新能源中的應用及技術優勢

朱耿峰，宋慶華

（華能青海發電有限公司新能源分公司，青海 西寧 810000）

0 引 言

新能源發電技術的日益成熟，為通信電源的應用提供了全新的解決方案。并網光伏發電微網系統作為新型通信電源系統，具有快速搭建、方便靈活、穩定可靠等優勢，已經廣泛應用于通信基站電源供應、無線電通信系統電源供應、遠程監控設備電源供應等方面。

1 并網光伏發電微網系統的構成

并網光伏發電微網系統是一種新型網絡結構，由分布式電源、儲能系統、負載以及控制裝置構成。

1.1 分布式電源及儲能系統

分布式電源及儲能系統由光伏并網逆變器、柴油發電機、儲能變流器以及電池管理系統組成。具體內容如下。

光伏并網逆變器可以將光伏電池板所產生的直流電轉換為交流電，并輸出到微網系統。

柴油發電機是分布式電源系統中常用的備用發電機組，主要作用是在光伏和風力發電等新能源發電不足時，提供穩定的備用電力。

儲能變流器（Power Conversion System，PCS）是分布式電源及儲能系統的核心控制裝置，主要用于控制各種能量存儲設備的充放電及電能質量管理。其主要技術包括電能質量控制、能量存儲控制、并網控制以及安全控制等方面。

分布式電源及儲能系統中，電池組的電池管理系統（Battery Management System，BMS）是一個智能化的電池管理系統，可以監測和控制電池組的電壓、電流、溫度等參數，確保電池組工作在安全和高效的狀態下，實現對電池的充放電控制、電池的均衡管理、溫度保護等功能，并可以通過通信接口將實時數據傳輸到上位機，便于系統運行管理和監測。

1.2 負 載

并網光伏發電微網系統中，負載指接受電力供應的設備或設施。設計并網光伏發電微網系統時，需要根據負載的功率需求、工作時間及電流特性等因素進行精準計算，以確保系統的穩定性和可靠性。此外，需要考慮負載的時序性，對不同時間段的負載需求進行分類和優化，以提高能源利用效率，節約成本。

1.3 控制裝置

控制裝置由監控中心、控制器和執行機構組成。監控中心通過傳感器實時監測系統的運行狀況；控制器負責分析和處理監測數據，制定合理的運行策略；執行機構負責實現具體的控制操作。

2 新能源發電機組在通信電源中的技術優勢

2.1 通信電源的需求特點

通信設備作為關鍵設施，對電源的要求往往比一般設備更加嚴格。因此，通信電源需要具有高可靠性、高效率、高功率因數、高穩定性以及高可靠性等特點。通信設備的電源會受到交流電源供電中斷和電壓波動等影響，因此需要使用直流電源備用供電。同時，通信電源需要滿足快速響應的特點，即電網電壓異常時能夠迅速切換到備用電源，以確保通信設備的穩定運行[2]。新能源發電機組在通信電源中的應用，能夠充分滿足這些需求，為通信設備提供穩定可靠的電源保障。

2.2 搭建速度快且建設成本低

傳統的電力設施建設中，需要投入大量的人力物力，并且建設過程時間較長。利用新能源發電機組進行通信電源供應，可以快速搭建并節省建設成本，具有明顯的優勢。并網光伏發電微網系統由光伏發電機組、儲能系統、逆變器、PCS、BMS 以及負載組成。其中，光伏發電機組和儲能系統可以預先搭建，其余設備可以根據具體需求進行快速搭建和調整，進而縮短建設時間，節省建設成本。以設立一個通信基站為例，其總功率需求為100 kW，基站負荷情況如表1 所示。

表1 該基站負荷情況

根據以上數據，可以看出該基站的負荷需求在每周的變化比較穩定，每天的峰值負荷需求不超過25 kW，最小值不低于19 kW。該基站連續8 周的周負荷曲線如圖1 所示，通過分析該基站的周負荷曲線，發現其峰值功率需求為160 kW，且峰谷差為60 kW。假設使用40 kW 的光伏發電機組和50 kW 的儲能系統，根據峰谷差原則，還需要10 kW 的備用發電機組。利用并網光伏發電微網系統，可以實現對該基站的電力供應，并且可以實現峰谷調節和電網恢復功能。傳統的電力設施建設需要耗時數月甚至數年，而新能源發電機組的建設可以在數周內完成。此外，新能源發電機組的建設成本相對較低。例如，以光伏發電機組為例，其建設成本約為1.2 萬元/kW，而柴油發電機組的建設成本則約為2 萬元/kW。因此，新能源發電機組的快速搭建和低建設成本是其在通信電源中應用的重要優勢。

圖1 該基站連續8 周的周負荷曲線

2.3 方便靈活且可以實現新能源就地消納

傳統電源建設需要進行大規模的設備調試和施工，因此花費時間較長且成本開銷較大。而新能源發電機組作為獨立的電源設備，其建設相對簡單，可根據用電需求進行靈活配置，同時可以就地消納新能源。新能源發電機組的就地消納能力，主要由其儲能系統的容量和PCS 的控制能力所決定。儲能系統的容量需要根據實際的負荷需求和新能源的發電量進行確定；PCS 的控制能力需要根據并網電壓、頻率、無功功率等特性進行優化調整，以確保新能源發電系統的并網穩定性。該基站某日負荷曲線如圖2 所示。

圖2 該基站某日負荷曲線

根據以上負荷曲線數據，可以估算出該基站一天的總電量消耗約為4 464 kW·h。可以通過靈活配置新能源發電機組滿足該負荷需求，并實現就地消納。

2.4 穩定性高且全天候提供電力

以一個投入使用的并網光伏發電微網系統為例，該并網光伏發電微網系統技術參數如表2 所示。

表2 某并網光伏發電微網系統技術參數

表2 中：故障停機時間指設備發生故障后停機的時間；平均無故障時間指設備平均工作時間，即沒有發生故障的時間；市電切換時間指從市電故障到新能源發電機組供電的切換時間；穩態調節時間指設備輸出電壓在變化的情況下，達到穩態電壓所需的時間；穩態電壓偏差指設備輸出電壓與額定電壓之間的偏差；動態電壓調節范圍指設備輸出電壓在動態變化的情況下，可以調節的電壓范圍；輸出電壓波形畸變指設備輸出電壓的畸變程度；輸出頻率波動指設備輸出頻率的波動程度。通過這些技術參數可以看出，并網光伏發電微網系統能夠提供穩定可靠的電力供應[3]。

3 應用場景

3.1 通信基站電源供應

通信基站是移動通信網絡的核心設施，需要穩定的電源供應以保證其正常運行。然而，由于基站的分布較為廣泛，不同地區的供電環境和條件也不盡相同，主電網接入難度大，同時，一旦主電網中斷，基站可能就會受到嚴重影響。而并網光伏發電微網系統具有可靠的電源供應和靈活的接入方式，因此在通信基站電源供應中得到了廣泛應用。通信基站的電源需求通常具有高可靠性、長壽命、高質量、高效率以及低噪聲等特點。同時，通信基站對電力質量的要求非常高，如對電壓、電流、頻率以及波形等方面都有著較高的要求。并網光伏發電微網系統通過多種新能源發電機組的組合，配合儲能系統和逆變器等設備，可以滿足通信基站的電力需求。此外，通過智能控制和管理并網光伏發電微網系統，可以精細化管理和控制電力質量[4,5]。

3.2 無線電通信系統電源供應

無線電通信系統電源供應是并網光伏發電微網系統的重要應用場景之一。無線電通信系統通常需要長時間、穩定的電力供應，而并網光伏發電微網系統可以在偏遠地區提供可靠的電力供應，從而滿足無線電通信系統的需求。由于無線電通信系統的穩定性要求很高，因此需要選用高質量的逆變器和光伏組件。此外，為保證系統的穩定性和可靠性，需要配置適當的PCS 和BMS 來監控與管理系統。光伏組件技術參數如表3 所示，逆變器技術參數如表4 所示，PCS 技術參數如表5 所示，BMS 技術參數如表6 所示。

表3 光伏組件技術參數

表4 逆變器技術參數

表5 PCS 技術參數

表6 BMS 技術參數

通過并網光伏發電微網系統的配置，可以實現對無線電通信系統長時間、穩定的電力供應。同時，光伏發電系統可以利用當地的太陽能資源進行發電，實現就地消納，降低能源輸送的成本和損耗。

3.3 遠程監控設備電源供應

遠程監控設備電源供應是并網光伏發電微網系統的一個重要應用場景。遠程監控設備一般安裝在地理位置偏遠且交通不便的地方，如山區、沙漠、海上等，需要穩定可靠的電力供應來保證設備的正常運行。而并網光伏發電微網系統通過利用太陽能光伏電池板將太陽能轉化為電能，再經過逆變器轉換成交流電，為遠程監控設備提供可靠的電力供應。實際應用中，遠程監控設備通常需要長時間的電力供應，因此需要使用高效的光伏電池板和儲能設備。光伏電池板的安裝角度和朝向需要根據當地的天氣條件與日照時間進行調整，以最大限度地利用太陽能資源。

4 結 論

并網光伏發電微網系統具有快速搭建、靈活可靠、節約建設成本等優勢，特別適用于遠離主電網和需要長時間電力供應的場景。未來，隨著新能源技術的不斷發展，微電網系統的應用將會得到更廣泛的推廣和應用。同時，如何提高微電網的可靠性和穩定性，以及解決新能源并網的技術難題，是未來微電網系統需要解決的重要問題。