龔濤,連政兵
(海軍92678部隊,天津 300220)
羅蘭C(Loran-C)是一種陸基雙曲線遠程無線電導(dǎo)航系統(tǒng),我國的長河二號導(dǎo)航系統(tǒng)采用了羅蘭C體制,相比于北斗、GPS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),羅蘭C系統(tǒng)由于發(fā)射功率強(峰值功率 2 MW),低頻(100 kHz),全天候發(fā)射,并采用可變相位編碼發(fā)射,決定了羅蘭C信號具有作用距離遠、抗干擾能力強、全天候連續(xù)重復(fù)定位精度準確和保密性高的特點。
羅蘭C導(dǎo)航臺是涉及海上、空中載體航行安全的設(shè)施,應(yīng)保證全天候 24小時連續(xù)工作,其供電設(shè)計是嚴格的?,F(xiàn)在的羅蘭C發(fā)射臺,所有供電環(huán)節(jié),包括輸電線纜,供配電裝置都設(shè)計為 1:1備份量,主電源采用市電和自備油機雙重供電,市電取自不同的二路,自備電站的柴油發(fā)電機也設(shè)計為一工一備。市電和油機供電可以自動轉(zhuǎn)換,油機應(yīng)能快速啟動。供電質(zhì)量要求是220V/380V±5%,50周±1周,功率容量大于300kW。目前的羅蘭C臺供電系統(tǒng)已運行超過二十年,需要進行系統(tǒng)更新維護。
羅蘭C發(fā)射臺的主要使命任務(wù)之一是確保羅蘭C導(dǎo)航信號的發(fā)射率和利用率。導(dǎo)航臺除每季度必要的停機保養(yǎng)外,實行一天24小時信號連續(xù)發(fā)射,年信號發(fā)射率和利用率都達到99.9%以上,因此,羅蘭C供電系統(tǒng)的性能將直接影響羅蘭C系統(tǒng)的性能。為了提升現(xiàn)有羅蘭C發(fā)射臺的供電性能,有必要采用新技術(shù)對羅蘭 C發(fā)射臺的供電系統(tǒng)進行改造,新型的微電網(wǎng)技術(shù)是一個很好的選擇方案。
微電網(wǎng)從全球來看,主要處于實驗和示范階段,微電網(wǎng)的技術(shù)推廣已經(jīng)度過幼稚期,市場規(guī)模穩(wěn)步成長。著眼于當(dāng)下世界范圍的能源和環(huán)境困局以及電力安全需求的長期高企,微電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用前景看好。
美國能源部和加州能源委員會等資助美國電力集團、伯克利勞倫斯國家實驗室等機構(gòu)和組織,成立美國電力可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會(CERTS),對微電網(wǎng)技術(shù)進行專門研究,并認為微電網(wǎng)是一種負荷和微電源的集合,是與之相連的配電系統(tǒng)中的一個自控型實體,不但避免了傳統(tǒng)的分布式發(fā)電對配電網(wǎng)的一些負面影響,還能對微電網(wǎng)接入點的配電網(wǎng)起一定的支持作用,保證重要用戶電力供應(yīng)的不間斷,提高供電的可靠性,減少饋線損耗,對市電供電起支持和校正作用。
目前,歐洲已初步形成了微電網(wǎng)的運行、控制、保護、安全及通信等理論,并在實驗室微電網(wǎng)平臺上對這些理論進行了驗證。歐洲提出要充分利用分布式能源、智能技術(shù)、先進電力電子技術(shù)等實現(xiàn)集中供電與分布式發(fā)電的高效緊密結(jié)合,并積極鼓勵社會各界廣泛參與電力市場,共同推進電網(wǎng)發(fā)展。
日本的東京大學(xué)和三菱公司對微電網(wǎng)對展開了研究。東京大學(xué)認為微電網(wǎng)是一種由分布式電源組成的獨立系統(tǒng),一般通過聯(lián)絡(luò)線與大系統(tǒng)相連,由于供電與需求的不平衡關(guān)系,微電網(wǎng)可選擇與主網(wǎng)之間互供或者獨立運行。三菱公司則將以傳統(tǒng)電源供電的獨立電力系統(tǒng)也歸入為微電網(wǎng)研究范疇,認為微電網(wǎng)是一種包含電源和熱能設(shè)備以及負荷的小型可控系統(tǒng),對外表現(xiàn)為一整體單元并可以接入主網(wǎng)運行。日本的微電網(wǎng)研究,是立足于國內(nèi)能源日益緊缺、負荷日益增長的現(xiàn)實背景,其發(fā)展目標主要定位于能源供給多樣化、減少污染、滿足用戶的個性電力需求等。
我國開展了微電網(wǎng)研究和示范項目建設(shè),國家電網(wǎng)公司是微電網(wǎng)技術(shù)研究的主要機構(gòu)。2011年8月,國網(wǎng)電科院微電網(wǎng)技術(shù)體系研究項目通過驗收,該項目首次提出了中國微電網(wǎng)技術(shù)體系,涵蓋微電網(wǎng)核心技術(shù)框架、電網(wǎng)應(yīng)對微電網(wǎng)的策略、技術(shù)標準和政策等,制定了我國微電網(wǎng)發(fā)展線路和技術(shù)路線圖,對我國微電網(wǎng)不同發(fā)展階段提出了積極的意見和建議。
國家能源局在“十二五”期間建設(shè) 30個微電網(wǎng)示范工程,各級政府已經(jīng)出臺了一些支持性政策,河北、天津、河南、浙江、珠海等地已經(jīng)在進行微電網(wǎng)示范項目的研究及建設(shè)。其中,珠海東澳島微電網(wǎng)項目的建成,解決了島上長期以來的缺電現(xiàn)象,最大程度地利用海島上豐富的太陽光和風(fēng)力資源,最小程度地利用柴油發(fā)電,提供綠色電力。隨著整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行,東澳島可再生能源發(fā)電比例從30%上升到70%。預(yù)期未來各地會有更多政府或企業(yè)主導(dǎo)的項目上馬,微電網(wǎng)在國內(nèi)的市場將非常廣闊。
微電網(wǎng)系統(tǒng)要可靠、經(jīng)濟的運行,涉及以下關(guān)鍵技術(shù):
(1)新能源可再生能源發(fā)電技術(shù)
目前智能微電網(wǎng)主要以多種可再生能源為主,電源輸入主要為光伏、風(fēng)力、氫、天然氣、沼氣等多種成熟發(fā)電技術(shù)。
(2)儲能關(guān)鍵技術(shù)
儲能是微電網(wǎng)中不可缺少的一部分,它在微電網(wǎng)中能夠起到削峰填谷的作用,極大的提高間歇式能源的利用效率隨著科技的不斷發(fā)展?,F(xiàn)在的儲能主要有蓄電池儲能、飛輪儲能、超導(dǎo)磁儲能、超級電容器儲能,目前較為成熟的儲能技術(shù)是鉛酸蓄電池。儲能技術(shù)發(fā)展的目的是實現(xiàn)“低成本+高儲能”。
(3)微電網(wǎng)能量智能優(yōu)化調(diào)度技術(shù)
與傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)不同,微電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)屬于橫向的多種能源互補的優(yōu)化調(diào)度技術(shù),可充分挖掘和利用不同能源直接的互補替代性,不僅可以實現(xiàn)熱、電、冷的輸出,同時可以實現(xiàn)光/電、熱/冷、風(fēng)/電、直/交流的能源交換。
(4)微電網(wǎng)智能保護控制技術(shù)
微電網(wǎng)中有多個電源和多處負荷,負載的變化、電源的波動,都需要通過儲能系統(tǒng)或外部電網(wǎng)進行調(diào)節(jié)控制。這些電源的調(diào)節(jié)、切換和控制就是由微網(wǎng)控制中心來完成的。微網(wǎng)控制中心除了監(jiān)控每個新能源發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和負載的電力參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)和電力質(zhì)量與能量參數(shù)外,還要進行節(jié)能和電力質(zhì)量的提高。
采用國內(nèi)外先進的微電網(wǎng)研究成果,對羅蘭C發(fā)射臺供電系統(tǒng)進行升級改造。羅蘭C發(fā)射臺微電網(wǎng)系統(tǒng),是依托多個分布式電源及其負載按一定的拓撲結(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò),通過靜態(tài)開關(guān)聯(lián)絡(luò)常規(guī)電網(wǎng)。通過改造羅蘭C發(fā)射臺供電系統(tǒng),可促進多種可再生能源的大規(guī)模接入,實現(xiàn)負荷供電的高可靠性,是實現(xiàn)主動式配電網(wǎng)的一種有效方式,實現(xiàn)羅蘭C發(fā)射臺由傳統(tǒng)電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)向智能電網(wǎng)供電,從而有助于提升羅蘭C系統(tǒng)的整體性能。
目前國內(nèi)開發(fā)的微電網(wǎng)能量路由器,非常適用于負荷規(guī)模小于500 kW的小規(guī)模區(qū)域供電的風(fēng)光柴儲微電網(wǎng)解決方案。根據(jù)羅蘭C導(dǎo)航臺實際,設(shè)計微電網(wǎng)方案如圖1所示。
圖1 羅蘭C導(dǎo)航臺微電網(wǎng)方案框圖
用電負荷:按照目前導(dǎo)航臺的配置以 300 kW設(shè)計。
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng):依據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)資源情況,在風(fēng)資源適宜的條件下,可配置2臺200 kW風(fēng)力發(fā)電機組,單臺風(fēng)機占地100 m2~150 m2,2臺風(fēng)機間距80 m。風(fēng)機可根據(jù)具體情況,在營區(qū)選擇適當(dāng)位置架設(shè)。
光伏發(fā)電系統(tǒng):可因地制宜在建筑物屋頂鋪設(shè)光伏發(fā)電組件,裝機容量根據(jù)可用面積確定,通常1 kW組件需占用8~10 m2。初步選擇發(fā)射場區(qū)的特建機房屋頂。
儲能系統(tǒng):儲能系統(tǒng)主要有兩個作用,離網(wǎng)運行時作為主電源平抑分布式發(fā)電功率波動,保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。依據(jù)分布式電源和負荷容量,初步考慮配置800 kWh儲能系統(tǒng),如果當(dāng)?shù)赜须娋W(wǎng)支撐,可減小至500 kWh。
能量路由器:主要由控制模塊、人機交互模塊和智能配電模塊3部分組成。其中智能配電模塊為各種分布式電源、儲能、負荷、電網(wǎng)提供接入接口;控制模塊完成系統(tǒng)運行信息采集、能量優(yōu)化匹配控制和運行模式間的切換控制,人機交互模塊提供一塊大尺寸觸摸屏,方便運維人員操作。能量路由器能夠自由接入風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能電池、電網(wǎng)(或柴油機組)和用電負荷,組成微電網(wǎng)系統(tǒng),并使之全自動運行。
羅蘭C發(fā)射臺微電網(wǎng)方案主要設(shè)計目標為:
(1)高可靠性
系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備,關(guān)鍵部件采用軍級產(chǎn)品,滿足國軍標要求,平均無故障時間可達 20000 h,實現(xiàn)無人值守全自動運行,可靠性極高。
(2)即插即用
能量路由器兼容國內(nèi)外大部分分布式發(fā)電設(shè)備和儲能設(shè)備。僅需簡單配置即可使用。
(3)自適應(yīng)電網(wǎng)
支持并離網(wǎng)雙模式運行,可自適應(yīng)電網(wǎng)狀況,提高電網(wǎng)末端用戶的供電質(zhì)量。
(4)控制算法先進
先進的控制算法,可以提高儲能電池使用壽命2~3年。
現(xiàn)有羅蘭C導(dǎo)航臺的電網(wǎng)設(shè)施老舊,系統(tǒng)使用壽命在 25年以上,故障率高,維護工作量大,大部分設(shè)備(如變壓器、線路等)面臨淘汰更新再投資的問題。微網(wǎng)系統(tǒng)建成后,可以最大限度降低導(dǎo)航臺對電網(wǎng)的依賴,延緩或無須電網(wǎng)設(shè)施更新?lián)Q代。微網(wǎng)投運后,當(dāng)外部電網(wǎng)故障停電時,微網(wǎng)系統(tǒng)能夠自動切換至獨立運行模式,依靠儲能+風(fēng)機+光伏為負載供電;當(dāng)電網(wǎng)故障恢復(fù)后,微網(wǎng)系統(tǒng)自動切換回聯(lián)網(wǎng)運行模式,整個切換過程用電負荷不停電,極大提高設(shè)備供電可靠性。
我國石化能源資源有限,大部分依靠進口,過度依賴柴油發(fā)電機組供電(即過度依賴柴油)不利于能源安全。因地制宜利用分布式可再生能源可以不依賴外部資源實現(xiàn)長時間穩(wěn)定供電,有效規(guī)避能源風(fēng)險,提高能源安全性。
微電網(wǎng)與冷、熱、水系統(tǒng)結(jié)合形成冷熱電水綜合能源解決方案,與空調(diào)等附屬設(shè)施結(jié)合,可將分布式電源盈余電力用于供冷、供暖、除濕等 ,提高生活質(zhì)量。
微網(wǎng)系統(tǒng)建成后,能夠充分利用風(fēng)、光等可再生能源發(fā)電,滿足發(fā)射臺設(shè)備用電需要,在一定程度上限度減少電網(wǎng)購電量。
“長河二號”羅蘭C導(dǎo)航系統(tǒng)維護管理費用相對于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)少許多,這套系統(tǒng)應(yīng)該在相當(dāng)長一段時期內(nèi)發(fā)揮其應(yīng)有的作用,因此,有必要采用新技術(shù)對羅蘭C系統(tǒng)的性能進行進一步提升。在羅蘭C發(fā)射臺進行微電網(wǎng)改造,不僅可以提高用電質(zhì)量,還可節(jié)約能源,降低開支,效益明顯。對于羅蘭C監(jiān)測站而言,由于用電量小,其微電網(wǎng)方案可以簡約化設(shè)計,經(jīng)濟效益顯著提升。
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