E5站型风光互补供电系统方案论证分析报告

1、 浮梁小坑基站离网型风/光互补供电系统方案论证分析报告一、工程概述： 根据国家能源发展战略省公司要求各地市分公司在移动建设中启动可再生绿色能源供电试点工程，景德镇分公司拟在浮梁县小坑采用离网型风/光互补供电系统，为新建纯RRU站提供可再生能源供电试点工程。 浮梁小坑基站位于峡峪中的206国道与县乡公路之间的高山处，采用公网输电远离输电线路投资巨大，由于RRU站用电量小借助于高山日照时间长、山头风力大的有利再生资源，采用离网型风/光互补供电系统投资省、见效快、供电保障好。 采用风光互补的移动通信电源具有以下的优势:(1) 在乡村公路(铁路)环境下，采用风/光互补再生电源与长距离电力输电线路投资相

2、比，可节省工程投资和用电经费； (2) 风/光互补发电系统与单纯太阳能电源相比，弥补了风电和光电独立系统在资源利用上的缺陷，在有风无光环境下风能可独立完成供电需求 ； (3)在野外环境下电力公网中断供电因素较多，采用独立的风光互补供电系统，受外部人有因素小，且无需电力线路维护，相对建设迅速快、维护成本少供电安全可靠高；(4) 可再生能源，符合国家能源发展战略并得到政策鼓励和扶持是今后能源发展方向，本试点工程开展有利于今后再生能源推广应用，可获得政府节能补贴；随着试点工程的应用成功，风光互补电源在C网移动通信建设中的规模应用将成为可能，显然，此试点工程开展将为后续节能建设提供有益经验，具有一定的

3、现实意义和投资参考价值。二、小坑基站供电系统投资分析2、1 公网供电系统投资预算根据景德镇电信分公司签订的供电施工合同经现场勘察测量，小坑期站输电线路工程投资测算如下：项目单价数量合价高压部分高压申请开户费用600016000高压线路架空施工及材料费（米）3815005700010米电杆施工及材料费（根）5202613500变压器全套（包括安装及支架）费压器检测费120011200青苗补偿费100011000低压部分地埋4芯铠装铝芯电缆施工费（米）2050010000标石（包括地埋）（块)60106004芯铠装铝芯电缆材料费(米)165008000总计（元）10130

4、0开关电源投资：8000元， B级防雷投资：5000元采因公网电力供电总投资：114300元(不含发电机组、蓄电池、山下发电装置，空调)。2、2 风/光互补供电系统投资预测 根据景德镇金辰凯特信息技术有限公司报价风/光互补供电系统新能源报价如下表： 序号项目名称规格型号或计算依据单位数量单价合价1太阳能电池组件(板)JCSD200W（单晶硅）瓦160018.5 296002太阳能支架钢结构套1360036003立轴风力发电机JCFD1000W套113600166004风机塔架一般为2米套1320032005风光电互补系统控制箱JCWS3000W-48套1860086006设备费小计616007

5、设备安装工程费设备费*16%98568辅助材料费设备费*10%61609不可预见(高山搬运)费用（设备费+设备安装工程费）*3%200010总投资79616固定备用直流发电机 (含自动化柴油发电机组)：10000元，总投资为9.3万元。2.3 投资对比：采用风/光互补供电系统与公网输电线路投资相比，风/光互补供电系统少投资2.3万元。2.4 节能分析：2.4.1 风光电互补系统的节能估算根据小坑基站用电预测，风力发电机初步设计按1000W配置，太阳能电池板按1600W配置，初步测算节能效益；(1) 风能节能估算根据相关气象资料，景德镇地区年平均风速约为1.9米/秒，风机所在高度风速系数为2.5

6、6，故其平均风速约为4.86米/秒。风力发电机组日（年平均）发电总量按公式QF=K*24*PV（千瓦时）计算。其中，QF为日发电量；K为修正系数1.2至1.5，取1.35；24为日小时值；PV为年平均风速值时发电机组输出功率。本基站风力发电机组安装在铁塔顶端，塔高约为32米如果该点的年平均风速为4米/秒，则该风速下风机PV值约为0.1千瓦QF=1.35*24*0.1=3.24 千瓦时/日，即1182.6千瓦时/年，如果该点的年平均风速为5米/秒，则该风速下风机PV值约为0.3千瓦QF=1.35*24*0.3=9.72 千瓦时/日，即3547.8千瓦时/年(2) 太阳能节能估算1、太阳能电池板1

7、600W。太阳能电池组件日（年平均）发电量按公式QT=WP*TP*1*2*3（千瓦时）计算。其中QT为日平均发电量（千瓦时）；WP为太阳能电池组件峰值功率,取1.6（千瓦）；TP为当地峰值日照时数（小时），景德镇地区取3.77；1为温度损失因子取0.95；2为灰尘遮蔽损失取0.93；3为太阳能电源系统综合效率取0.82。QT=1.6*3.77*0.95*0.93*0.82=4.37千瓦时/日，即1595千瓦时/年。新能源系统合计节能为QX=QF+QT，即节能5142.8KW小时/年，2.4.2 节能减排效益分析本工程基站年需求电量为4700度，每节约1度（千瓦时）电，即节约了0.4千克标准煤，

8、同时减少污染排放0.997千克二氧化碳（CO2）、0.03千克二氧化硫（SO2）、0.015千克氮氧化物（NOX）。序号项目内容二氧化碳二氧化硫氮氧化物1每1度电污染减排（千克）0.997 0.030 0.015 2本基站年省*度电污染减排（千克）470058.726.3达到规摸应用时，国家给予总造价的70%补贴。三、风/光互补供电系统工程实施方案 3、1、基站设计方案（1）小坑基站总体布局和风光互补供电系统安装位置示意图见图1：（2）平面布置设计如图2所示；利用山顶截坡落差，建坑道机房，坑道机房一年四季保持在衡温状图1.态下，可减少空调投资和耗电。为满足国家行业相关标准规范的技术要求，本工程

9、在风/光电互补系统确保安全、可靠、稳定运行前提下进行方案设计。图2.3.2 风/光互补系统的组成风/光互补系统为离网型直流供电系统，主要由风力发电机组及其控制器、太阳能电池组件及其控制器、中央监控单元及蓄电池共同组成，如图3所示。3.3 通信负荷设计图3基站内各种通信设备的负荷要求是基站电源系统配置的依据。准确地了解、统计各种通信设备的耗电量，就能合理地配置基站内电源系统容量，从而提高设备利用率，节约能源。通过会议讨论按3A的工作电流设计，由于数据并不是通信设备满配置高话务量时数值，故本设计以160W作为计算依据。3.4 风力发电机系统配置本基站风力发电机组安装在通信铁塔旁，安装立轴型风机1台

10、（见图4），其额定输出功率为1000瓦，配套风机控制器1台（安装在机房风光电控制柜内）。风机发电机性能指标应满足离网型风力发电机组用发电机的相关要求。图4风机系统用户手册、技术手册应满足离网型风力发电机组第1部分 技术条件的相关要求。风机启动风速：不高于4米/秒；发电风速范围：4至25米/秒；额定风速10米/秒； 风机在所允许的工作转速范围内，最大输出功率不大于1.5倍的额定功率。电气系统的保护装置在负载端发生短路时，及时动作以保证电气设备无任何损坏。风轮的风能利用系数不小于0.36。机组整机效率不小于25%。图5.风电特性曲线图风机控制器根据风机功率点实现风机最大功率跟踪，效率不低于0.95

11、，输出直流电压范围为：-40V至58V，控制器具备输入端、输出端极性反接保护功能，控制器具备限流功能，防止风速突然增加引起的尖峰电流或高电压对其的损坏，具备RS232/485监控接口。 系统直流输出有效防止风力发电机组空载电压冲击措施，保证在出现最大空载电压时，系统内所有电器设备包括系统外部的用电设备均能得到有效保护。风力发电机组、控制器采取有效的防雷措施。3.5、 太阳能系统系统配置本基站太阳能电池组件标称功率为200瓦/块，共安装8块，共计额定输出功率为1600瓦。每2块太阳能电池组件串联成1组电源，2串2并分两路逐级供电。太阳能电池组件工作温度范围为：40至+90。太阳能电池组件采用单晶

12、硅材料。系统可靠性指标MTBF：105小时。图6.太阳能电池板图太阳能控制器效率不小于87%。直流输出供电回路压降应不大于500mV。控制器能根据系统输出电压及负载情况对太阳能电池组件的投入和切除进行自动控制。当自动控制失效时，有应急的手动控制。太阳能电池组件的结构与支架连接的牢固可靠，应能够抵抗34米/秒（相当于12级）暴风而不被损坏，方便地维护、更换太阳能电池组件。支架安装正确的方位太阳能电池组件的最佳倾角，以最大限度地使用太阳能。太阳能支架材料有防腐蚀措施。 太阳能控制器有防止组件反接的电路保护，防止蓄电池通过太阳能电池组件反向放电的保护功能。太阳能电池组件、控制器系统采取有效的防雷措施

13、。3.6 蓄电池容量配置本基站风光电互补系统承载的通信设备负荷约为160瓦，即3.3A/48V，按不小于72小时蓄电池后备放电时间要求配置。根据蓄电池容量计算公式进行计算：Q=KIT/1+（t-25）其中：K为安全系数，取1.25；I为负荷电流，取3.3；T为放电小时数；t为最低环境温度，取15；为放电系数为0.8；为电池温度系数取0.008；T=Q1+（t-25）/KI=42得出200AH的放电小时数为42小时。得出400AH的放电小时数为84小时。得出600AH的放电小时数为126小时。根据测算初期配置电池容量为200AH三组，待风/光供电系统运行综合评估后，再根据具体情况考虑是否增加电池

14、容量。四离网型风/光互补供电可靠性分析4.1系统供电总体方案；本系统采用风/光互补+直流油机补偿供电，系统以太阳能电池供电为主，风力发电为辅，直流发电机作为备用，电能供给如图7所示：4.2 风电控制器性能管理： 当阴雨无风天气时长超过蓄电池维持天数时，系统自动启动油机给基站供电，同时给蓄电池充电。图5.在风机控制部分采用先进的最大功率跟踪控制方式(即MPPT控制方式)，保证了风机在各个功率点都能正常的跟踪该点的功率，进行最大功率跟踪输出，从而避免了电压跟踪控制方式所带来的低功率点高压差所带来的拖住风机的现象。1）当风机输入电压（整流后的直流电压）低于50V时，此时风机几乎无功率输出，控制器将关

15、断开关管，不给蓄电池充电，以免拖住风机；2）当风机输入电压（整流后的直流电压）高于50V时，控制器将根据输入电压的高低，得到风机所能提供的功率点，结合电流采样进行功率跟踪控制，从而以最大功率跟踪的方式给蓄电池充电。3）当风机输入电压（整流后的直流电压）高于65V时，控制器将自动地逐级投入卸载功能单元进行风机卸载保护，待卸载功率电阻全部投入后吸合风机短路接触器，共同保持十分钟后释放，从而躲避大风带来的危害。4.3 光伏控制器性能管理1）采用“一点式”控制方法和电流电压双闭环控制策略。详见“控制部分”。2）显示部分采用160*80大屏幕液晶显示屏，3）可对蓄电池电压，4）负载电流及充电电流、日发/

16、放电量、月发/放电量、负载短路次数、环境温度进行实时监控和显示。5）同时提供风机发电情况的监测，6）包括风机充电电流、风机充电功率等！7）系统支持对蓄电池参数、光伏电池参数(保留)、系统参数、时间参数进行编程设定。8）具有过充、过压、一次下电、二次下电、过载、短路、过热等一系列声光报警和保护功能。9）具有温度补偿功能，10）补偿系数可设定。4.4 风光互补供电系统控制管理控制部分采用“一点式”控制方法和电流电压双闭环控制策略。当蓄电池电压高于过压保护值时，立即关断太阳能电池并声光报警，延时30分钟后关断输出。直到电压恢复到过压恢复值，控制器会自动开通输出和太阳能电池。当蓄电池电压低于二次下电而

17、大于一次下电值时，控制器通过声光报警提示蓄电池电量较低的情况。当蓄电池电压小于一次下电值时，首先声光报警，启动油机进行供电和充电，然后延时30分钟，如果蓄电池电压仍然低于一次下电值，则关断负载输出。直到电压恢复到过放恢复值控制器会自动输出。当蓄电池电压高于过充保护值时，立即关断太阳能电池。当蓄电池电压达到均充保护值时，关断目前正在充电的第一路太阳能电池，过1分钟如果电压仍然高于均充保护值，就关断下一路太阳能电池；再过1分钟如果电压仍然高于均充保护值，就关断下一路太阳能电池；直至所有太阳能电池全部关断。如果在检测电压期间，电压小于等于浮充值，开通所有太阳能充电回路。此时将全部太阳能电池全部开通，同时又电流闭环控制，即当充电电流高于最大允许充电电流时，关断目前正在充电的第一路，过15秒，如果依然高于最大允许充电电流，就关断下一路，依此类推，直到关断所有太阳能电池。当发生过载时，系统延时15S后，判断若仍然过载，则关断输出。当发生短路时，控制器立即关断输出，并且判断负载短路次数是否已经达到允许值，如果达到，控制器关闭太阳能电池并锁死控制器。当温度变化范围较大时，系统会进行温度补偿，改变蓄电池部分参数以适应新环境对蓄电池的要求。4.5 控制系统按键操作界面管理按键共有5个，它们是ESC(返回)、EDIT（编