风光互补发电系统设计方案汇总（两款风光互补发电系统详解）

　　1、风光互补供电系统结构及原理
　　典型的通信基站供电系统如图1所示，主要由交流配电、整流器、蓄电池、直流配电等设备组成。市电正常情况下，市电直接给交流负载供电，通过整流器给直流负载供电和蓄电池充电。市电异常情况下，通过蓄电池给直流负载供电，或通过手动或自动切换由燃油发电机供电。综合通信基站供电系统的应用特点，主要包括3个方面：（1）负载24h连续运行，负荷平稳;（2）配置一定容量的蓄电池组;（3）整流器的输出特性满足蓄电池充电要求，输出电流与蓄电池充电状态相关。

图1  通信基站供电系统原理框图

　　风光互补供电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池组、直流负载等部分组成，该系统是集风能、太阳能及系统智能控制技术为一体的可再生能源发电系统，系统结构如图2所示。

图2  通信基站风光互补节能供电系统原理框图

　　系统采用经实践确认可行的直流接入模式。风力发电机组、太阳能光伏电池组通过控制器直接给基站蓄电池组充电和负载供电。直流接入所需设备较少，除风力发电机和控制器外，无需增加额外设备，不足之处是直流接入无法直接为交流负载供电。直流接入充分利用基站供电系统的现有设备，比较符合基站供电的特点，系统简洁可靠，能量转换效率较高，比传统经逆变器供电的方式提高效率20%左右。
　　2、通信基站风光互补供电系统设计
　　2.1、通信基站情况
　　通信基站位于湖南中部某乡一个山头上，海拨高约1092m，且南北走向地势开阔，太阳能和风能资源较为丰富，年平均日照时数约为2000h，年平均有效风时数为2500～3000h，全年平均风力3～8级。该移动通信基站为1层楼房，含有柴油发电机房，基站载频数量为6个，2组500Ah蓄电池，设备总功耗大约为1kW，无空调。
　　2.2、系统设计优化方案
　　2.2.1、蓄电池容量计算
　　由于蓄电池是整个系统的后备电源，蓄电池的性能优劣直接影响整个系统的工作稳定性，故选用的阀控式密封铅酸蓄电池要符合YD/T799—2002的要求，阀控式密封胶体蓄电池要符合YD/TI360—2005的要求。基站设备为直流-48V供电，故需采用48V蓄电池或蓄电池组。按基站的重要程度，一般来说整个系统的后备工作时间要能达到3天的时间。但根据当地气象情况分析，早晚风力较大，中午阳光较强，无风无光日较少，且有市电接入，蓄电池容量配置为满足基站内所有用电设备1天需求即可。
　　系统总负载所需的蓄电池容量为：
　　Cb=（I&TImes;T&TImes;K）/（η&TImes;〔1+α（t-25）〕）
　　=100048×1×24×1.25/（1×〔1+0.006×（0-25）〕）
　　=625/0.85=735.29Ah
　　式中Cb为蓄电池的容量;I为负荷电流（A）;T为放电小时数（h）;K为安全系数，K=1.25;η为放电量系数，η=1;α为电池温度系数（1/℃），α=0.006;t为电池实际所在地最低温度，按0℃考虑。
　　经过取整后，蓄电池的容量应为800Ah/48V，现有的2组500Ah/48V蓄电池组可满足系统要求。
　　2.2.2、光伏电池板、风机配置
　　据当地气象部门资料全年风力3～8级，即风速为3～20m/s，年平均日照时数约为2000h。作为节能供电系统，光伏电池板和风机的容量配置如表1。

表1  光伏电池板、风力发电机配置表

　　风力发电机组的额定功率与额定风速选择原则：虽然风能本身并不需要使用费用，但作为实现能量转换过程的发电设备却需要成本，在节能减排风光互补供电系统中，风力发电机组的效率直接关系减排的效果，也直接关系投资的回报。相同额定功率的风力发电机组，额定风速不同时，发电量差别非常大。风力发电机组的额定功率必须与额定风速联系起来才有意义。以9m/s额定风速与11m/s额定风速的2台1kW额定功率风力发电机组相互比较，在5m/s的年平均风速和瑞利分布风速条件下，9m/s额定风速机组年发电量约2628kWh，而11m/s额定风速仅为1825kWh，低额定风速机组比高额定风速机组多发了44%的电能。图3给出了2kW风力发电机功率曲线。图4给出了年平均风速分别为4m/s，5m/s，6m/s，7m/s时，低额定风速机型与高风速机型的年发电量差别。

　　图3  风力发电机功率曲线

图4  不同额定风速风力发电机组年发电量比较

　　当以节能减排为目的新能源供电系统大规模推广时，安装地点的风速资源参差不齐，但通常低风速资源较多，风速资源丰富区少，因此，选择低风速机型尤显重要。