錢衛(wèi)良　孫琦　丁律　陳超杰

摘 要：所用電供電系統(tǒng)是配電站房重要的組成部分，其可靠性直接影響到配電站房內(nèi)設(shè)備的正常運行。為進一步提升配電站房內(nèi)所用電供電系統(tǒng)的可靠性及智能化水平，提出一種基于光伏發(fā)電的配電站房所用電供電系統(tǒng)，通過配電站房負荷分析，制定所用電供電系統(tǒng)控制策略，通過持續(xù)檢測光伏儲能器電壓來實現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換和站內(nèi)負載供電方式的切換功能，以解決光伏發(fā)電所產(chǎn)生的電能運用不夠充分的問題，并通過配電智能監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)整個配電站房的實時監(jiān)控。實踐證明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，是新型電力系統(tǒng)在所用電供電系統(tǒng)領(lǐng)域的有效實踐。

關(guān)鍵詞：所用電；光伏；供電系統(tǒng)

中圖分類號：TM727.4? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）13-0047-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.13.012

0? ? 引言

隨著國家新型城鎮(zhèn)化的不斷推進，中低壓配電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大，配網(wǎng)線路電纜化率也越來越高，配電站房的數(shù)量也會越來越多。配電房、開關(guān)站等站房在整個配電網(wǎng)中扮演著電能分配及轉(zhuǎn)換的重要角色，而配電站房的所用電通常采用PT柜引出AC220 V電源，并以備用蓄電池作為專用UPS電源[1-2]，這種供電方式雖然能實現(xiàn)主備供電源自動切換，但可靠性較低，備用蓄電池需定期運維，且往往會導致線路線損率較高，不利于碳達峰、碳中和的盡早實現(xiàn)。隨著新型電力系統(tǒng)的提出與不斷發(fā)展，綠色環(huán)保、可就地消納、技術(shù)成熟的光伏發(fā)電應(yīng)用越來越廣泛[3]，把光伏發(fā)電與配電站房所用電供電系統(tǒng)結(jié)合，將是一種新的嘗試。

本文提出了一種基于光伏發(fā)電的配電站房所用電供電系統(tǒng)，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、交直流電源切換系統(tǒng)、負載設(shè)備、配電智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)，由光伏儲能模塊、交流電輸入模塊、輸電模塊組成。該系統(tǒng)通過檢測光伏儲能器的電壓，判斷光伏儲能器內(nèi)儲存的能源的量，當光伏儲能器儲能完成時，通過光伏儲能器為負載供電，而當光伏儲能器還處于充電過程中時，通過交流電為負載供電，在保證負載正常工作的情況下，充分運用光伏儲能器中儲存的能源，提高能源的利用效率。

1? ? 配電站房負載分析

由于配電站房內(nèi)的負載大多為電子類產(chǎn)品，電子類產(chǎn)品工作電源為直流電源，而國內(nèi)普遍采用交流供電體系，所以為適應(yīng)國內(nèi)的供電方式，需要在每種電子產(chǎn)品本身的體系中增加開關(guān)電源，用于將交流電源轉(zhuǎn)化成適應(yīng)本體工作的直流電源。本著最優(yōu)供電、最少耗電的原則，可以采用鋰電儲能系統(tǒng)直接對負載進行供電，減少負載前端交流變直流的電源轉(zhuǎn)換部分，節(jié)省設(shè)備成本的同時，也大大提高了電能的利用率，為后續(xù)直流供電體系的設(shè)計提供了一種新思路、新理念。

根據(jù)配電站房的負載類型，本次規(guī)劃可以將負載設(shè)備分為兩路供電系統(tǒng)供電，一路為交流供電，一路為直流供電。其中能耗大的負載，如除濕系統(tǒng)由于沒有直流供電，只能采用交流供電，即交流AC220 V/50 Hz；其他負載，如風機、照明、輔控類、傳感器類，特別是傳感器類電子設(shè)備，本身為直流工作電源，采用直流供電模式，直流供電電壓為DC200 V，在負載端根據(jù)設(shè)備額定電壓，通過降壓電源提供滿足設(shè)備額定工作電壓的直流電。這樣分類供電更能體現(xiàn)直流供電的優(yōu)越性。

以一座自動化配電站房為例，所用電二次負載除站房內(nèi)常規(guī)的照明、通風、環(huán)網(wǎng)柜電操機構(gòu)及指示燈、除濕機等外，還需配置智能監(jiān)測系統(tǒng)、DTU、顯示器、傳感器等自動化設(shè)備，涉及直流12、24、48 V以及交流220 V四種電壓。配電站房負載清單如表1所示。

2? ? 所用電供電系統(tǒng)設(shè)計

2.1? ? 所用電供電系統(tǒng)硬件設(shè)計

儲能系統(tǒng)電量來源于光伏發(fā)電，在需要對外提供電能時，根據(jù)負載類型，對于直流負載，提供負載需要的直流供電電源；對于交流負載，通過逆變控制系統(tǒng)將儲能系統(tǒng)中的直流電能逆變成220 V的交流電供給設(shè)備使用。國內(nèi)低壓供電系統(tǒng)采用220 V/50 Hz的交流供電方式，國內(nèi)的低壓電器設(shè)備統(tǒng)一采用交流輸入方式，所有電器銘牌都會標明額定電壓、額定電流、額定功率等參數(shù)。

根據(jù)配電站房的負載分析，本系統(tǒng)硬件設(shè)計時，對耗能大的負載如除濕系統(tǒng)等采用交流體系供電，即AC220 V/50 Hz。這類設(shè)備平時不需要長時間工作，所以逆變系統(tǒng)不產(chǎn)生電能損耗，只是在需要開啟時才會工作。其他如風機系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)等基本為電子類設(shè)備，本身為直流工作電源，所以這部分負載采用直流方式供電，直流供電電壓為DC200 V，在負載端根據(jù)實際情況降壓為設(shè)備需要的其他電壓等級的直流電。

本文設(shè)計的所用電供電系統(tǒng)如圖1所示，系統(tǒng)電能來源于屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)標準化配電站房大小，在屋頂共設(shè)置4陣列光伏發(fā)電單元，每陣列9塊光伏板串聯(lián)供電，4陣列合計36塊太陽能光伏板，合計面積63 m2。光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能一路通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流220 V，經(jīng)過轉(zhuǎn)換器給站內(nèi)的除濕機供電，另一路以直流電的形式存儲于磷酸鐵鋰蓄電池中，額定電壓為直流200 V，容量為40 kW·h，蓄電池輸出經(jīng)過切換開關(guān)和電壓變換器分別轉(zhuǎn)換為直流12、24、48 V給不同的設(shè)備供電。在交流220 V回路中，轉(zhuǎn)換器主要用于切換互感器柜輸出的交流電與逆變器轉(zhuǎn)換輸出的交流電，當光伏發(fā)電功率不足或儲能系統(tǒng)輸出不足時，轉(zhuǎn)換器自動切換至互感器柜輸出供電，以保障系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2.2? ? 所用電供電系統(tǒng)控制策略

根據(jù)最優(yōu)能源管控與自動化程度的要求，將配電站房中的監(jiān)控類、照明類、除濕通風類負載系統(tǒng)分為兩級進行能源管理：視頻系統(tǒng)、監(jiān)控屏柜、傳感器類、大屏一體機、照明系統(tǒng)歸為重要負載（一類設(shè)備），此類設(shè)備必須保持24 h運行，不允許間斷供電；通風類、除濕類歸為一般負載（二級設(shè)備），對于這類負載，光伏儲能系統(tǒng)僅在電量充足的情況下提供電能，在儲能不足的情況下，將通風系統(tǒng)切換到市電備用供電，除濕類設(shè)備停止工作。一類設(shè)備中，照明系統(tǒng)在有工作人員工作時或夜間開啟，其他時間段處于關(guān)閉狀態(tài)，所以一類設(shè)備中除照明的672 W外，其他傳感器類、視頻系統(tǒng)等設(shè)備累加總工作功率為1 270 W，一類設(shè)備正常工作功率為1 270 W。

磷酸鐵鋰蓄電池規(guī)格為40 kW·h，根據(jù)本文設(shè)計的光伏發(fā)電配置，平均每天可以發(fā)電60 kW·h。配電站房內(nèi)供電系統(tǒng)需要不間斷供電的功率為1.27 kW，每天耗電量約為30.5 kW·h，照明系統(tǒng)按照每天工作1 h計算，需要耗電約0.7 kW·h；對于白天時段08：30—16：30，光伏系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)正常供電，且剩余電能存儲于鋰電系統(tǒng)中，其他時間段則需要儲能系統(tǒng)外溢供電，約需額外提供32 kW·h的電量，這些電量需要通過白天的光伏補充。對于除濕系統(tǒng)、通風系統(tǒng)，在白天發(fā)電效率較高的時間段且儲能系統(tǒng)電量大于60%，即儲能電量大于24 kW·h時，由光伏儲能提供工作電能，其他時間則切換到市電補充供電，彌補由于儲能系統(tǒng)發(fā)電不穩(wěn)定導致不能提供多余電能的缺點。當儲能電量低于10%時，將輔控系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、照明系統(tǒng)切換到市電輔助供電，等到光伏儲能電量大于50%時，再次將供電電源切換到光伏儲能系統(tǒng)供電，由于輔控設(shè)備、視頻系統(tǒng)、傳感器類負載本身為直流工作電源，設(shè)計所有設(shè)備的工作電源均具有交直流通用輸入功能，以避免發(fā)生由于供電回路的交直流變換而燒毀設(shè)備的嚴重事故。

3? ? 所用電供電系統(tǒng)的實現(xiàn)

根據(jù)本文設(shè)計的基于光伏發(fā)電的配電站房所用電供電系統(tǒng)，對浙江湖州某10 kV開關(guān)站進行改造，屋頂設(shè)置36塊太陽能光伏板，儲能間設(shè)置規(guī)格為40 kW·h的磷酸鐵鋰蓄電池，同時采用超溫自動排風功能，聯(lián)動風機排風，用于降低儲能間的溫度，并安裝除濕機和干粉滅火裝置，以優(yōu)化蓄電池運行環(huán)境。開關(guān)站除常見的開關(guān)柜等設(shè)備之外，額外配置監(jiān)控系統(tǒng)、所用電供電系統(tǒng)控制柜、配電智能輔助監(jiān)控柜。配電智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)主要由環(huán)境監(jiān)測、聲紋監(jiān)測、儲能監(jiān)測、智能分析、安防視頻以及門禁管理六部分組成，如圖2所示。

本站自2022年12月投運以來，所用電供電系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了光伏發(fā)電的全部消納。

4? ? 結(jié)束語

綜上所述，本文提出了一種基于光伏發(fā)電的配電站房所用電供電系統(tǒng)，結(jié)合新能源發(fā)電、儲能技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)等，有效解決了以往配電站房所用電供電系統(tǒng)可靠性低、線損率高等問題。實踐證明，本系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，是新型電力系統(tǒng)在所用電供電系統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用的有效實踐，具有一定的推廣價值。

[參考文獻]

[1] 鄧玲，桂實.開閉所所用電源設(shè)計方案的探討[J].科技傳播，2012，4（22）：65.

[2] 周勁峰.配電所所用電重要性分析[J].黑龍江科技信息，2014（21）：5.

[3] 張珍珍，呂清泉，張健美.“雙碳”目標下分布式光伏發(fā)電技術(shù)的研究進展及展望[J].太陽能，2023（1）：17-21.

收稿日期：2023-03-14

作者簡介：錢衛(wèi)良（1973—），男，浙江湖州人，高級工程師，研究方向：配網(wǎng)運維檢修。

通信作者：孫琦（1990—），男，浙江湖州人，碩士研究生，工程師，研究方向：配網(wǎng)運維檢修。