在灌区用水管理中，斗渠为主要的管理用水末端，以交口灌区为例，斗渠闸门大约400多个，这些渠道闸门广泛分布在灌区各个角落，闸门均为渠道开口独立闸门，大小从300*300到800*800均有，且无法实现供电，但由于灌区信息化建设和现代化智慧灌区管理的需要，需要对这些闸门进行电气自动化改造，在改造中，包括启闭机电气化改造，控制器设计改造、供电系统改造，对每个角落建设供电线路不实际也不经济，所以需要进行供电系统设计，现就交口灌区斗门电气自动化改造过程中供电系统设计应用的几个问题进行简要分析。
一、供电系统选择
斗渠斗门主要分布在田间地头，为灌区末极渠道，建设专门的供电线路不实际也不经济，所以，我们采用太阳能供电系统，太阳能供电系统有以下几个特点
1、环保经济，不占空间，无污染
2、长寿命，晶硅体太阳能板可使用15-20年
3、高性能，晶硅体太阳能板可抗冰雹，抗潮湿、抗高辐射，且太阳能组件可在-40℃到70℃正常运行。
4、无需值守，适用环境广泛。
二、太阳能系统的构成
太阳能供电系统由太阳能板、胶体电池、太阳能供电控制器三个主要部分构成，太阳能电池板为胶体电池充电，胶体电池作为供电主要载体，太阳能供电控制器对太阳能板、胶体电池、负载进行供电控制和调整。
三、独立闸门太阳能供电系统负荷设计
1、独立闸门供电系统负载大小和运行特点
独立闸门系统供电负载为闸门启闭机和独立闸门控制器，闸门启闭机采用24V直流电机控制为主要负载，800*800闸门蜗轮蜗杆启闭机电机大约300W左右，闸门控制器采用24VDC供电，功率大约最大功率8W左右，正常运行2.5-4W左右。
运行时，闸门控制器为24小时不间断运行，保持通讯和数据监测，闸门启闭机为调试时运行，经过一年的数据统计，闸门启闭机大约运行时间累计情况为：
1）水量和渠道液位稳定时，闸门启闭机每天累计运行时间为5分钟，大约调整3-4次。
2） 水量和渠道液位极为不稳定时，每天累计运行时间为20-30分钟，处于每20分钟监测一次，调整一次的状态。
3）阴雨天气由于不用灌溉，闸门启闭机不运行。
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2、供电系统胶体电池容量选择
整个供电系统运行核心为胶体电池，要从运行角度和经济角度进行合理性设计和选型。
正常放水灌溉时，负荷按照最大计算，我们按照启闭机300W每天累积运行40分钟，控制器5W每天运行24小时，计算每天负荷所需电量。
供电均为24V供电，时控制器平均功率为5W,运行电流为0.21A，每天运行24小时，所以每天所需消耗电池电量为5AH
启闭机运行时最大功率300W，运行电流为12.5A，每天累计运行40分钟，所以每天所消耗电池电量为8.3AH
所以，正常放水灌溉时，控制系统负荷用电量大约每天13.3AH左右
阴雨天由于不用放水灌溉，负荷用电量每天大约5AH左右。
所以，结合灌区多年天气数据和灌溉运行特点，设计为阴雨天5天保障，放水灌溉时天气均为晴朗，太阳能板可为系统充电的特点进行设计，且电池容量消耗的保障，电池容量选择应较为恰当，经过试验，较为经济实用的为24V50AH，即为两块12V50AH胶体电池。
3、太阳能电池板功率选择
太阳能电池板主要给电池充电，保障系统运行，一般情况下，太阳能系统效率为90%，灌区位于陕西关中东部，全年平均每天日照时间为9小时，有效日照效率大约60%左右，也就是说，灌区全年平均天阳能换算满负荷时间为5.4小时左右，这里按照每天太阳能电池板每天换算有效满负荷时间5小时进行功率需求运算。
负荷所需功率由闸门控制器和闸门启闭机组成，闸门控制器平均功率5W每天24小时运行，闸门启闭机300W每天运行累计运行40分钟，按照太阳能有效5小时换算，得到有效需求最小功率为
有效需求最小功率=（启闭机功率*运行时间+控制器功率*运行时间）/有效日照时间
有效需求最小功率=（300*40/60 + 5*24）/5=64W
太阳能系统电能转换效率为90%，所以太阳能板最小功率为
天阳能板最小功率=有效需求最小功率/太阳能系统转换效率=64 / 90% =71.1W
还有冬天和夏天日照时间及日照效率的差别，为保障系统正常运行，经过试验，选择24V100W太阳能电池板供电。
四、太阳能供电的特点和启闭机电机及控制器电源的选择应注意的一个问题
太阳能电池系统供电，经过试验发现，24V胶体电池满容量时的电压为26V，而24V太阳能电池板最大电压为40V左右，在夏天中午太阳直射时，系统供电电压可达37V。所以在选择启闭机电机和控制器电源模块时一定要选择宽电压选型，控制器电源模块最好选用宽电压开关型芯片，从而保证系统安全，灌区在试验中，选用最大电压50V的电机和最大电压60V供电电流1A的控制器电源模块。
论文作者:王亮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/11
标签：闸门论文; 太阳能论文; 灌区论文; 供电系统论文; 控制器论文; 胶体论文; 功率论文; 《建筑学研究前沿》2018年第24期论文;