浅谈太阳能供电系统在调压计量站中的应用

庞红军

(津燃华润燃气第三销售分公司 天津300480)

浅谈太阳能供电系统在调压计量站中的应用

庞红军

(津燃华润燃气第三销售分公司 天津300480)

由于不具备市电供应条件，一些偏远地区建设无人值守调压计量站时，采用太阳能方式供电是解决无人值守站点用电的有效方法。重点介绍了利用太阳能技术解决无市电情况下无人值守站的用电问题，解决了站点数据上传、照明以及伴热等功能的用电需求。

无人值守站 太阳能 数据传输

随着燃气事业的飞速发展，燃气工程由市区不断向郊县发展。第三销售分公司管辖范围大都在边远地带，那里的电力、通讯等条件落后，不具备市电供应条件，因此，开发太阳能供电系统为调压计量站点供电是当前的最佳选择。多晶硅太阳电池系列组件采用国外生产的单体电池片与TPT背板，从而保证了组件的质量，大大提高了组件的使用寿命和在各种条件下运行的可能性。它特有的加工工艺能够显著提高太阳能电池的吸光能力，并将其高效转换成电能，提高了转换效率。其具有无污染及附加危害、性能优良、质量可靠、安装简易等特点，成为众多用户的理想选择。这也在一定程度上确保了该系统能够正常、高效的运行。

本文就不同场合不同工艺情况下太阳能应用情况进行了介绍与分析。

1 单纯数据传输

武清逸仙园计量站是2008年公司对原武清华森进行改造的无人值守中压计量站。因地处偏僻，该电站周围无电力设施，但该站数据非常重要，必须实行数据上传，因此采用太阳能供电的方案。

该站流量计为爱拓利涡轮流量计，现场用电设备除RTU、DTU外，还有R232/485协议转换器、GPRS模块等。其功耗具体为：RTU持续工作功耗为12,W，加上GPRS、I/O模块、继电器等设备，全天功耗≤350,W/h。

图1为该设计的系统原理图。该系统的主要设备由太阳能板、蓄电池、太阳能控制器、数据采集RTU、GPRS Modem、12,VDC配电单元等组成。其中，蓄电池为RTU、GPRS Modem以及流量计供电，现场数据采集RTU通过RS485的方式将瞬时流量、累计流量、运行压力、运行温度等参数采集到寄存器中，然后再通过GPRS Modem将数据传送至上位的燃气调度中心。

太阳能控制器的作用，是利用太阳能板为蓄电池进行充电。该控制器还具有保护的功能，当蓄电池的电量过低时，控制器会自动切断蓄电池的输出，防止电池因过分放电而造成损耗。

图1 太阳能供电远程流量计量系统原理图Fig.1 Schematic of solar powered remote flow measurement system

2 数据传输电保温供电

因该站有电伴热的需要，太阳能电池和储能用蓄电池的功率和容量都要大一些。该站电伴热带为10,m左右，非全天候，只供给调压器及毛细管道，全天功耗≤600,Wh。数据传输功耗全天功耗≤350,Wh，冬日最大日功耗为950,Wh，夏日最大日功耗为350,Wh。

系统采用太阳能供电方式，太阳能电池板固定在院内空地上，角度上垂直于正午日照光线，并避免周围遮挡。电池和控制单元单独置于防爆箱体内部。

配置：①100,Ah铅酸蓄电池2块；②单晶体硅太阳能电池板1套；③控制器1套；④设备安装支架1套。

3 数据传输低压照明电伴热供电

适用于远离市电范围的调压计量站点，其功耗统计为：①仪表需外供24,V直流电源；②站区照明，满足夜间维护照明需要；③柜内RTU、GPRS自控单元需供24,V直流电源；④撬内电伴热常规需要220,V供电。

电伴热带为10,m左右，非全天候，只供给调压器及毛细管道，全天功耗≤600,Wh。数据传输功耗全天功耗≤350,Wh，照明全天功耗≤300,Wh，冬日最大日功耗为1,250,Wh，夏日最大日功耗为650,Wh。

系统采用太阳能供电方式，太阳能电池板固定在院内空地上，角度上垂直于正午日照光线，并避免周围遮挡。电池和控制单元单独置于防爆箱体内部。

配置：①100,Ah铅酸蓄电池2块；②单晶体硅太阳能电池板1套；③控制器1套；④设备安装支架1套。

4 数据上传低功耗照明电伴热加臭装置供电

系统供电要求如下：①仪表需外供24,V直流电源；②加臭装置需提供220,V交流电源；③站区照明满足夜间维护照明需要；④柜内RTU、GPRS自控单元需供24,V直流电源；⑤撬内电伴热常规需要220,V供电；⑥还应考虑供电及配电单元的内部损耗(见图2)。

图2 系统结构图Fig.2 System structure

功耗统计：①RTU持续工作功耗为12,W，加上GPRS、I/O模块、继电器等设备，全天功耗≤350,Wh；②低功耗的照明(例如直流LED灯)设置两组，全天功耗≤300,Wh；③加臭，以设计流量2,500,m3为标准，每次加药量定为50,mg，每立方米加25,mg，则每分钟需要加20次，则相当于功耗为60,W左右。目前日供气规模为10,000,m3，小时流量为500,m3左右，全天功耗为≤600,Wh；④伴热10,m左右，非全天候，只供给毛细管道，全天功耗≤600,Wh。

根据上述分析，冬日最大日功耗为1,800,Wh，夏日最大日功耗为1,200,Wh。

系统结构图如图2所示。

配置：①100,Ah铅酸蓄电池2块；②单晶体硅太阳能电池板1套；③控制器1套；④设备安装支架1套。

安装方式：系统采用太阳能供电方式，太阳能电池板固定在院内空地上，角度上垂直于正午日照光线，并避免周围遮挡。电池和控制单元单独置于防爆箱体内部(见图3)。

图3 太阳能电气安装结构图Fig.3 Solar electrical installation structure

需要注意的是，太阳能电池板的安装必须是正南方向45,°倾斜安装，且要安装牢固。

5 运行现状

太阳能系统从2008年第4季度开始运行。我们从2009年8月开始对充电电压和电池电压进行科学监测，获取了第一手资料。通过对历史记录的分析，可以看出每日充电时间集中在上午8点到下午5点左右，随着季节不同，充电时间和充电电压都会有所变化。

在日落之后，充电电压基本消失，系统依靠电池电压继续工作。这期间，在目前功耗条件下，电池电压下降0.7,V。

图4为在阴天时的电压情况。可以看出，虽然在8月，气温很高，但由于没有阳光，充电电压仅能维持在与电池电压一致的水平上。

图4 阴天电压情况Fig.4 Voltage status under cloudy condition

图5 为在晴天时的电压情况。可以看出，在正午时分，阳光充足，可以实现4,h左右的充电时间。

图5 晴天电压情况Fig.5 Voltage status under sunny condition

6 维护措施

在春季、夏季、秋季，由于不需要伴热，而自控系统耗电量极小，所以基本可实现免维护。

在冬季，电池板发电效能随日照强度有所降低，在伴热开启后，需要对电池电压进行持续监测。在极端气候条件下，电池电压降低至警戒线时，应到现场维护。此周期最小可达15,d。

7 总 结

采用太阳能供电存在着不可避免的矛盾，即冬季的太阳能采集能量最低，但因季节寒冷和用气量大，导致加臭频率增加以及伴热开启，用电量反而是全年最高的。为保证冬季系统的不间断运行，除在设备启闭上提出一些要求之外，也需要在系统中添加适用的节电功能，减少电量消耗，延长电池工作时间。目前，太阳能板供电远程流量计量系统已经应用在京津计量站、逸仙园计量站、栖仙园和和平里计量站、中新生态城高调站、小无缝、师大二期、海河大厦、金湾广场等计量站点。自投入使用以来，系统工作稳定、数据可靠、效果显著，受到用户的一致好评，相信在未来会有广阔的应用前景。■

［1］ 王小强，欧阳骏，纪爱国. 无线传感器网络节点太阳能供电系统设计[J]. 单片机与嵌入式系统应用，2012(3)：56-58.

［2］ 周洪伟，罗建，吴英杰，等. 低电压太阳能供电系统设计[J]. 电子测量技术，2011(2)：18-21.

［3］ 杨晓宇，王运涛. 通信基站太阳能供电系统设计[J].电力系统通信，2007(6)：47-50.

Application of Solar Energy Power Supply System in Pressure Regulating Metering Stations

PANG Hongjun
(Jin Burns Huarun Gas Third Sales Branch，Tianjin 300480，China)

In some remote areas，the construction of unmanned adjustable pressure metering stations is restricted by the condition of city electric supply. Powered by solar energy is an effective solution. This paper introduces the utilization of solar energy technologies in unattended station’s electricity supply to solve site data upload，lighting and heat tracing etc．

unattended station；solar energy；data transmission

TK513

A

1006-8945(2016)08-0062-03

2016-08-09