光储微电源在提高终端设备供电可靠性的研究
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摘 要：终端设备在推动我国南方电网公司数字化转型和数字南网建设进程扮演着至关重要的作用，它是电力营销系统对大用户实现各类电量数据统计和结算的窗口，更是我国电网与互联网深度融合的节点，因此它自身的供电可靠性备受瞩目。根据目前终端设备因供电可靠性导致的设备离线情况，提出了一种基于光储微电源在提高终端设备供电可靠性的设计方法，并做了应用分析，验证了光储微电源的实用性和可行性。
关键词：终端;微电源;供电可靠性
中图分类号：TM41文献标识码：B
配电自动化终端（DTU，Distribution Terminal Unit，后简称终端[1]）在开闭所、柱上综合配电箱、环网柜、变电所等领域应用广泛，它的主要功能是把表计等设备的数据通过无线的方式传送回后臺中心设备部署于室外。研究表明[2，3]，电源掉电和通讯异常是终端设备离线的主要原因。通常来说，终端可以配备辅助电源，增加供电接入的能力。因此，在不影响终端设备计量回路可靠性的，通过增加一路光储微电源设备的供电，并接入到终端设备的辅助电源接口，实现市电和光储两种电能来源有序为终端设备供电，可以明显提高终端设备的供电可靠性，并直接提高了终端设备的在线率[4]。
1 光储微电源的构成
1.1 总体概况
光储微电源主要由光伏组件、储能模块、控制单元、逆变模块和主备双回路切换等器件构成，可以为终端、表计、信号中继和模块等物联设备提供24小时不间断的备用电源，弥补了传统UPS长时间停电后关键设备无电可用的缺点。
当主回路（如市电源）断电后，不间断电源内置的自动切换装置快速切换至光储备用回路为负载供电;当主回路回复供电时，双回路切换又切换只主回路供电模式，确保负载24小时不断电运行。
1.2 光储微电源各器件作用
光储微电源通过光伏组件为备用回路提供间隙的电能供应;储能模块[6]主要由电池组和电池管理系统组成，确保系统在光伏充电或者为负载供电过程中不过充、不过放、不过流、高低温保护，实现系统的高可靠运行;
控制单元则是通过MPPT跟踪与控制，将光伏间隙产生的电最大程度的转化为终端设备用智能供电装置和储能电池模组稳定运行所需的电能;控制单元具有数字电路控制的自适应式三阶段充电模式，有效延长蓄电池的寿命，改善系统性能，并具有过充、过放等全面的电子保护功能，最大程度避免由于安装错误和系统故障而导致系统部件的损坏，能有效地保证太阳能供电系统更安全、更稳定、更长久的运行;逆变模块[7-8]则是将光伏或者储能装置产生的电能逆变或升压为终端等设备所能接受的电压范围[5]。
主备双回路切换则控制不同回路的电能，实现有序为终端等负载供电。如当主回路断电后，自动切换装置快速切换至备用回路为负载供电;当主网恢复供电后，终端设备用智能供电装置默认切换至备用回路状态。备用回路通常在光伏发电与储能装置的协同作用下，可以保障终端等负载全年度24小时不间断运行。
2 光储微电源在提高配电终端的应用
2.1 实现高可靠供电的系统设计
中国幅员辽阔，各地区全年的环境温度、湿度、光照强度、有效光照时长、海拔等特征差异性明显。而终端设备外装地多处于户外，运行环境具有明显的差异性。因此在光储微电源产品提高终端设备供电可靠性时，需要从如下几个角度来保障微电源产品自身的供电可靠性。
系统效率：一般来说，终端等设备的功耗只有瓦级，在无光或者弱光情况下，储能需要维持7～15天的电能供应。而光伏发电、交直流转换[8]、器件空载、弱载状态下，系统的效率可能低至50%;
发电量：小功率的光伏组件受太阳的辐射强度、光谱特性、环境温湿度、年光照时长、倾角等因素影响，故在系统设计的时候需要重点考虑上述因素;
温湿度：光储微电源的储能电池可用容量、切换装置的可靠性严格的受环境影响。在系统设计时，需要考虑安装位置的温湿度;若长期低温运行，建议选用钛酸锂电池或带温控加热功能的锂电池组;有条件的情况下，尽量对系统进行整体灌封，提高三防性能，弱化温湿度等环境因素对设备影响;
另外，光储微电源还需要考虑海拔、雷击、静电伤害、运维方便等系列因素。
2.2 接线方法
根据计量装置作业相关规定，为保证计量准确性，电气计量回路不允许加装开关及其他设备;电压输入线应单独接入，不得与电流线共用，禁止在母线连接处引出电压线至表计和终端;因此，光储微电源电源为表计和终端设备供电时的接线示意图如下图所示。
微电源产品在接线过程中需严格注意电压匹配，严禁不同电压规格混用;作业前应断开电源，避免带电操作。
3 结语
（1）终端、表计设备因供电原因导致设备离线的情况频繁发生。在保证计量准确性和可靠性的前提下，根据终端等设备离线类型，通过增加光储微电源系统可以解决因主网停电等原因导致的终端设备离线，降低了设备的运维频次和工程施工量，提高了终端、电表设备在线率和运维经济性，改善了之前终端设备离线、数据无法集抄计算、必须人为去现场整改的弊端。
（2）在光储微电源产品设计过程中，需要严格根据工作环境进行系统设计。在复杂的应用场景下，选用高可靠的通用件可以提高设备自身的可靠性，同时也提高了终端设备的供电可靠性;最终再结合运维和成本等因素进行经济效益的分析，最后选择合适的光储微电源最有配置。
（3）随着数字南网、泛在电力物联网的建设加速，越来越多的小功率物联设备的安装量将呈指数级的增加;另外，气象、安防、通讯等领域也将进一步推动物联设备的应用。通过光储微电源可以提高物联设备的供电可靠性，促进工业物联网的飞速发展。
参考文献：
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[5]田劲.电力系统站所远方终端DTU的设计与应用研究[D].武汉理工大学，2012.
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[7]王继红，郭献洲.直流侧低频电流纹波优化的单相全桥逆变器设计[J].电测与仪表，2019，56（12）.
[8]汪飞，雷志方，梁东，等.单相逆变器低频脉动电流抑制机理分析与方法综述[J].电力自动化设备，2017，37（2）：184-191.
作者简介：骆光（1972-），男，广东惠州人，高级工程师，高级技师，从事电网电能计量工作;李启奕（1985-），男，广东阳江人，高级工程师，高级技师，从事电网电能计量工作。
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