地方數(shù)字電視節(jié)目轉(zhuǎn)發(fā)站風光互補供電系統(tǒng)技術小論

李正福

隨著全面建設社會主義現(xiàn)代化國家新征程藍圖的開啟，各項領域技術的成熟與創(chuàng)新成為了最大的助推之力。祖國山水千姿百態(tài)，社會現(xiàn)狀層出不窮，地方地面數(shù)字電視節(jié)目的覆蓋不僅是全面建成小康社會的標志，同時也是檢驗科學技術創(chuàng)新的標準。風光互補發(fā)電系統(tǒng)是利用風光電轉(zhuǎn)化原理，為偏遠或無電區(qū)域的設備提供電力供應的高度集成化系統(tǒng)。系統(tǒng)包括太陽能光伏組件，風力發(fā)電機組；太陽能儲能蓄電池組，集成式風光互補控制箱；安裝支架以及配套安裝件構成。此系統(tǒng)為高度集成化成套產(chǎn)品，擁有風機剎車、充放電控制、多電源輸出、數(shù)據(jù)通信、防雷接地、安全防護等優(yōu)點，是一項科技創(chuàng)新技術，為在我縣復雜的地理環(huán)境鋪開地方地面數(shù)字電視節(jié)目覆蓋工程帶來了更大的優(yōu)勢便利。

屏邊縣80%村寨處于山區(qū)與半山區(qū)，地理環(huán)境復雜，由北向南形成三條較大支脈盤貫全縣，地勢北高南低，破碎的山地，最高海拔為2558米，最低海拔為154米，相對高差為2434米，多數(shù)山嶺在1500米以上，有低洼窄邃的河谷，有山高坡陡的高寒山區(qū)，村民居住村寨分散，地方地面數(shù)字廣播電視節(jié)目覆蓋發(fā)射機戰(zhàn)建設難度大，全縣要建20多個轉(zhuǎn)發(fā)機站才能基本覆蓋，我縣多數(shù)廣播電視發(fā)射收轉(zhuǎn)站覆蓋工程是采用無線接收轉(zhuǎn)發(fā)的方式，有信號適合建站的點多數(shù)都在海拔高的大山頂上，而多數(shù)山頂離村寨較遠，難以架設市電，因此，通過技術人員的多次考察、試驗、研究，最終決定要與科技創(chuàng)新為引領，在新現(xiàn)鄉(xiāng)期咪村旁邊的山頂上建一座小功率廣播電視發(fā)射機站——采用太陽能風光互補供電方式提供設備電源，此機站地理位置為東經(jīng)103°58'，北緯23°42'，海拔高度1523米，年平均風速5-8米/秒，年日照時間2800小時。適宜建小功率10W電視發(fā)射收轉(zhuǎn)站。以下我們就以此機站為例，就此類機站的風光太陽能技術建設做簡要小論。

一、供電需求及供電方式

此次建設的地面數(shù)字廣播電視機站設備供電要求為交流220V，設備總功率400W，工作電流6A，選擇供電時間為8：00-23：00，供電時間15小時。

基于機器設備供電要求，經(jīng)過研究實測分析比較，系統(tǒng)組成設備為：通信專用正弦波逆變電源、直流定時開關、蓄電池、風光互補控制器、垂直軸風力發(fā)電機、太陽能電池板。本系統(tǒng)中以太陽能供電為主，風力發(fā)電為輔。

二、設備構成及選型

1.太陽能電池板

太陽能電池板選用多晶硅36V300W 4塊，連接方式兩串兩并。該型號太陽能電池板在多云天氣下轉(zhuǎn)換效率較高，正常工作電流8.2A，兩組并聯(lián)后工作電流16.4A，陰天工作電流也能在6A左右，完全能滿足設備供電要求。

2.風力發(fā)電機

風力發(fā)電機選用垂直軸永磁發(fā)電機，該發(fā)電機具有安全性高、啟動風速低、全向受風、不需要換向等優(yōu)點。此次選用的風力發(fā)電機具體參數(shù)為：額定電壓48V，額定功率：500W，啟動風速1.3米/秒，額定風速14米/秒，安全風速45米/秒，調(diào)速方式為自動迎風角度。根據(jù)安裝地點實際情況，風力發(fā)電機平均輸出功率在300W左右，能為蓄池提供6A左右的充電電流。

3.風光互補定時控制器

本系統(tǒng)采用風光互補控制器對兩個供電單元、蓄電池、負載進行集中智能管理。由于風電和光電單元必須通過蓄電池儲能才能穩(wěn)定供電，蓄電池合理的容量和科學的充放電是系統(tǒng)壽命的保證，本系統(tǒng)采用雙標三階段充電，實現(xiàn)對蓄電池的科學充電。

風光互補控制器由LCM液晶顯示模塊、鍵盤、MCU組成，是系統(tǒng)控制、管理的核心，驅(qū)動充電模塊實現(xiàn)對蓄電池的雙標三階段充電，驅(qū)動逆變、以及系統(tǒng)的實時保護和數(shù)據(jù)再現(xiàn)與傳輸?shù)?，同時提供風機的磁電限速保護，在風力過功率時，給風機反向磁阻力矩，降低風機轉(zhuǎn)速。同時對負載定時控制，最大化地節(jié)約電能。

4.蓄電池組

本系統(tǒng)采用太陽能專用的免維護蓄電池，單只電壓12V，容量150AH。電池組共使用4只串聯(lián)使用，總?cè)萘?8V150AH。

5.逆變單元

本系統(tǒng)采用通信專用高頻逆變器，輸入電壓為直流48V，最大電流10A。輸出電壓為交流220V，持續(xù)帶負載功率為650W，波型為純正弦波，符合設備供電要求。

該逆變器還能對電池狀態(tài)和負載狀態(tài)進行智能監(jiān)控，當供電電壓、電流超出正常值時，自動切斷電池組和負載，對電池組和負載進行合理保護。

三、機站架設與安裝

1.太陽能電池板和風力發(fā)電機統(tǒng)一架設在接收發(fā)射鐵塔上，安裝如下圖左。

2.機房機柜內(nèi)安裝蓄電池組、風光互補定時控制器、逆變器、避雷保護器，安裝如下圖右。

四、系統(tǒng)綜合分析

本系統(tǒng)根據(jù)平時廣大農(nóng)戶收看電視時間段，確保機器設備運轉(zhuǎn)要求，設備工作時間定為15小時，負載功率400W。

設計單位使用實際設備測試具體數(shù)據(jù)為：發(fā)射設備正常工作時，電壓220V，工作電流1.9A。逆變器輸入端電壓48V，電流6A。結合實際情況，本系統(tǒng)選用了48V600W太陽能電池板，電池板空載電壓62V，正常工作電壓48V，在一般有陽光的天氣情況下，充電電流達到16A；風力發(fā)電機在微風情況下，能為電池組提供6A左右的充電電流。蓄電池組容量為150AH。

根據(jù)設備選用配置情況，每天白天太陽能和風力發(fā)電機供電電流為22A，設備負載使用電流為6A，還能有16A電流為電池組充電，在電池虧電80%的情況下，每天充電8小時就能將電池充滿。陰天太陽能電池板也能達到6A的供電電流，滿足設備供電需求，風力發(fā)電機發(fā)出的電量即可對電池組供電。在太陽能和風力發(fā)電機完全不供電的情況下，按電池組80%的放電率計算為120AH，設備放電電流6A，計算得出電池組完全自給的情況下工作時間為20小時。

目前，我縣在新現(xiàn)鎮(zhèn)期咪村旁所建的廣播電視發(fā)射機站試點已經(jīng)正常運行3年，證實了風光互補供電技術的可行性，有效解決了當?shù)?00多戶人家觀看州、縣兩級地方數(shù)字電視節(jié)目的問題，讓山區(qū)農(nóng)村群眾及時了解我州、我縣建設發(fā)展的新動向，為推動社會主義精神文明發(fā)展、助推打贏脫貧攻堅戰(zhàn)奠定堅實基礎。

（作者單位：云南省屏邊縣廣播電視局）