光热电站镜场UPS电源方案设计研究论文_吴乾,王淑娥

摘要：本文结合UPS及蓄电池发展技术对光热电站镜场UPS电源进行研究，分析了镜场电源的设计方案及UPS自带蓄电池选型方法，对于光热电站镜场设备的安全运行有着重要的意义。

关键词：光热电站，UPS，蓄电池，容量

[Abstract]: This paper studies UPS power supply for the mirror field in the solar power plant according to UPS and battery development technology. The design scheme of mirror field power supply and the selection method of UPS battery are analyzed. It is of great significance for the safe operation of the solar power plant mirror field equipment.

[Keyword]: solar power plant, UPS, battery, capacity

1. 概述

随着科学技术的发展，对能源的需求日益增多，传统的能源煤、石油、天然气等不仅污染环境而且不具有可再生性，新型能源的发展日益紧迫，与光伏、风电、储能、地热等新能源类型相比，光热发电具有电能质量高、容量大、更清洁、更环保等优越性，成为当前发展的主流方向。

光热发电与传统火电相比，镜子代替了传统的锅炉、燃烧器等加热设备，吸取太阳能加热熔盐或导热油等导热介质，然后通过热传递把水加热成蒸汽推动汽轮机做供，向外发出电能。因此镜子的控制就变得尤为重要，由于镜子自身的特点，镜场区域非常广阔，本文就如何经济、可靠地给镜场负荷供电进行了探讨，推荐了合理的UPS电源方案，同时对UPS自带蓄电池容量计算进行了探讨。

2. 镜场UPS电源方案设计

2.1镜场电源负荷特点

光热发电镜场电源负荷与常规电厂电源相比，有如下特点：

1. 负荷多而分散，镜子负荷随镜子本体分布在镜场内，每一面镜子就是一个负荷点，设一个就地电控箱，镜子PLC控制、驱动等需要的电源均取自电控箱。

2. 负荷动作相对统一，存在短时对电源需求量大的情况。根据镜场的运行状况，当系统断电或者出现异常状况时，大批镜子需要同时散焦或者收镜，电源需求量大。

3. 安全性要求高。镜场电源动作要求时间段，在发生故障或出现异常的情况下，需要马上动作散焦。

因此，传统的采用保安柴油机作为后备电源得方案不能满足镜场瞬时动作的需求，因此使用自带蓄电池的UPS电源为镜场负荷供电成为首选。

2.2 镜场UPS电源主接线方式

通常UPS电源的配置有三种方式【1】：

1. 单机UPS电源（见图一）

2. 双主机并联UPS电源（见图二）

3. 装置冗余的UPS电源，即2套UPS各自独立带负荷，在负荷端设自动切换开关进行备用（见图三）

图一 图二 图三

具体采用哪种主接线方式要综合可靠性和经济性进行考虑。在现在的技术条件下，UPS电源出现故障的机率很小，可靠性本身很高，那么经济性就是镜场UPS电源选择的重要因素。经过对三种方案进行对比，结果如下：

2.3 镜场UPS容量选择

光热电站镜场镜子驱动及控制为主要UPS负荷，镜子的运行方式有：夜间模式、追踪模式和掉电模式，在夜间模式和追踪模式下负荷较小，只有满负荷的10%左右，在掉电模式下，镜子需要同时动作进行散焦，是最大负荷状态。因此UPS容量按掉电模式进行设计，可以满足各种工况的电源需求。

因为镜场区域非常广阔，如果按集中辐射式供电方式，有以下问题：

1. 对于外圈的镜子负荷，电缆敷设长度会很长，经济性差；

2. 电缆选型困难，UPS电源是低压电，在长距离输电的情况下，电压衰减很快，如果为了满足电压降要求增加电缆截面，很难选到满足要求的电缆。

3. 可靠性差，如果UPS主机发生故障，将会造成整个镜场失去UPS电源；

4. UPS选型困难，目前市场上常规用的UPS电源是1000kVA以内，而镜场的UPS负荷基本大于这个数值，如果按整体设计布置、安装、散热均是问题；

综合多种因素，镜场电源按区域集中设计，按镜子的分布情况，分数个区域，每个区域集中布置一套UPS电源为该区域负荷供电。

3. 镜场UPS自带蓄电池选型计算

3.1 蓄电池统计负荷【2】

UPS电源在蓄电池运行模式下需要经过逆变器逆变为交流电源为负荷供电，因此在蓄电池负荷计算过程中需要考虑功率因数 及逆变器效率 。

对每个区域的UPS电源：

UPS输出功率=UPS伏安数*

蓄电池负荷= UPS输出功率/

3.2蓄电池容量影响因素及计算负荷

1. 设计裕度

一般镜场的规模为终端规模，因此不考虑设计裕度，与UPS电源一对一容量设计。

2. 老化因子K1

因蓄电池需要在运行一段时间后，因为极板盐化问题导致蓄电池容量降低，因此在初始进行容量选择的时候，需要考虑一定的老化因子。

3. 温度矫正系数Kt

根据运行环境的不同，需要对蓄电池容量进行一定的温度补偿。

4. 铅酸蓄电池计算负荷负荷

因此，蓄电池计算负荷=蓄电池负荷 x老化因子x温度矫正系数

4. 小结

随着能源的日渐稀缺，采用太阳能发电是将来很长一段时间的发展方向，如何安全可靠经济的为镜场负荷提供电源，对光热技术的发展有着重要的意义。

本文经过技术经济分析为镜场电源推荐了设独立的UPS电源为镜场负荷提供可靠的电源，而且为UPS自带蓄电池的容量计算提供了思路。

参考文献：

【1】电力工程交流不间断电源系统设计技术规程

【2】不间断电力系统用蓄电池选择及容量计算

论文作者:吴乾,王淑娥

论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期

论文发表时间:2018/12/12

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