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新聞主題 |
康明斯離網發電站系統設計特點 |
摘要：全球目前有60萬以上通信站點處于無市電或者市電不穩定的狀態，很多國家和地區沒有電網覆蓋，隨著通信行業的不斷發展，尤其是在發展中國家以及眾多遠郊地區，如何為通信站點提供穩定的電力供應已經成為困擾運營商的主要問題。康明斯電力技術有限公司的混合能源系統是集風能發電、光伏發電、柴油發電機組、儲能為一體的發電基站供電解決方案，不僅可幫助客戶大幅提高供電效率、可靠性以及投資回報率，而且有助于減少對環境的影響，減少CO2排放和發電成本。
一、新能源電網概述
隨著全球氣候變化加劇和氣候治理進程加速，“雙碳”行動已成為全球關注的核心。氣候變化直接影響著燃料供應、能源生產以及當前和未來能源基礎設施的實際復原力，目前各發達經濟體的碳中和路徑均以能源轉型為重點，采用多元化的政策工具，注重低碳、負碳的技術革新，其中儲能微電網技術是電力系統實現“雙碳”目標的關鍵之處。
1、微電網現狀
微電網是分布式能源實現的主要技術形態，儲能技術、優化控制與能量管理技術等是構建智能微電網的關鍵技術。儲能技術作為解決微電網中能源間歇性、波動性問題的重要措施，不僅可以提高分布式能源發電利用率，還可有效保障供電可靠性，改善電能質量，提高系統穩定性。
2、柴發缺陷
地處供電網絡難以覆蓋或臨時供電的無電地區，采用柴油發電機組（以下簡稱“柴油發電機組”）運行的孤網自供電方式。孤網供電下的柴油發電機組雖然解決了供電問題，但存在諸多問題：
（1）柴油發電機組運行負載率低；
（2）柴油發電機組發電效率低，單位發電油耗高；
（3）柴發電站初始投資高；
（4）多臺柴油發電機組互為熱備用的方式；
（5）日常運行維護費用高；
（6）供電質量相對較差；
（7）環境污染；
3、解決方案簡述
為了解決孤網發電模式下柴油發電機組供電存在的上述問題，在原系統中加入儲能裝置組成新型的儲能+柴發+新能源供電系統。加入儲能系統形成的新型智能孤網儲能柴發供電系統可以有效解決原孤網供電系統的各類問題，提供可靠、穩定、高質量、低成本的綜合供電解決方案。其優先的循環工作順序如下：
通常情況下設定供電優先級順序為光伏系統、蓄電池組和柴油發電機組。
（1）在光照條件充足時，由光伏系統給負載供電，并為蓄電池組充電。
（2）當光照條件不足時，由光伏系統和蓄電池組同時為負載供電。
（3）當無光照時，由蓄電池組給負載供電。
（4）當無光照時且蓄電池組放電達到設定的放電深度時，啟動柴油發電機組給負載供電，并給蓄電池組充電。若柴油發電機組未能成功啟動，為保護電池不過度放電，通過控制電池開關箱關斷電池輸出。
（5）當蓄電池組充滿或光照條件充足時，柴油發電機組停止工作，由蓄電池組給負載供電，或由光伏系統給負載及給蓄電池組充電。
風力發電系統與以上光伏發電系統工作模式類似。以上功能由混合能源管理系統中的控制單元自動檢測工作狀態及控制切換。
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混合能源供電系統圖 |
柴發+光伏離網并網發電系統 |
二、微電網系統設計要求
康明斯電力技術有限公司一直致力于降低通信基站供電成本、能源消耗、運維成本，提高無故障在線時間和改善綜合成本，康明斯電力技術有限公司的混合能源系統提供了一種可靠、環保、可擴展、高度集成、靈活便捷的通信基站供電解決方案。從專業的角度提供最緊密的集成系統部件，所有組件之間的工作都可以實現無縫銜接。以最經濟化的投資提供最大的工作效率，康明斯電力技術有限公司的混合能源系統可以為基站減少高達70％費用，使得投資回報實現最佳效益。康明斯電力技術有限公司的混合能源系統可同時適用于新建和擴建的通信基站建設地域，以滿足現有狀況的合理應用及未來擴建的需求。采用康明斯電力技術有限公司的混合能源系統可以避免離網區域漫長等待供電網絡建設，使隨時隨地建設通信基站成為可能。
（1）安全可靠，符合安全標準EN60950和GB 4943。
（2）完善的交、直流防雷設計，適應多雷暴地區。
（3）良好的電磁兼容性。
（4）優化的系統工作方式，降低交流配電使用，最大限度利用光伏系統。
（5）系統模塊化設計。
（6）加裝柴油發電機潤滑油系統長維護組件，由常規250h的維保周期延長至1000h以上。
（7）優先使用可再生能源，減少柴油發電機組的開機時間，提升運行效率。
（8）優良的混合能源系統控制及能源管理系統，基于網絡的遠程監控系統為主動維護提供信息以及系統分析。有利于干通信基站的遠程管理。
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多臺柴發混合能源發電系統 |
柴發混合能源控制系統電路圖 |
三、混合能源各組成部分特點
1、變頻柴油發電機組的特點
（1）選用高品質發動機，動力性好、可靠性高、集成化設計，適用環境溫度高達52℃以上；配備燃油啟動輔助裝置，在-20℃的低溫時也可啟動，具有良好的冷啟動性能。
（2）選用高品質發電機，按國際最高質量標準設計生產，能適應惡劣環境的全H級絕緣和最佳效率設計的繞組，尤其適合于特殊場合的應用。
（3）靜音箱用工程塑料鑲邊包角，防撞美觀。
（4）控制屏外加裝遮陽保護，防止控制器免受陽光直射，提高防護能力。
（5）兩端有拖曳口，增加靜音箱移動功能。
（6）采用全新開發的重型鋼制鉸鏈，全新定制的雙保險門鎖，采用螺栓隱藏設計。
（7）靜音箱開門中間采用無立柱設計，便于操作人員進行發電機組維護。
（8）油箱設置檢修口蓋板，便于清洗油箱內部。
2、蓄電池組的特點
（1）深循環性能良好，可滿足使用壽命長的要求。
（2）性能穩定可靠，減少維護更換費用。
（3）采用鉛碳技術，更適用于風光發電儲能。
（4）多元板柵合金及特殊的網格結構，延長電池使用壽命。
（5）自放電率低，充電接受能力強，密封反應效率高。
（6）正極鉛膏中添加專用添加劑，提高充電接受能力。
（7）獨特的抗板柵伸長結構，解決板柵蠕變伸長難題。
（8）室外空調柜防護等級為IP55。
3、光伏板特點
（1）優化的制絨技術。
（2）淺結高方阻技術。
（3）多層鍍膜技術匹配精細的金屬化技術。
（4）多晶硅電池平均效率達18.4％以上，且通過TUV雙倍PID測試。
4、混合能源管理系統特點
（1）光伏輸出電壓的范圍為DC 70V～DC 150V，光伏控制器效率高達97％。
（2）交流輸入電壓正常工作范圍為AC 90V～AC 290V，整流模塊采用軟開關技術，效率最高可達95％以上。
（3）系統具有最大功率點跟蹤（MPPT）功能，跟蹤效率大于99％。
（4）采用靈活的模塊化方式設計，所有光伏控制器和和整流器均采用無損熱插拔技術，即插即用，方便維護。
（5）完善的保護、報警功能。
（6）完善的電池管理，可實現自動均浮充轉換、具有電池過放電保護功能。
（7）具有溫度補償、自動調壓、電池容量計算、可設定的限流充放電、在線電池測試等功能。
（8）網絡化設計，系統還可以配備GPRS DTU模塊，可實現本地和遠程監控，無人值守。
（9）完善的交直流防雷設計，適應多雷暴地區。
（10）超低輻射。采用先進的電磁兼容設計。
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柴發混合能源適用范圍 |
柴發混合能源特點 |
四、系統配置應考慮的因素
1、混合能源系統配置參數
（1）配置考慮基站負載大小、發電機組計劃每天允許運行時間，蓄電池組充電功率和放電深度（日常使用放電深度不應大于30％）等選取發電機組功率、蓄電池組種類和容量。柴油發電機組功率選擇以工作時供給負載用電且以0.1C電流對蓄電池組充電所需功率，并盡可能使柴油發電機組工作在75％～80％效率最優的功率段。
（2）光伏系統功率是考慮額定光照條件下工作時供給負載用電并以不大于0.15C電流對蓄電池組充電所需功率。
（3）投資額或場地所限時可將光伏發電僅作為補充，配置功率可任意選擇，能補多少發電量就補多少。
（4）表1中柴油發電機組功率、蓄電池組種類容量、光伏系統電壓功率均可選配。
表1 混合能源系統配置參數表
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系統型號
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匹配負載
功率/kW
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48V蓄電池組
容量/Ah
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光伏系統
功率/kW
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柴油機發電組功率/kW
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KHPS-6
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2~6
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500~2000
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3/6/9/12/15/18/21/30/36
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6/8/10/12/15/18/22/26/30/36
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KHPS-12
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6~12
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500~2500
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KHPS-15
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12~15
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1000~3000
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KHPS-18
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15~18
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1000~3000
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KHPS-24
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18~24
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1500~4000
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KHPS-30
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24~30
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2000~5000
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2、混合能源系統主要功能
合理的設計方案不僅僅是一個安全可靠的方案、而且也是一個節省扇控制、孤島和固定功率模式黑起動、以及不對稱負載分配設計，來降低運行成本。從單臺機組控制提升至整個電站控制層面，從一個指令中心點激活眾多的綜合控制和保護設定，系統設計包含了節點的電站功率和功率因數控制、以實際負荷百分比來決定起/停機優先權控制等。
表2 混合能源系統主要功能表
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輸出特性
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直流輸出電壓
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DC 48V(DC 43.2~57.6V)
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直流輸出電流
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90A~900A
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逆變器
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AC 220V 50Hz 500/1000W
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效率
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光伏模塊
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≥97%
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整流模塊
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≥93%
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逆變器
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≥92%
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電池管理功能
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電池過放保護
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一次下電及二次下電保護
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電池均浮充管理
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電池均充、浮充自動轉換、定期均充
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溫度補償
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控制模塊監控電池溫度，系統的充電電壓可按1～7mV/℃自動調節，電池溫度越高，充電電壓越低，電池溫度越低，充電電壓越高
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電池容量在線測試
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系統通過監控模塊的自動控制，可實現在保障負載正常的情況下，對電池容量進行在線測試。及時了解電池的參考容量
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自動控
制功能
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保護功能
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過電壓、過電流、欠電壓、短路、過溫自動保護功能，蓄電池組接反保護，防反充電保護
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電池自動充電功能
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浮充＋均充，參數可設定
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監控內容
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太陽能發電情況，電網發電情況，蓄電池組充放電情況，母線電壓情況
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負載用電情況，室內外環境參數測量，蓄電池組溫度測量，系統故障告警記錄
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系統當前數據顯示，系統歷史數據記錄查詢
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設置功能
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系統參數設置、系統狀態設置、系統操作設置
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擴展控制功能
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備用油機控制，告警干接點信號輸出，TCP／IP、RS232／485多種通信接口，多級負載上電/切斷控制
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其他參數
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系統防雷
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每路輸入端：防雷器模塊，最大放電電流為40kA，直流輸出端：浪涌保護器，最大放電電流為15kA
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使用環境溫度
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-20℃~+55℃
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使用海拔
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≤3000m
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總結：
除了上述混合能源系統特點和功能之外，我們還應該了解不同的混合能源的特點。例如：光柴儲是多能互補微電網，其通常包含多種類型的分布式電源且具有多重設計功能的微電網系統，屬于分散式供電；當中的柴、儲屬于不同源測之間的組網運行，屬于不同的兩種產品，各自發揮功能。“柴儲”混動是簡單微電網，在傳統柴油發電機組的基礎上進行升級，優化儲能單元和柴發單元的工作方式，對瞬時功率波動進行快速響應并支撐微電網系統頻率，同時提升柴發的效率，使得柴油機組始終保持在最佳運行狀態下，減少柴油機組的損耗，降低燃油費用，可以實現用戶定制。
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