南水北調(diào)視頻監(jiān)控系統(tǒng)風(fēng)光互補(bǔ)改造方案

1、南水北調(diào)中線工程南陽段太陽能視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化方案一、背景現(xiàn)狀南水北調(diào)中線工程南陽段現(xiàn)安裝太陽能視頻監(jiān)控及廣播系統(tǒng)約100余套，系統(tǒng)已安裝完畢。自16年10月以后存在部分監(jiān)控系統(tǒng)電量不足，視頻廣播掉線情況。供電系統(tǒng)由2塊250W/24V太陽能板和12塊600Ah/12V蓄電池組成。監(jiān)控桿高8米，主要設(shè)備有監(jiān)控?cái)z像頭、2個(gè)號(hào)角、功放、音頻服務(wù)器、太陽能控制器、逆變器、變壓器、I/O控制器、穩(wěn)壓電源、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器等組成。二、原因分析經(jīng)現(xiàn)場查看分析，導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常的原因可能主要存在三個(gè)方面。第一是氣象環(huán)境方面，也是最重要的方面：其一是南陽地區(qū)日平均峰值日照時(shí)間稍低于沿線其他地區(qū)，日平均峰值日照時(shí)間為

2、3.8小時(shí)，而沿線其他地區(qū)約為4.0小時(shí)以上。其二是冬季太陽光線弱，且晝短夜長，12月份平均日峰值日照時(shí)間僅為2.6小時(shí)，導(dǎo)致系統(tǒng)每天發(fā)電量幾乎難滿足日用電量，更沒有多余的電量存于蓄電池，如遇陰雨天氣則導(dǎo)致蓄電池欠壓斷電，一蹶不振。其三是進(jìn)入冬季及初春季節(jié)，受霧霾天氣影響光照強(qiáng)度降低，使太陽能板發(fā)電功率大大降低，且春冬季節(jié)干燥多風(fēng)，揚(yáng)塵較大，太陽能板受浮灰遮擋進(jìn)一步降低發(fā)電效率。第二是安裝環(huán)境方面，其一是個(gè)別太陽能板存在橋梁、建筑物遮擋現(xiàn)象，使光伏板不能有效利用。其二是個(gè)別太陽能板上下兩層距離較近，存在上層遮擋下層光線現(xiàn)象，影響發(fā)電效率且可能造成熱斑效應(yīng)。第三是設(shè)備運(yùn)行模式方面，個(gè)別地方攝像機(jī)

3、或監(jiān)控存在誤動(dòng)、頻繁啟動(dòng)現(xiàn)象，造成用電量增大。總結(jié)起來，突出問題為發(fā)電量少用電量多。三、隱患及后果系統(tǒng)不能正常工作，除了影響系統(tǒng)的正常功能外，也對系統(tǒng)的壽命有較大影響。蓄電池的放電深度越深，壽命影響越大，而冬春季節(jié)蓄電池長期頻繁地處于欠壓狀態(tài)，頻繁的充電放電，將會(huì)降低蓄電池的使用壽命。四、改造方案1、系統(tǒng)用電量分析為解決系統(tǒng)用電量不足問題，首先分析系統(tǒng)的用電設(shè)備及功率，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)間，核算出系統(tǒng)每天的用電量，才能以此算出所需光伏板功率。根據(jù)南水北調(diào)中線干線工程安防工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)：太陽能供電系統(tǒng)負(fù)載測試記錄進(jìn)行計(jì)算。附件2如下：附件2.太陽能供電系統(tǒng)負(fù)載測試記錄1工程名稱：南水北調(diào)中線干線

4、工程安防工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成一標(biāo)測試時(shí)間：2015年4月16日測試環(huán)境：太陽能光伏板：24V500W*2太陽能電池組：2V600AH*12太陽能控制箱：含控制器、監(jiān)控顯示屏（測試工具）、逆變器攝像機(jī)控制箱：含12VDC變壓器及負(fù)載、24VAC變壓器、廣播功放、網(wǎng)絡(luò)音頻終端、工業(yè)交換機(jī)、I/O控制器、配套無源設(shè)備（防雷器、端子排、空氣開關(guān)、漏電保護(hù)等）號(hào)角揚(yáng)聲器：100V,20W號(hào)角揚(yáng)聲器*2攝像機(jī)型號(hào)：720P高清激光室外網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)2（DS-2ZZN2LWK-PT1,標(biāo)稱最大功率110W）測試項(xiàng)目：系統(tǒng)負(fù)載、電池放電測試測試工具：高精度數(shù)字功率計(jì)、鉗形電流表、被測設(shè)備配套的調(diào)試軟件、組合工具序

5、號(hào)系統(tǒng)工作狀態(tài)其他設(shè)備工作狀態(tài)攝像機(jī)工作狀態(tài)實(shí)測系統(tǒng)功率（W220VAC實(shí)測電池放電電流（A24VDC）交換機(jī)IO控制器音頻終端功放號(hào)角機(jī)芯旋轉(zhuǎn)激光加熱有功功率率因數(shù)視在功率1日間待機(jī)VVVV38.50.755.002.212夜間待機(jī)VVVVV57.50.7675.663.253日間廣播VVVVVV2000.85235.2910.54夜間廣播VVVVVVV2350.85276.47125日間旋轉(zhuǎn)VVVVV470.7364.382.86夜間旋轉(zhuǎn)VVVVVV66.50.7588.673.97日間全開VVVVVVV2200.85258.82118夜間全開VVVVVVVV2400.85282.3512

6、注：1為保護(hù)設(shè)備硬件安全，防止攝像機(jī)溫度過熱而燒毀，攝像機(jī)廠家在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，不允許手動(dòng)打開攝像機(jī)加熱，故南陽4月份不具備測試加熱功能的現(xiàn)場條件。2根據(jù)實(shí)測情況，廣播的功率較大。測試時(shí)已將音量調(diào)至最大，瞬態(tài)功率與播放曲目的波形有關(guān)。上表中記錄的廣播播放時(shí)的整系統(tǒng)功率均為最大值，如果系統(tǒng)集成過程中不認(rèn)為修改廣播終端的音量上限，則實(shí)際應(yīng)用中，整系統(tǒng)功率不會(huì)超過上表。3視在功率由功率儀顯示的有功功率和功率因數(shù)計(jì)算得出。視在功率=有功功率/功率因數(shù)。4電池放電電流是鉗表在電池組輸出線正極的讀數(shù)。由于所有設(shè)備用電均由蓄電池供應(yīng)，此處設(shè)備用電量均按照蓄電池輸出實(shí)測電流進(jìn)行計(jì)算。由上表可知，日間待機(jī)蓄電池

7、輸出電流2.21A；夜間待機(jī)蓄電池輸出電流3.25A；攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)工作電流為0.590.65A,取0.65A；廣播工作電流為8.38.75A，取8.75A；其中日間待機(jī)模式按每天12小時(shí)計(jì)算，夜間待機(jī)模式按照每天12小時(shí)計(jì)算，攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)模式按照每天1.5小時(shí)計(jì)算，廣播模式按照每天1小時(shí)計(jì)算。則蓄電池每天放電量：Q=2.21*12+3.25*12+0.65*1.5+8.75*l=75.25Ah蓄電池額定電壓為24VDC,所以系統(tǒng)每天用電量為1.806KWh2、氣象資料南陽地區(qū)月平均峰值日照時(shí)間如下表。月度平均峰值日照時(shí)數(shù)(kWh/m2/day)緯33經(jīng)112.51月2月3月4月5月6月7月8月9月

8、10月11月12月年度平均22年平均值2.883.373.944.674.905.074.534.183.633.152.702.613.80其中全年平均峰值日照時(shí)數(shù)為3.8h,最高值為6月份5.07h,最低值為12月份2.61h?？偢汕鼐€各站年平均風(fēng)速為1.83.1m/s左右，據(jù)相關(guān)氣象部門統(tǒng)計(jì)，各站的風(fēng)速記錄如下錯(cuò)誤!未找到引用源。一月四月七月十月年站名平均大風(fēng)日平均大風(fēng)日平均大風(fēng)日平均大風(fēng)平均風(fēng)大風(fēng)風(fēng)速數(shù)風(fēng)速數(shù)風(fēng)速數(shù)風(fēng)速日數(shù)速日數(shù)南陽2.50.12.90.62.30.22.20.12.53.0許昌2.70.82.91.72.10.42.00.42.48.4鄭州3.53.53.73.12

9、.60.92.61.13.123.0安陽2.30.73.53.62.20.82.10.72.515.5邢臺(tái)1.80.33.12.71.90.71.70.42.19.9石家莊1.92.02.32.31.41.31.40.81.817.4保定2.11.53.04.32.02.72.01.22.324.1北京2.93.13.43.91.81.12.11.42.526.73、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)鑒于南陽地區(qū)冬季有效日照時(shí)間短，春冬季節(jié)平均風(fēng)速較大的特點(diǎn)，以及陰雨和下雪天平均風(fēng)速較大的氣候現(xiàn)象，且總干渠兩岸地勢開闊，平均風(fēng)速相對較大，本項(xiàng)目推薦使用風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)進(jìn)行供電。已知負(fù)載每天用電量為1.806kWh。根據(jù)

10、南陽市的風(fēng)力情況及日照情況，結(jié)合監(jiān)控設(shè)備的全天候不間斷工作的特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用風(fēng)光互補(bǔ)獨(dú)立發(fā)電作為電源，無市電等后備電源，這就要求系統(tǒng)必須滿足最不利天氣情況下的發(fā)電量能夠滿足系統(tǒng)用電需求。為保證系統(tǒng)每天發(fā)電有結(jié)余，以備陰雨天使用，本系統(tǒng)按照每日有效發(fā)電量1.1倍的用電量。即,每天有效發(fā)電量（存儲(chǔ)于電池及負(fù)載消耗的電量）不小于l.l*1.806=1.97kWh，本系統(tǒng)按1.97kWh計(jì)算。由于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)春冬季節(jié)風(fēng)力發(fā)電多光伏發(fā)電量少，夏秋季節(jié)光伏發(fā)電多風(fēng)機(jī)發(fā)電少，本工程日有效發(fā)電量擬按風(fēng)力發(fā)電:光伏發(fā)電=1:9配置。即風(fēng)力輸出電量占總用電量的10%，光伏發(fā)電占90%，即，風(fēng)力每天有效發(fā)電量Q

11、1不小于0.2kWh，光伏每天有效發(fā)電量Q2為1.77kWh。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的測算：下表為SYF-400W風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率曲線：0123I567Ht)101H2I31H516J7J8根據(jù)平原地區(qū)特點(diǎn)平均每天風(fēng)速在4m/s的時(shí)長約為6h，春冬季節(jié)約為6-8h，根據(jù)功率曲線，貝V1臺(tái)400W風(fēng)力發(fā)電機(jī)日發(fā)電量40W*6h=0.24KWh，充電效率為0.9，Q=0.24*0.9=0.21KWh光伏組件功率的測算：Q2=WpxTpxq式中：n光伏陣列效率，0.75（含組件串并匹配損失，灰塵遮擋損失，溫度影響損失，直流線路損失，控制器效率，蓄電池充放電效率）；Wp光伏組件額定功率（kW）；Tp當(dāng)?shù)刈畹头逯?/p>

12、日照時(shí)數(shù)2.61（h）；Q2光伏日有效發(fā)電量1.77KWh；計(jì)算得:Wp=904Wp因已安裝太陽能板500Wp，所以需增加200Wp太陽能電池板2塊；五、設(shè)備技術(shù)參數(shù)及性能1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品特點(diǎn)及技術(shù)參數(shù)：起動(dòng)風(fēng)速低，風(fēng)能利用率高；體積小，外型美觀、運(yùn)行振動(dòng)低。安裝采用人性化設(shè)計(jì)，方便設(shè)備安裝、維護(hù)和檢修。采用新型集電環(huán)電源輸出裝置，克服傳統(tǒng)小型風(fēng)力機(jī)迎風(fēng)時(shí)電纜纏繞。風(fēng)輪葉片采用新工藝經(jīng)精密注射成型，配以優(yōu)化的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，風(fēng)能利用系數(shù)高，增加了年發(fā)電量。發(fā)電機(jī)采用專利技術(shù)的永磁轉(zhuǎn)子交流發(fā)電機(jī)，配以特殊的定子設(shè)計(jì)，有效地降低發(fā)電機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩，同時(shí)使風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)具有更為良好的匹配特性，機(jī)

13、組運(yùn)行的可靠性。SYF-400風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)參數(shù)表:額定功率(W)400最大功率(w)440啟動(dòng)風(fēng)速(m/s)2.0年發(fā)電量(kwh)根據(jù)風(fēng)速工作風(fēng)速(m/s)2.8-25發(fā)電機(jī)形式水平軸式永磁三相交流發(fā)電機(jī)額定風(fēng)速(m/s)10.5制動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)尾翼機(jī)械偏航/電子能耗剎車安全風(fēng)速(m/s)35發(fā)電機(jī)額定電壓(v)AC24額定轉(zhuǎn)速(r/m)400發(fā)電機(jī)主體重量(kg)25風(fēng)輪直徑(m)1.4發(fā)電機(jī)外殼材質(zhì)玻璃鋼葉片數(shù)量(m)3葉片材質(zhì)增強(qiáng)玻璃鋼絕緣等級B防護(hù)等級IP54噪音W55dB產(chǎn)品壽命15年工作環(huán)境-40°C85°C質(zhì)保期限主機(jī)三年2、太陽能光伏組件1)產(chǎn)品介紹高效率單

14、晶硅光伏電池組件，其轉(zhuǎn)換效率在18%以上，此系列高效光伏電池組件適合各種應(yīng)用中的供電需求。光伏電池組件不含有運(yùn)動(dòng)部件，使用壽命至少二十五年。太陽能組件可抵抗各種惡劣天氣條件，包括劇烈的溫差變化、潮濕、強(qiáng)風(fēng)以及冰雹的撞擊。2)產(chǎn)品特點(diǎn)正功率公差0+5W正公差輸出功率保證超強(qiáng)邊框，45mm厚度良好的抗壓能力，可承受2400Pa的風(fēng)壓和5400Pa的雪壓適應(yīng)嚴(yán)酷環(huán)境具有優(yōu)異的耐鹽霧、抗氨氣腐蝕能力，適于在海邊、農(nóng)場等惡劣環(huán)境下工作抗PID采用抗PID電池工藝和組件封裝技術(shù)，適于高溫高濕地區(qū)安裝優(yōu)異的弱光發(fā)電性能清晨、傍晚和陰雨天等弱光條件下電力輸出表現(xiàn)優(yōu)異高轉(zhuǎn)換效率最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)到18.06% IE

15、C61215,IEC61730,UL1703,CQCfCE ISO9001:2DDS:ISO質(zhì)量管理體系 ISO14DD1:2004:ISO壞境管理體緊 OHSAS站皿上2007職業(yè)健康安全管理體系六、桿體與支架系統(tǒng)為了系統(tǒng)安全和可靠性，支架系統(tǒng)形成兩套方案。方案：為了使風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)更加穩(wěn)定、光伏板利用率更高效，本方案采用另外立桿方案，本設(shè)計(jì)采用7m立桿安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)和增加太陽能電池板。具體包括立桿，立桿基礎(chǔ)（含接地極），壁厚4mm，基礎(chǔ)尺寸0.6m*0.6m*1.4m。本方案優(yōu)勢為風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝于桿頂燈桿軸心，避免了桿體的振動(dòng)，因此立桿的桿體壁厚要求不高、基礎(chǔ)體積較小，另外太陽能板安裝較為方便，避免安裝太陽能板之間出現(xiàn)遮擋。立桿高度8米,由于立桿上需安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池板，故需要有良好的穩(wěn)定性與安全性，鋼材材質(zhì)為低硅低碳高強(qiáng)度鋼Q235，壁厚度±4.0mm。立桿結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算，外觀形狀及廠家的構(gòu)造參數(shù)，按抗震6級、抗風(fēng)力10級設(shè)