廖宇春

摘 要：本文介紹了一種新船舶應(yīng)急照明系統(tǒng)的方案，使得應(yīng)急電源系統(tǒng)供電失效時(shí)，主動(dòng)轉(zhuǎn)為蓄電池供電。打破了常規(guī)的應(yīng)急照明系統(tǒng)要么由應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電，要么由蓄電池供電。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急發(fā)電機(jī) 蓄電池 逆變器 應(yīng)急照明系統(tǒng)

目前一般貨船的應(yīng)急照明系統(tǒng)由應(yīng)急發(fā)電機(jī)系統(tǒng)供電，或者由蓄電池作為應(yīng)急電源供電。但是這兩種供電方式都存在著不同的缺點(diǎn)，為彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)本文介紹了由應(yīng)急發(fā)電機(jī)和蓄電池組合的應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1.傳統(tǒng)應(yīng)急照明系統(tǒng)供電模式的缺點(diǎn)

1.1應(yīng)急發(fā)電機(jī)提供應(yīng)急照明系統(tǒng)供電的缺點(diǎn)

由于應(yīng)急發(fā)電機(jī)屬于內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，一旦照明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，應(yīng)急發(fā)電機(jī)無(wú)法及時(shí)啟動(dòng)，從發(fā)生故障到應(yīng)急發(fā)電機(jī)啟動(dòng)正常供電中間需要一段時(shí)間，若此時(shí)有突發(fā)狀況應(yīng)急照明系統(tǒng)無(wú)法正常工作，若照明系統(tǒng)中接入導(dǎo)航、海事電話等重要設(shè)備和儀器，這時(shí)會(huì)造成設(shè)備和儀器的失靈，并引發(fā)不必要的事故。另一方面應(yīng)急發(fā)電機(jī)的供電電壓會(huì)隨著負(fù)荷的增大而降低，這樣電壓會(huì)造成波動(dòng)，這種波動(dòng)嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害。

1.2蓄電池提供應(yīng)急照明系統(tǒng)供電的缺點(diǎn)

由蓄電池提供應(yīng)急照明系統(tǒng)供電，這樣蓄電池就要一直連接在照明系統(tǒng)中，在連接中雖然蓄電池未向照明系統(tǒng)供電，但其始終處于放電狀態(tài)，雖然電流很小，當(dāng)時(shí)間長(zhǎng)了電池內(nèi)的剩余電荷就會(huì)減少，造成蓄電池電壓不足，當(dāng)照明系統(tǒng)需要應(yīng)急供電時(shí)，蓄電池的電壓會(huì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值，或造成供電時(shí)間縮短，同樣也會(huì)造成應(yīng)急照明或所帶儀器儀表的損壞。

2.應(yīng)急發(fā)電機(jī)和蓄電池相結(jié)合的應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1應(yīng)急發(fā)電機(jī)和蓄電池相結(jié)合的應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)想

應(yīng)急發(fā)電機(jī)和蓄電池相結(jié)合的應(yīng)急照明系統(tǒng)其構(gòu)想就是將蓄電池作為儲(chǔ)能設(shè)備，當(dāng)應(yīng)急照明系統(tǒng)發(fā)生故障后，由儲(chǔ)能的蓄電池直接供電，待應(yīng)急發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后可以正常供電時(shí)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電，同時(shí)應(yīng)急發(fā)電機(jī)向儲(chǔ)能電池進(jìn)行充電，待電池充電結(jié)束后由應(yīng)急發(fā)電機(jī)單獨(dú)供電。如果應(yīng)急照明系統(tǒng)不工作，電池SOC（ SOC全稱是State of Charge，荷電狀態(tài)，也叫剩余電量，代表的是電池使用一段時(shí)間或長(zhǎng)期擱置不用后的剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示。其取值范圍為0～1，當(dāng)SOC=0時(shí)表示電池放電完全，當(dāng)SOC=1時(shí)表示電池完全充滿。）低于正常值時(shí)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟機(jī)對(duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行充電，使儲(chǔ)能電池的SOC始終處于高位。

2.2應(yīng)急發(fā)電機(jī)和蓄電池相結(jié)合的應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

這系統(tǒng)的主要組成部分為：充電機(jī)、逆變器（接口換流器）、蓄電池組、繼電器，原理如圖一。

2.3應(yīng)急發(fā)電機(jī)和蓄電池相結(jié)合的應(yīng)急照明系統(tǒng)工作原理

應(yīng)急發(fā)電機(jī)和蓄電池相結(jié)合的應(yīng)急照明系統(tǒng)工作原理分三種情況：?jiǎn)渭兊膶?duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行充電，即當(dāng)應(yīng)急配電板有電的時(shí)，繼電器K1通電，常閉觸點(diǎn)K1斷開(kāi)，逆變器斷開(kāi)跟匯流排連接，充電/逆變的匯流排由應(yīng)急配電板供電，并且給蓄電池充電。儲(chǔ)能電池的放電，即當(dāng)應(yīng)急配電板失電時(shí)，逆變器工作，充電/逆變的匯流排由度電池組供電。

在蓄電池并網(wǎng)放電過(guò)程中，需要逆變器產(chǎn)生的交流電電壓、相位等電量與電網(wǎng)相同，同時(shí)還要求逆變的交流電中諧波的含量盡可能少，才能達(dá)到相應(yīng)的控制要求。逆變器控制中，為實(shí)現(xiàn)其網(wǎng)側(cè)有功、無(wú)功功率控制，需動(dòng)態(tài)獲取電網(wǎng)電壓相位信息，這就要求采用鎖相環(huán)對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行鎖相。 鎖相環(huán)的性能直接影響逆變器的并網(wǎng)控制效果。鎖相環(huán)采用基于正、負(fù)序的雙同步坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)正、負(fù)序的解耦，能夠較好地適應(yīng)三相不平衡的電網(wǎng)，同時(shí)對(duì)頻率變化、電壓突變等不利條件也有較好的適應(yīng)能力。

3.儲(chǔ)能電池的選取

3.1儲(chǔ)能電池種類的選擇

考慮到應(yīng)急發(fā)電機(jī)和蓄電池相結(jié)合的應(yīng)急照明系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，不僅要對(duì)系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行合理的策略管理，同時(shí)要對(duì)系統(tǒng)中儲(chǔ)能電池的容量進(jìn)行合理的選擇。目前做為儲(chǔ)能電池的品種有很多，基于我們的設(shè)計(jì)的使用場(chǎng)所和系統(tǒng)容量多采用便攜式二次可充電電池，這些電池以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存電力，并通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生電力。通常，便攜式二次可充電電池由兩個(gè)電極組成，即陽(yáng)極和陰極；電解質(zhì)、隔膜 和一個(gè)外殼。便攜式二次可充電電池具有良好的特性，如高能量，高功率密度，平坦的放電曲線，低電阻，無(wú)記憶，和寬范圍的溫度性能。但是，大多數(shù)電池含有有毒物質(zhì)。因此，電池處置過(guò)程中的生態(tài)影響必須考慮。由于其先進(jìn)的技術(shù)和合理的成本，在儲(chǔ)能應(yīng)用中，主要由蓄電池提供具有高能量密度，高功率密度的蓄電系統(tǒng)。各種類型的便攜式二次可充電電池主要包括鉛酸（LA），鎳基（Ni-Fe，Ni-Zn，Ni-Cd，Ni-MH，Ni-H 2），鋅 - 鹵素（Zn-Cl 2，Zn-Br 2），金屬空氣基（Fe-Air，Al-Air，Zn-Air），鈉-β（Na-S，Na-NiCl 2），高溫鋰（Li-Al-FeS ，Li-Al-FeS 2）和一般環(huán)境鋰聚合物（鋰聚合物），鋰離子電池（磷酸鐵鋰）。在這些儲(chǔ)能電池中鉛酸最便宜，但是重量最重，但是其技術(shù)成熟便于維護(hù)，而鋰離子電池重量最輕，但價(jià)格較為昂貴?；谖覀兊脑O(shè)計(jì)主要用于貨船對(duì)于重量考慮因素較小，可以選用更為經(jīng)濟(jì)的鉛酸或鎳基蓄電池。

3.2儲(chǔ)能蓄電池容量的選擇

在對(duì)儲(chǔ)能蓄電池種類選取的基礎(chǔ)上，為確保系統(tǒng)的合理運(yùn)行，還要對(duì)儲(chǔ)能蓄電池的容量有合理的選擇，結(jié)合應(yīng)急發(fā)電機(jī)的功率和儲(chǔ)能蓄電池的充放電次數(shù)的要求，綜合考慮設(shè)計(jì)成本，擬定應(yīng)急發(fā)電機(jī)和蓄電池相結(jié)合的應(yīng)急照明系統(tǒng)額定容量為20 kW，儲(chǔ)能電池最大放電深度為 0.8，儲(chǔ)能充放電效率為 70 %，儲(chǔ)能電池的循環(huán)壽命為 10000 次，我們可以得出電池的容量為400AH/96的電池容量。如果是15kw，其電池容量為300 AH/96的電池。

4.應(yīng)急發(fā)電機(jī)和蓄電池相結(jié)合的應(yīng)急照明系統(tǒng)的可擴(kuò)展性

由于該應(yīng)急發(fā)電機(jī)和蓄電池相結(jié)合的應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是基于貨船使用，貨船一般船身寬大有較多的空余空間，如果在其空余空間的頂部安裝一些太陽(yáng)能電池板，利用光伏發(fā)電板對(duì)系統(tǒng)作為擴(kuò)充設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中將逆變器（接口換流器）由原來(lái)的雙向 DC /AC 換流器，改為為雙向 DC / DC 逆變器，這樣一方面使設(shè)計(jì)增加了一些環(huán)保元素，另一方面也可以降低一些使用成本。

5.儲(chǔ)能蓄電池的保養(yǎng)

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中儲(chǔ)能蓄電池在使用中常處于部分放電的狀態(tài)，只有少量活性物質(zhì)參加工作，長(zhǎng)此下去，不參加化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)會(huì)收縮硬化，不能使用，使蓄電池容量下降。為迫使全部的活性物質(zhì)都能參加工作，每隔3 個(gè)月進(jìn)行一次充 / 放電循環(huán)的充電方法叫做充/ 放電鍛煉循環(huán)。即在電池正常充足后，用 20 小時(shí)內(nèi)放完電，再正常充電后即可使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王江波，費(fèi)標(biāo)青，王越，等.戶用微電網(wǎng)能量調(diào)[J].電測(cè)與儀表，2013，50（8）：81-87.

[2]董凱，江輝，黃澤容，等.運(yùn)用成本效益分析系的風(fēng)/柴/儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃方法[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2010，22（3）：67-72.

[3]謝開(kāi)貴，王岸，胡博.計(jì)算儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)行策略的風(fēng)/柴/儲(chǔ)混合系統(tǒng)可靠性評(píng)估[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012， 40（9）：1-7.

[4]許丹，丁強(qiáng)，潘毅，等.基于經(jīng)濟(jì)調(diào)度的微電網(wǎng)蓄電池容量?jī)?yōu)化[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011， 39（17）：55-59.

[5]侯聰玲，吳捷，李金鵬，等.蓄電池充電方法研究[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2004， （2）：103.

[6]張文亮，丘明，來(lái)小康.儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（7）：1-9.

[7]呂耀文.蓄電池充電方法研究[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2009， （2）： 98.