系统相配合既提高供电可靠性又满足不间断供电的要求。这是新能源在传统供电保电方面的创新应用，一方面保证了某些重要场合、重要负荷和敏感负荷的供电连续性，另一方面，即使在远离电网的地区也可实现负载的临时供电，特别适用于新疆这种光照好，人口密度小、电网可靠性不高的地区。

【关键词】混合供电系统;供电可靠性;应急电源系统;光伏发电;静态开关;不间断电源

引言

在经济欠发达地区电网设施一般较差，供电可靠性难以满足，电力公司常用柴油发电车作为主要的后备电源。但随着柴油价格的上涨、太阳能电力的愈加廉价，这使得太阳能成为获得廉价电力的途径之一。设计一套基于柴油发电车和光伏发电的供电系统，发电车和光伏发电系统相配合满足供电可靠性的要求。该系统可使柴油发电车和太阳能组件同时进行发电或者选择性发电，这一混合式发电方式将带动偏远地区发电成本的下降，同时满足了日益增长的政治保电需求。

1.传统应急供电的缺点分析及解决途径

1.1传统应急供电的缺点

传统的保供电多采用“双电源旁路应急供电车”的接线方式，在保障重要负荷供电方面也起到了积极作用，同时也存在如下不足：由于应急供电车中发电机组不允许长时间小负荷/空载运行。（因为长时间小负荷/空载运行会使柴油机喷油嘴喷出的柴油不能完全燃烧导致积碳，造成气门、活塞环漏气。长期小负荷/空载运行，还会更严重的导致运动部件磨损加剧等导致大修期提前的后果）当市电因不可预见故障断电后，应急供电车再启动柴油发电，需要5分钟左右，因而不能立即投入送电状态，无法做到不间断供电，如果发电车是热备用方式，切换过程也需要3秒以上，两者都难以满足执行重大活动及政治保电任务对应急电源的高标准要求。另外，传统的UPS是在线式的，先将市电整流再逆变，以这种方式实现不间断供电，但是这样会出现以下情况：

（1）在电网可靠，UPS出故障的情况时不能对外供电，降低供电可靠性。（2）电池充电只有市电充电方式，难以满足户外长时间工作和井矿类保电。（3）一般UPS采用蓄电池，比较笨重，选择锂电池很轻便，可实现灵活可移动的电源车。（4）在市电正常时，整流、逆变都会产生损耗，降低系统的效率。

1.2传统应急电源问题的解决途径

设计一套基于光伏发电和柴油发电相结合的应急供电系统，以不间断供电的方式提高供电可靠性。利用磷酸铁锂电池作为储能介质，应用太阳能发电作为充电电源，利用静态开关（STS，StaticTransferSwitch）作为自动投切装置，进行以光伏发电为平台的应急电源系统的设计，实现储能系统的充放电控制，及系统输出的智能判断和快速切换。并由智能锂电池动态管理系统对电池组和逆变电源进行智能化管理，在传统发电车的配合下保证供电可靠、环保节能的同时满足多种工况下的低成本供电需求。与传统应急电源相比，基于光伏发电和柴油发电相结合的应急供电系统具有如下优点：

（1）比独立的柴油发电有更快的响应速度，真正满足不间断供电;离线式EPS比在线UPS损耗更小。（2）在独立系统中因为可再生能源的变化和不稳定会导致系统出现供电不能满足负载需求的情况，也就是存在负载缺电情况，使用混合系统则会大大的降低负载缺电率。（3）和单用柴油发电机的系统相比，具有较少的维护和使用较少的燃料。（4）较高的燃油效率。在低负荷的情况下，柴油机的燃油利用率很低，会造成燃油的浪费。在混合系统中可以进行综合控制使得柴油机在额定功率附近工作，从而提高燃油效率。（5）负载匹配更佳的灵活性。使用混合系统之后，因为柴油发电机可以即时提供较大的功率。所以混合系统可以适用于范围更加广泛的负载系统，例如可以使用较大的交流负载，冲击载荷等。还可以更好的匹配负载和系统的发电。只要在负载的高峰时期打开备用能源即可简单的办到。有时候，负载的大小决定了需要使用混合系统，大的负载需要很大的电流和很高的电压。如果只是使用太阳能成本就会很高。

2.系統结构

2.1主回路系统结构

光柴混合发电的供电系统包括新能源管理系统、逆变电源供电系统（变流器）和监控系统等三部分，其中新能源管理系统包括磷酸铁锂电池组、光伏电池阵列、光伏充电控制器等环节，逆变电源供电系统主要由充电（整流）器、逆变器、静态开关和控制器等环节组成。发电车和负载通过接口箱接入，其电路拓扑结构如图1所示。

图1应急供电系统电路拓扑

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