军用新能源微电网系统的运维及故障处置分析

发布时间:2024-09-24 03:09    来源:储能科学与技术   关键词:

据能源圈了解到,本文亮点:(1)首次论述了新能源微电网技术在国内外军事能源领域方面的发展;(2)论述了各部分在军事应用场景下的运行维护及故障处置方法;(3)介绍了军事行动中针对新能源微电网可能采取的攻击手段并提出相应的防护建议和应对策略;

新能源微电网是未来军事设施和基地实现能源自给、独立供电,装备和作战任务实现可持续、不间断供电的有效方式,代表了未来军事能源的发展趋势,通过建立新能源微电网将集中发电模式转向本地灵活可靠的可持续电力或储能形式以此用来缓解战场或属地社会生活、生产用电紧张,提高战场和属地的能源综合利用效率和调度能力,降低后勤补给压力。鉴于该发电方式的时域与空域不受限,其在军事能源领域得到了广泛应用,应用方式也随着经验的积累和技术的迭代在不断创新,对战略决策、作战部署和装备效能的发挥也产生了显著的增益影响。当然,有别于民用新能源微电网的使用环境和工况,军用新能源微电网往往面临极端的环境、复杂的工况和高强度的毁伤冲击等新的挑战,因此其运营与维护方面不仅需要组建专业的力量、建立快速反应、高效处置的运维预案及应对策略,而且在建设过程中也应提高相关组件及附属设施的品质,充分考虑军事新能源微电网可能遭遇的各类特殊情况,包括电网石墨/碳纤维炸弹、爆炸波的冲击毁伤、电磁脉冲干扰、电网病毒、无人机侵扰以及其他人为破坏电网平衡的干预方式,不断提高微电网的战场环境和复杂工况的适应能力,致力于实现战场电能源的安全、高效和可持续保障。基于以上考虑,本文系统综述了太阳能、风能等军用新能源微电网系统的运营、维护及故障处置分析的最新研究成果,并对面向战场的军事新能源微电网的未来发展提出了参考建议。

随着科技水平的发展和电力驱动设备的增加,其信息化和智能化导致的运算能力急剧提升,耗能也由此急剧增加,例如截至2023年10月,我国已建成5G基站318.9万个,单站满载功率3700 W,是传统4G基站的2.5~3倍,而265万个5G基站满载运行就足以消耗三峡水电站全年的总发电量。此外,我国传统的集中发电模式远距离输送损耗大、资源有限、建造成本高、落地难等问题亟待解决以满足人民日益增长的用电需求,近几年来全球发生数次典型大规模停电事故表明,传统电网的供配电方式亟待优化。为解决上述问题,贯彻落实国家“双碳”目标,降低对传统资源的依赖,新能源微电网得到大力发展。新能源由大自然中的各种无限循环的能源转化而来,如太阳能、风能、潮汐能、地热能和生物质能等,与传统的发电方法相比,具有取之不竭、分布极广且对环境的危害较小等特点。过去十几年里,可再生能源的获取与利用在全球的部署一直快速增加,据国际可再生能源署(IRENA)发布可再生能源统计报告,其中统计了全球2012—2022年太阳能、风能、生物质能和地热能的能源产能增长情况。如图1所示,2012—2022年,全球新增可再生能源装机容量约1800 GW,年均增速约为8.7%,2020年增速最大,达10.4%,太阳能发电发展迅猛[6],2012—2022年太阳能光伏发电装机容量增长了10倍,2022年达1164 GW,同期风电增长了2.5倍。

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图1 2012—2022年可再生能源装机情况(GW)

现代战争武器装备的迭代更新、新型作战样式和模式的创新速度加快,如单兵作战系统、空中与海上新型作战平台、远程投送与快速打击等,都需要庞大能源供应体系作为支撑。就美国而言,其国防部是全球最大的单一能源消费机构,根据能源情报署(EIA)的数据,其2022年度能源消费量达到了1.2亿桶石油和38亿千瓦时电力。近代几场美对外作战行动中,美军的战役和战术级燃料后勤补给经常遭受攻击,例如,2007年在伊拉克和阿富汗就有3000多人在输送油料的过程中遇袭伤亡。2023年的俄乌冲突中,俄罗斯通过使用伊朗的低成本Shahed-136/131无人机,瘫痪了乌克兰60%以上的电力能源系统,从而扭转了伊久姆地区、赫尔松南部地区反攻以来的颓势。大量现代战役事实表明:安全、高效、可持续的电力能源保障能力已成为现代化、信息化战争的重要制胜因素,而可独立工作且可充分利用战场资源禀赋的新能源微电网系统可促成该保障能力的形成。

然而,微电网接入大电网之后,其调节能力缺陷和上网随机性会干扰电网稳定性。例如,2021年2月份,美国得克萨斯州因极寒天气导致大量新能源发电系统发生故障,事故导致400多万用户被迫停水停电,17人遇难。由于风能和光伏发电受制于自然环境,若出现极端天气,清洁能源发电占比急剧下降,导致电能供应问题,因此,增强新能源微电网的管控与维护是提升新能源电网使用效能的当务之急。有别于民用新能源微电网的使用环境和工况,军用新能源微电网的建立往往面临着更为极端的环境、复杂的工况和高烈度的毁伤冲击等,为满足战场布设和作战任务需求,其运营与维护方面往往也需要更高的要求,不仅需要组建专业的力量、建立快速反应、高效处置的运维预案及应对策略,而且在建设过程中应该提高相关组件和附属设施的品质,充分考虑军事新能源微电网可能遭遇的各类特殊情况。在未来的建设过程中,需要不断发现和分析新能源发电系统中的各种故障,形成一定的预警预判能力,以便于制定更精准的应对方式。基于以上考虑,本综述聚焦当前军用新能源发展形势,从已有的光伏、风能发电与储能系统关键技术问题入手,阐述了军用新能源发电与储能系统的正常运作和维护,并展开了故障解析,进一步讨论基于现场的各种维护策略,特别强调纠正性、预防性和预测性维护策略等,最后,结合军用新能源微电网未来发展需要,提出发展建议。

1 国内外发展现状

1.1 国外

1.1.1 民用

2020年世界银行发布的一份调查报告显示,全球约有1.9万个微电网项目为4700万人供应电力。预计到2030年,微电网数量将达到21万,可为4.9亿人口供电,其中大部分微电网部署在南亚和东亚及太平洋地区。美国在世界微电网的研究和实践中居于领先地位,拥有全球最多的微电网示范工程,主要用于集成可再生分布式能源、提高供电可靠性为电网提供支持服务。2023年10月18日,美国能源部(DOE)宣布了电网弹性和创新伙伴计划(GRIP),并为该计划首期拨款34.6亿美元,重点用来部署超过35 GW独立储能和400个独立微电网,并资助4200万美元旨在开发下一代半导体技术提高电网可靠性、弹性和灵活性,以消纳更多风、光等可再生能源,助力实现脱碳目标。2022年,欧洲新能源的发电量首次超过化石燃料并占比22.3%,2022年9月13日,欧盟议会通过《可再生能源发展法案》,将2030年可再生能源发展目标终端能源占比从2021年的40%进一步提升至45%。在新兴市场,由世界银行和非洲开发银行提供融资2.2亿美元在尼日利亚建立了两个太阳能混合微电网融资项目,在未来估计会有更多的新能源项目上线。

1.1.2 军用

通过推行减少对石油资源的依赖和提高能源利用效率等措施,军队能够更好地适应现代战争的需要。美军在应用可再生能源方面始终处于领先地位,2008年起,美军陆、海和空等军种陆续制定了各自的能源发展战略,可再生能源的利用是主基调。2022年,美国陆军宣布将在其全球130个基地的每个基地建设一个微电网,并计划2030年前所有基地将不再依赖传统电网,2050年全面推广新能源。

早在2011年,美军总计投入3850万美元在珍珠港-西肯、卡森堡和史密斯3个军事基地分别建设3个微电网示范工程,用来保障基地用电需求,3个示范性工程给美国未来的军用新能源电网战略提供了很大的参考价值。此后,为加快军需能源转型,美国陆军能源部陆续建立了包括如图2(a)~(c)所示的大批新能源微电网项目,其中位于加利福尼亚州范登堡空军基地的光伏发电项目是美空军目前最大的光伏项目之一,如图2(b)所示,该项目占地200英亩,相当于约163个美式足球场的大小,总投资额达1亿美元,总装机容量为28 MW,该项目是美空军“核心任务全要素保障”计划的一部分,旨在确保美空军军事设施遭受重大自然灾害、物理攻击和突发事件的时候依然能够保障航天发射、航天器追踪等重大任务的顺利实施。

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图2 (a) 美国陆军能源部可再生能源项目;(b) 范登堡空军基地光伏发电系统;(c) 美国犹他州1.8 MW风力发电系统

1.2 国内

1.2.1 民用

我国的风力发电和太阳能发电量持续增长,已居全球之首。2023年1月,中研普华产业研究院发布的一项报告显示,目前我国新能源微电网行业主要集中于公共机构、工商业区和社区领域三个细分领域市场,在2021年市场占比分别为33%、31%和19%,相比之下军队和海岛领域占比较低,约为11%和6%。2022年,国家能源局印发《“十四五”可再生能源发展规划》,要求2025年可再生能源消费总量达到10亿吨标准煤,截至2022年,我国可再生能源装机达12.13亿千瓦,占全国发电总装机的47.3%,新增装机1.52亿千瓦,占全国新增发电装机的76.2%。其中风电平均利用率96.8%、光伏发电平均利用率98.3%,持续保持高利用率水平,可再生能源总体上进入了增量替代和区域性存量替代的发展阶段。

1.2.2 军用

我军在装备发展建设中必须把能源结构从单一的石油类能源向多元化能源结构扩展,改变过于依赖石油资源的装备建设方式,以确保未来能源可获取性,降低战场能源断供风险。

目前我国正在加快构建现代军事能源体系,对高效太阳能电池、柔性薄膜太阳能电池、锂离子电池等技术发展进行了筹划,提出了2030年前掌握45%以上效率太阳能电池、550~750 Wh/kg锂离子电池等相关技术发展目标。我国西部和东南沿海岛屿地区的自然条件给新能源微电网的建设和使用提供了巨大的资源禀赋,光伏发电营房于2013年在太阳能资源丰富的西藏军区首次投入使用并取得了效果,近年来太阳能电池在技术领域的一系列突破提高了光伏发电在军事应用中的可靠性。2021年集风力、光伏、柴油发电机和储能电池于一体的离网型新能源微电网在海拔高达5380 m的新疆军区神仙湾边防连建成,为战士们提供了持续稳定的电源,彻底解决了炊事、取暖、洗澡等诸多问题。目前,全军高原海岛边防已建立了超过百个军用新能源微电网系统。

2 军用新能源微电网

2.1 光伏发电系统

军用光伏发电(SPV)系统是一种利用太阳辐射能实现军事能源供应的系统,其工作原理是光电效应。现阶段军用光伏发电系统最常见的是用于供给营地的用电,光伏电站具有建设周期短、运行维护简单、无人值守、安装扩容方便、维护成本低等优点,发展前景广阔。尤其是对于边境、孤岛、山区等普通电网难以覆盖的军队驻地,光伏发电系统可以为部队提供可靠、实时的电力供应,有效解决偏远驻训、野外作战、灾难救援等能源供应问题,并实现灵活部署,因此,光伏发电已成为多国能源革命的重点内容并进行长期规划。此外光伏电池军事应用还包括太阳能作战无人机、太阳能发电帐篷、太阳能发电背包以及各种太阳能作战车辆。

2.1.1 光伏发电系统的结构组成

太阳能电池的发展可划分为三代,第一代太阳能电池是以单晶硅和多晶硅为代表的硅晶太阳能电池,技术成熟,转化效率为25%。第一代电池原料的要求较高且生产工艺复杂,人们又开发了第二代以碲化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等为代表的薄膜太阳能电池,该电池耗材少且易规模化生产,转化效率为28%~30%。第三代太阳能电池则是基于新材料和新技术,以染料敏化太阳能电池(DSSC)和钙钛矿太阳能电池(PSC)等为代表的新型太阳能电池,转化效率为26%。目前,各类太阳能电池凭借其自身特色在不同领域得到了应用,满足了不同的使用需求。一套基本的光伏发电系统主要是由光伏列阵、光伏控制器、逆变器和储能蓄电池(组)构成。

2.1.2 光伏发电系统典型军事应用场景下的故障分析

军用SPV系统需要满足军事使用的特殊要求,需要经受极端的地质、气候和战争环境的考验,所以军用光伏发电系统相比民用系统应当具有更高的运维要求。据统计,SPV系统中故障发生和退化导致的太阳能损失占总功率输出的17.5%。常规故障主要包括热斑现象、光伏组件老化以及逆变器故障等。

2.1.2.1 热斑现象

如图3所示,热斑效应是太阳能光伏组件常见的一种故障类型,光伏电池板被遮蔽后,其内部电流输出量会小于正常情况下的输出电流,而组件的工作电流一旦超过该电池的短路电流时,这块电池电压会被偏置当成负载,在光伏电池板内部产生热量,这些热量不断积累可导致最高温度高达200 ℃,局部烧毁形成暗斑、焊点熔化、导致不可逆转的永久损坏,造成组件的输出功率降低。其次引发热斑效应的原因还有电池片功率混搭、栅线虚焊或电池片自身存在缺陷,以及组件存在严重隐裂、碎片、气泡、组件表面粘贴了顽固污渍或被杂物、植物异物遮挡造成阴影。

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图3 光伏热斑

2.1.2.2 光伏组件老化与局部损坏

光伏组件老化是指光伏组件受光照、气温等自然因素影响下造成的使用寿命降低、发电功率衰减等现象,它主要表现在太阳能转换效率降低、串联电阻增大、工作温度升高等。光伏组件的老化程度越明显,其性能衰减也越严重。此外,光伏电池组件老化可能会导致开路故障,使电流无法正常流通,这种情况一般是由组件内部连接线路或焊点松动、断裂、腐蚀等原因引起的。

光伏组件电池片通常非常薄且脆弱,当光伏组件放置方式或者搬运过程不恰当时会受到应力作用而发生破裂,这种电池片的裂纹很难用肉眼观察到,隐裂可能导致电池片短路,严重影响光伏组件的工作效率。除了安装和搬运过程造成的局部损坏,在设备运行过程中,也可能会受到如冰雹、刮风、鸟类撞击等外界多种形式的破坏以及敌方的蓄意破坏等,必要时需要及时更换相应组件。

2.1.2.3 逆变器故障

逆变器可以调控整个系统的工作状态,为蓄电池提供最佳的工作状态,其故障分为参数性故障和结构性故障两类。其中,参数性故障主要由电阻、电感等器件的特性退化所造成,而结构性故障产生因素包括相关单元及其部件损坏等。常见的逆变器故障主要包括通风故障、过电流、逆变器温度异常、相电流不平衡等。逆变器通风故障主要是指通风口堵塞、风扇叶片损坏或松动、风扇供电线路或接头烧坏、保险熔断或者短路和断路,这些情况都会导致风扇无法正常工作,进而导致局部温度过高影响整个系统的工作效率。逆变器过电流涉及的故障原因有很多,比如负载阻抗太小、软件程序非法更改、强电磁干扰、接地故障、交流侧短路、过流保护失效等。逆变器温度故障是指电感器温度、绝缘栅双极形晶体管(IGBT)温度、机箱温度和变压器温度异常,造成该故障的原因有逆变器散热系统存在故障、软件运行参数或者通信系统故障等。

2.1.3 光伏发电系统典型军事应用场景下的运行维护

2.1.3.1 光伏组件的清洗与热斑现象维护

光伏组件的清洗工作不容忽视,灰尘会阻碍光伏组件吸收太阳光辐射能,除了阻碍热量传递,还可能产生热斑增加自燃的风险。因此,除了定期检查一些故障率较高的部位,如玻璃、颜色变化、线盒开裂、变形等,针对特定季节以及战时情况,应制定具体的维护措施。SPV系统的光伏组件清洗工作选择在清晨、傍晚、夜间或阴雨天阳光暗弱的时段,严禁选择在中午前后或阳光较强烈的时段进行清洗工作,人工使用抹布擦拭是常见的清洗方式,但该方法容易因操作不当导致组件损坏,当前,也常使用工程车和机器人进行光伏组件的清洗以提高清洗效率和效果。在组件清洗前,应该查询电流、电压监测系统,查看当前是否存在电量输出异常情况,分析是否可能因漏电引起,并且需要检查组件的连接线和相关电器元件有无破损、粘连,以排除漏电隐患,确保人身安全。组件清洗后,表面应无肉眼可见的油污、斑点以及附着物,还可穿戴白手套或使用白纱布擦拭组件表面,检查是否有灰尘覆盖残留。此外,针对热斑现象,可在光伏组件上安装旁路二极管解决,当某个电池被遮盖发生热斑现象时,其他电池促其反偏使其成为一个高电阻,此时二极管发挥作用使得电流分流,从而避免被遮盖的电池因过热而被损坏。

2.1.3.2 逆变器维护

在逆变器的安装过程中,应仔细核对说明书中的内容,包括各组件的完好性、线缆规格、线路绝缘情况、接地情况以及灰尘处理等。使用时,逆变器的操作使用要严格按照使用说明书的要求和规定进行,开机前要检查输入电压是否正常,操作时要注意开关机的顺序是否正确,各项指标显示屏和指示灯的指示是否正常,应尽可能避免打开柜门,以防止高压危险发生。此外,应严格控制柜内的温度,温度超限时应立即采取散热措施,逆变器各连接部位应按周期进行检查,及时发现并解决可能存在的接线脱落等问题。在故障维修过程中,应全面详细地记录故障状况、原因和解决措施等,方便后期处理。在使用控制器时,应严格关注监测控制器的工作状态,重点排除控制器接线端出现的锈蚀和腐蚀等问题,查看是否出现异常情况,其次应在控制器上设置警示标识,提示使用人员注意可能来自控制器产生的各种危险。

2.1.3.3 光伏阵列快速组网

光伏在军事应用场景下需要具备快速部署能力,保证战时能源的供应。光伏组件支架通常由基础结构、梁、柱和斜柱组成,并用镀锌螺栓连接,鉴于其模块化的特性,在进行转移和安装过程中需要避免设备之间的碰撞和摩擦,防止面板损坏。同时,光伏组件的串联过程严格按照使用说明书进行操作,至同一台逆变器的光伏组件的规格类型、串联数量及安装角度应保持一致,电缆的长度应有空余,以预留后续处理的可控空间。此外,螺栓必须拧紧,以防止发生泄漏故障,定期检查连接线和连接器,并确保电缆无损、接插件紧密,保证关键的控制电子元件不会受到损坏。且在焊接支架前后检查是否存在隐裂片、防止漏焊虚焊、增加组件整体强度等。

2.1.3.4 故障诊断和状态监测

SPV发电系统的故障检测与分析是保证光伏发电系统安全运行和提高光伏发电系统输出功率的关键因素。现阶段,国内外对于光伏发电系统的故障诊断与检测方法主要有三种,分别是利用视频及图像处理的方法识别光伏组件故障、利用传感器对光伏组件进行状态判断以及基于数据驱动的故障诊断方法。

SPV发电系统故障中一些肉眼可观察到的故障或者隐患通常用第一种视频和图像处理的方法去识别,比如太阳能电池板上的一些灰尘、杂质或者电池板破裂和明显的支架故障,利用无人机、摄像头和红外相机对光伏列阵进行巡视。为了防止光伏组件灰尘积聚导致故障,可以通过测量某些物理变量,如太阳辐射、电池温度和空气污染指数,通过使用多元线性回归分析方法推测灰尘值是否阻碍SPV系统正常运作,当测量值超过预期值则说明需要进行故障排除处理。

Bonacina等提出了一种基于对光伏电站监测信号分析的方法,主张使用图形建模技术来建立光伏设备与传感器之间的连接,在SPV系统的传感器网络分析的基础上预测故障模式。Omaa等提出了一种逆变器故障早期检测策略,通过在控制电路中嵌入微型控制器,当逆变器流通电流达到临界值生成警报消息后可以激活微型控制器恢复程序,以便在晶体管出现故障之前及时更换它们,该策略无须中断逆变器的正常运行。Geoff报道了一种基于MATLAB进行参数提取和模型评估的方式,实现对降压和升压最大功率点跟踪(MPPT)的比较,进行故障预测,不过该方法没有考虑阴影的影响,存在一定的局限性。

2.2 风力发电系统

风电已在全球范围内实现大规模的开发应用,2022年清洁电力合计占全球电力的39%,其中风力发电量增长17%,增长部分足以为整个英国供电。

2.2.1 风力发电系统的结构组成

根据风力机转速的不同,可以将风力发电机组分为恒速运行风力机和变速运行风力机。恒速运行风力机使用感应发电机直接连接到电网,这种机组具备结构简单、易于控制、维护方便、造价低等优势,但也存在局限性,例如在风速极不稳定时容易增大机械负载量,故障风险增加。变速运行的双馈式发电通过变速恒频控制实现风力机的最大风能捕获,以提高系统的效率及发电量,并且由于其可实现动态无功调节和故障穿越,因此具有更好的电网适应性。与恒速风力发电机相比,变速双馈式风力发电机具有安全系数高、无需无功补偿、风能利用率高、变频器损耗小等优势,但双馈式风力发电机造价较高、控制技术复杂。现阶段,市场建设以双馈式风力发电机为主。

2.2.2 风力发电系统典型军事应用场景下的故障分析

2.2.2.1 发电机故障

通常,发电机故障可以分为定子绕组故障、轴承故障、叶片故障以及变流器故障等。定子绕组故障会导致绕组出现破损、磨损和裂纹等问题,使得绕组无法提供绝缘功能。轴承故障会产生螺栓、齿轮等连接部位的异常松动,由于转子和定子由轴承支撑,承受较大的径向负荷,当转子不对中时会引发偏心故障,进而影响到承轴出现内外圈损坏、点蚀和磨损等情况。叶片是风力发电机中受力荷载最复杂的部件,桨叶的旋转速度随风速变化而改变,将激荡力传递到其他传动链的各个部位,使得这些部件受到复杂的交变冲击,加速了机组的老化。叶片的常见故障模式包括表面裂纹和砂眼、叶片偏移、弯曲和叶片材料碳化等,如图4所示,高速旋转的叶片与空气中的颗粒(沙尘、水汽等)碰撞摩擦,长时间持续会导致前缘磨损和后缘涡流磨蚀,初期表现为叶片麻面,随着风机运行时间增长,麻面会逐步扩大变成砂眼,特别是有冰冻灾害的区域,雨水浸入砂眼反复结冰,砂眼扩散速度增加,叶片的振动和产生激振时的弯扭力会使原有的裂纹不断加深加长,横向裂纹到一定程度则导致叶片断裂。而叶片的碳化主要是由于日晒、高温和雷击导致。变流器故障其主要包括过电流、过电压、过热以及欠电压等问题,过电流和过电压会导致开关管超过自身承受能力而击穿或者烧毁,造成永久性损伤,其形成的原因主要是高温发热、油水脏污、各种灰尘、交变电磁干扰,以及长期高电压大电流工况下,因高频次分合断路器和接触器造成的触头磨损、弹簧疲劳及线圈老化。

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图4 (a) 叶片前缘侵蚀;(b) 叶片裂纹

2.2.2.2 异常振动与过热

对于工作下的风力发电机组来说振动是不可避免的,处于规定范围内的振动都属于正常情况,系统运维要时刻监测发电机组的振动情况,异常振动会加快机组的老化,如轴失去质量平衡、机组内的各种动静摩擦、膨胀受阻、轴承磨损或者轴承底座松动以及电磁力的不平衡等问题,都将加剧轴承的振幅导致振动异常,而振动异常将造成零部件的松动或者损坏,并进一步加剧动静部分的摩擦,加剧设备损坏的程度。温度过高也是发电机常见故障,发电机过热故障的原因包括轴承缺油、轴承严重偏磨或者损坏、转子轴弯曲或者磁片安装有误差、定子线圈发生匝间短路、开路或者接线错误等[50],而正确地使用润滑油可以降低该故障的发生。

2.2.3 风力发电系统典型军事应用场景下的运行维护

风力发电机在恶劣的环境下工作,不可避免地会受到各种异常和故障的影响,陆上和海上风力涡轮机的运营和维护成本分别占风力发电系统总寿命成本的10%~15%和20%~35%,因此,风能行业对提高风力发电系统的可靠性、安全性、可用性和生产率的需求很高,风力发电站必须高度重视机组维护工作,结合中控室的微机数据检查、分析机组的运行状况。

2.2.3.1 发电机日常维护

考虑到发电机内的齿轮、承轴和螺栓等连接部件长期承受各种应力作用,容易出现松动现象,为此,在维护检修中必须对螺栓的力矩进行定期检查,以确保连接件的稳定牢固。此外,还应检查各传动部件间的润滑情况,并进行各项功能的测试,定期维护的功能测试主要包括过速测试、紧急停机测试、液压系统各元件定值测试、振动开关测试以及一些常规的控制器极限定值测试。在各项功能测试过程中,操作人员应认真检查风机的各项指标,如转速、叶片角度、偏航系统、变桨系统等。当环境温度低于-5 ℃时,需要将连接件的力矩下降至额定力矩的80%,当环境温度升高至-5 ℃以上后,需再次对连接件的力矩进行复查,连接件的维护通常安排在无风或微风的夏季进行,通过定期维护检修工作,风力发电机组的工作性能和安全性能才能得到有效保障。

2.2.3.2 润滑维护

风机的润滑维护主要采用润滑油润滑和润滑脂润滑两种方式,两种润滑剂的黏附性、温度适用范围、耐压性决定了其有不同用途。齿轮箱和偏航减速齿轮箱因其高速低扭矩的工作情况,一般使用润滑油进行润滑,需要定期对润滑油进行补充以及采取采样化验措施,根据采样化验结果判断该润滑油是否还符合工作要求,有必要时应当立即更换新的润滑油,换油时必须将润滑部位清洗干净,并且必须使用与上次相同种类的润滑油。而低速高扭矩的部位,比如主轴轴承、发电机轴承、偏航轴承和变桨轴承等使用润滑脂进行润滑,由于这些部件的运行温度较高,润滑脂容易发生变质现象,导致轴承磨损,因此,在定期维护过程中,必须定期对各承轴部件进行补充或者更换润滑脂以降低其磨损程度。

2.2.3.3 故障诊断和状态监测

有效的故障诊断技术可以快速识别故障类型,降低风电场的运营和维护成本,提高发电效率。风力发电系统的故障诊断方法大概可分为三种:基于模型、专业知识和数据驱动。前两种方法一般也被概括为基于信号技术处理的方法。而数据驱动利用数据源统计分析来执行诊断。

振幅和温度是检测风力发电机组工作状态常用的两个指标,比如检测变速箱工作振幅和温度,再通过数据对比可以分析变速箱的实际工作状态。考虑到叶片的复杂受力情况,以及长时间暴露在外受强风浪及闪电、酸雨腐蚀等诸多因素影响,叶片状态监测和故障诊断技术有如应力-应变法、光栅光纤传感器、声发射探测和红外图像探测技术等。光栅光纤传感器体积小且具有较强的抗电磁干扰和耐腐蚀能力,可用于衡量叶片的应力和应变,此外,声发射探测和红外图像探测可补充光纤光栅传感器的不足,其中,声发射探测可探测叶片中的裂纹、缺陷等问题,红外图像探测则可用于分析叶片表面的热辐射能量,并以此判断叶片的健康状况。此外,发电机的状态监测和故障诊断还涉及对转/定子电流、电压以及输出功率等信号进行实时监测,基于监测数据,将电流信号进行时域分析获得幅值信号,通过观察谐波成分的变化可以判断发电机故障的具体类型。

Duan等提出了一种永磁同步发电机变频变流器故障诊断方法,为避免阈值不当引起的误判或漏判,该方法首次将局部均值分解和多尺度熵应用于风电系统故障诊断变频器,使用多类支持向量机对故障进行分类,仿真结果表明,该方法具有适应性强、准确性高、诊断时间短的特点。Zhang等考虑风速、转速、主轴水平和垂直振动等多源风电信息,提出了一种基于部分互信息(PMI)和最小二乘支持向量机(LSSVM)的风力发电机系统故障诊断方法,其中分析了大量包含故障状态的数据,采用PMI方法筛选风机运行状态的特征参数,以此识别机组故障。另外采用LSSVM方法对风机的特征参数进行研究,建立不同特征的参数向量与故障类型的映射关系,从而达到故障诊断的目的,该方法具有良好的故障识别能力和较快的运算速度,能够满足在线故障诊断的要求。

2.3 大规模化学储能系统

各国都高度重视大规模储能技术的发展,从新增装机规模来看,2021年,中国电化学储能新增装机规模大幅度增长至1844.6 MW,同比增长18.02%,2022年中国化学储能新增装机规模约为5.93 GW,同比增长221.48%,储能电站在军用新能源微电网中可以起到削峰填谷、功率调节等重要作用,可以弥补新能源发电的随机性,在今后很长的时期内将成为我国电力及能源发展的重点。

现阶段化学储能主要包括锂离子电池、铅蓄电池、液流电池、镍氢电池和超级电容等,几类储能技术各有其特点,铅炭电池的电解液中不含可燃物,安全性显著高于其他储能体系。液流电池的优点是易于维护和高安全性。而锂离子电池因其能量密度高、功率性能较好、循环寿命长等优点受到重视。现阶段我国军用大规模储能系统着重于研究耐低温、高安全、高容量的磷酸铁锂电池,并不断提升新型安全预警控制技术,以满足高原高寒、边防海岛等使用条件。截至2022年底,中国锂离子电池占电化学储能装机量的94.5%,电化学储能电站的主流建设形式是预制舱式锂离子电池储能电站。

2.3.1 大规模化学储能系统的结构组成

储能系统涵盖了电化学、热力学、机械、电子电气等相关技术,实现将能量以电的形式吸收、储存、释放的一类产品。储能系统一般包括储能元件及管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)、储能变流器(PCS)以及其他电气设备。储能系统中,电池组是最主要的部分,其生产成本占整个系统的60%左右。

2.3.2 大规模化学储能系统典型军事应用场景下的故障分析

储能电站的安全性和可靠性极为关键,锂电池储能系统故障演变机理大概可分为两种,一是电池自身老化引起可靠性降低引发安全事故,另一种为储能系统遭遇突发事故造成系统破坏进而导致的热失控。

2.3.2.1 电池老化

电池老化通常指的是电池容量或功率衰减,主要原因是活性锂离子损失、活性材料损失和内阻增加。如图5所示,电池老化不是单一的变化过程,而是由诸多因素相互作用所引起的复杂过程,它在不同环境条件下的老化机理各不相同,过充过放和温度都是影响锂离子电池老化的重要原因。

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图5 电池老化及其原因影响

锂离子电池的负极老化与固体电解质界面(SEI)膜相关,SEI膜是锂离子电池首次充放电期间在石墨等负极表面上形成的钝化层,可以保护负极不受腐蚀。SEI膜的形成需要锂离子的参与,当电池在高电压、高SOC和高温等条件下工作时,SEI膜会呈现出不稳定特性,它的异常生长导致活性锂的损耗和电解质的分解,活性锂的损耗导致电极阻抗增加、电池容量和功率衰减。高电流、低温和高SOC可以使电极表面的锂离子浓度达到极限饱和,此时,锂离子倾向于沉积在电极的表面,导致锂枝晶生长刺穿电池隔膜造成短路,进而导致热失控。此外,电池老化过程中产生的副产物使得电流和电势分布不均匀,加速锂沉积。而正极材料的老化主要是由于应力引发微裂纹、过渡金属溶解和可溶物质迁移,老化产物与正极材料相互作用影响锂离子电池的容量发挥,增加阻抗及降低循环寿命,加速电池老化。

2.3.2.2 热失控

热失控是指电池由各种诱因引发的链式反应现象,这种现象会导致电池急剧升温,往往伴随着冒烟、喷射火焰甚至爆炸。热失控触发的原因包括内因与外因,内因主要指在电池设计及制造过程中产生的原因,包括设计结构不合理与使用材料不合格等原始缺陷导致的内部短路,外因是指在电池运输、维护以及使用过程中,由于人为和外部条件等方面的因素所引发的问题,包括碰撞、挤压、过充、过放、过热等,按失效形式来说,造成热失控的因素主要有可分三类:机械滥用、电滥用与热滥用。

机械滥用即在电池运输、储存或使用过程中,由于刺穿、挤压、碰撞等机械作用导致电池内部结构受损,引发的热失控。当电池隔膜遭到损坏,正负极短路之后,电池温度迅速升高并产生大量的气体,当电池外壳破裂,电池内部暴露在空气中,电解液和活性材料会发生剧烈的氧化还原反应,伴随产生大量的热量。外壳作为电池系统的首要保护层,确保电池适应外部环境和维持温度稳定。不同类型的电池具有不同的外壳材料和结构,因此它们所抵抗机械力量以及抵御刺穿、碰撞等外来物的压力的能力也不同。

电滥用是一种常见的电池故障,其主要因为电池的短路、过充和过放等情况引起。当电滥用导致枝晶生长刺穿电池隔膜使正负极短路时,电池内部的电流密度会迅速上升,诱发的副反应产生大量的热量和气体,导致电池鼓包,加速电池内部“热-温度-反应”循环,导致热失控。而过充和过放也是两个不同的故障机理,过充是造成电滥用的主要原因,由于过量的锂嵌入,使得活性锂在负极表面沉积成金属锂,并生长成锂枝晶。而正极材料因为过度脱锂导致高温和释放氧气,氧气会加速电解液的分解,并且促进副反应释放出更多的气体,使电池外壳胀气破裂导致外部的空气与电芯直接接触,发生剧烈反应。而过度的放电会导致负极集流体(如铜箔)溶解,并在正极形成具有较低电位的铜枝晶,铜枝晶持续生长穿透隔膜导致严重的内短路。

热滥用工况包括环境温度过高或电池局部过热,往往不会单独存在,而是由机械滥用和电滥用发展衍变的,热滥用与热失控直接相关,例如软包装三元正极电池在热失控过程中发生的反应情况如图6所示。

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图6 热失控发展过程

2.3.3 大规模化学储能系统典型军事应用场景下的运行维护

2.3.3.1 储能系统日常维护

储能系统日常维护工作主要包括电池维护、PCS维护、控制系统维护、冷却系统维护、结构及连接件检查等。电池是储能系统核心部分,需要定期对电池、电池模块和电池柜进行清洁,并且放置警示标志,避免受到外力的挤压或者穿透发生故障。检查电池系统主回路和二次回路各连接处是否可靠,并进行储能电池绝缘和接地电阻测试,并且定期进行电池荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)标定,关注电池的电压、温度等参数是否处于正常范围。检查电池柜或集装箱内的烟雾和温度探测器是否正常工作,在电池出现过温告警时,应进行红外测温检查,及时处理相关过热故障,当电池工作温度过低时,及时采取保温措施,确保电池工作状态,以避免电池高温或低温滥用造成容量不可逆损伤。当电池管理系统的关键部件进行更换或软件升级后重新运行时,需要重新进行功能和保护测试,此外储能系统设计的不合理或者在制造过程中使用劣质材料也会导致内部故障,发现应及时更换元件,确保储能系统高效运行。

PCS可以接收连接在监控系统上的指令,按照工作需求将交流/直流(AC/DC)相互转换,工作人员需要定期对变流器机柜进行清洁,并关注PCS工作时是否发出异响,如触发警报需及时检查变流器工作功率是否超过额定值、温度是否过高,以免因为热故障导致火灾或者爆炸。控制系统维护需要定期检查整个储能系统的软硬件工作状态,校验相关参数。冷却系统维护包括检测制冷风扇是否正常工作,定期更换防尘网、冷却液等。最后,需要对各部分的控制开关、接触器、断路器和保护功能等进行检查和测试,确保各连接部位是否紧固,有无生锈、氧化、电路短路和断路等潜在危险,如有异常,及时修复。

2.3.3.2 缓解热蔓延与爆炸冲击波

军事应用场景下,储能系统在遭受多种手段的攻击下会直接或者间接导致电池热失控,当单个锂电池或者电池簇遭受爆炸攻击着火后,在外部高温的作用下电池模组内相邻电池也会发生热失控,最终导致储能电站出现火灾甚至爆炸。热失控的本质主要是电极材料与电解质的分解,预防热失控可以从电池本身的材料和制造工艺入手,比如通过掺杂、包覆和混合等改性方法研制适应战场极端环境和复杂工况的电池材料提高正/负极材料和电解液的稳定性。有研究结果表明,储能电池结构刀片化可以有效降低电池温升带来的热失控隐患,蜂巢能源、比亚迪等企业已研发出相关储能电芯。还应聚焦外部储能系统,选用智能高效的BMS、EMS和远程控制系统等数字技术进行储能事故预警,有必要时及时进行故障隔离。有效的消防技术可以及时预防事故,储能集装箱常用的灭火介质有水、全氟己酮、七氟丙烷等,其中全氟己酮因具有不导电、对人体无害等优点正在逐步扩大市场。为防止气体聚集,可以选择在集装箱顶部或者两侧设计灵活的通风口进行泄爆,抑制储能系统持续的温升。此外,储能系统的保护壳结构设计中应包括缓冲冲击波和防弹片穿透的高韧性结构材料,例如,使用专门的金属合金或者复合材料保护壳设计来吸收和分散冲击波能量。

2.3.3.3 电池无损检测监测

能源的供应直接关系到作战性能和任务执行能力,为了确保电池在军事应用中的稳定运行,提前预知电池的健康状况和性能变化,对电池的检测和监测显得尤为重要。通过对电池的容量、内阻、充放电曲线等关键参数进行实时监测和分析,可以及时发现电池存在的故障或异常,采取相应的措施进行修复或替换。电池检测监测技术大概可分为传感器技术、磁共振技术、超声技术和X射线技术。

传感器技术又可细分为电压、温度、气体、光信号等传感器,传感器能感知电池内部的变化,它以嵌入方式植入单体电池内部,实时监测电压、温度、释放的气体和应变等参数。Li等设计了一种温度传感器装置,将增材制造法与电阻温度检测器(RTD)相结合,将RTD嵌入3D打印的聚合物基板中,并放置在CR2032扣式电池的电极集流体后,该电池可承受恶劣的电化学操作环境,且RTD嵌入式垫片的尺寸与普通CR2032扣式电池垫片相当,在组装后不影响电池密封并且还能保持传感器和电极之间的有效接触,内部RTD测得的电池内部温度平均比外部RTD高5.8 ℃,检测能力快近10倍,在不干扰电池运行的情况下起到安全预警作用。

目前的磁共振技术可以用来监测电极、电解质分解及其界面上原子核周围的局部电子环境等。Zhao等报道了研究氧化还原液流电池的两种原位核磁共振方法,图7(a)可以监测液体电解质流出电池时1H NMR位移的变化,图7(b)可以监测电化学电池正/负极同时发生的变化,同时监测出两个单电子对的电势差,识别和量化还原物质和氧化物质之间的电子转移速率,并确定电子离域的程度和自由基阴离子上的未配对自旋。

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图7 两种原位核磁共振装置

用于电池监测方面包括X射线吸收光谱(XAS)和X射线计算机断层扫描技术(CT),该技术可以定性定量地分析电极组件材料元素组成、电子态以及微观结构、界面相互作用等。为研究锂离子电池正极材料的热分解,Nonaka等采用了一种X射线吸收精细结构(CEY-XAFS)检测器来检测电极表面的电子转换率,该检测器可在室温至450 ℃之间控制样品温度的情况下进行测量,用于检测电池处于0% SOC和50% SOC条件下LiNi0.75Co0.15Al0.05Mg0.05O2正极材料在升温过程中发生的化学变化,除上述检测技术之外,还可采用中子散射、超声波和拉曼散射等技术,各技术针对不同的监测环境各有其优势。

2.4 电路传输与网信控制系统

新能源微电网的电路传输与网信控制系统具备可实时监控、远程控制和动态调节等特点,该系统通过电路传输和网信控制,实现能源的分配和调度,保证新能源微电网高效和可靠运行,减少能量损耗和电力波动,维持电压、电流稳定,主要依托有功-无功(PQ)、恒压恒频(V/f)和下垂等控制方法来实现。

2.4.1 电路传输与网信控制系统的结构组成

电路传输与网信控制系统包括各种能源的发电装置(如太阳能电池板、风力发电机等)、能源储存装置(如电池组、储能装置等)以及转换装置(如逆变器等)。这些装置通过相互连接的电缆、开关和变压器等组成一个微电网电力传输网络,用于实现能源的供给和分配,实现监控、通信与控制功能,确保微电网系统能够实现可靠的电力供应,促进能源的高效利用,提高电网的鲁棒性和可持续性。

2.4.2 电路传输与网信控制系统典型军事应用场景下的故障分析

在经济破坏战理论的指导下,电力设施已成为战略价值极高的精确打击目标之一。战时出现供电中断或是供电延迟都可能对战局造成重大影响。军事应用场景下,电路传输与网信控制系统受到的攻击方式有石墨炸弹、电磁干扰弹、网络病毒和爆炸冲击等。

2.4.2.1 石墨炸弹

1991年的海湾战争,美军利用战斧式巡航导弹首次向伊拉克的基础电力系统投放了大量的石墨炸弹,导致伊拉克全国85%供电系统都处于瘫痪状态,给伊方军队指挥系统造成了巨大的打击。

石墨炸弹是由经过研磨和化学清洗等特殊处理的纯碳纤维丝制成,每根纤维丝的直径只有0.05~0.1 mm,石墨炸弹通常采用“子母弹”式的结构,在打击目标上空将其引爆,由于纯碳纤维丝直径小且质量轻盈,可以漂浮至电力设施上,高压线、变电站、变压器等电力设施都会被像蜘蛛网一样的碳纤维覆盖使其出现电路短路故障。石墨炸弹的攻击有两重效果,首先,大功率的短路电流会导致石墨纤维汽化并产生电弧,从而击穿熔断电路控制系统;其次,由于供电设备过载而过热,极易引发火灾。上述两种攻击效果均会造成供电网络瘫痪,引发大范围停电,且短时间内无法修复。

2.4.2.2 电磁脉冲弹

2019年,委内瑞拉全国十余个州出现大规模停电,电力基础设施几乎全部瘫痪,通信中断,给社会造成巨大恐慌。经过多方面的调查,如此大规模的电力故障极有可能是遭到了电磁脉冲武器攻击。电磁脉冲是一种瞬变电磁现象,瞬间产生的电磁场,在以光速传播的同时会产生极强的冲击波,从而对电子、信息、光电等设施造成破坏。

电磁脉冲武器又称为“电磁杀手”,因其能够轻易击穿、烧毁电子器件,在打击指挥控制系统和通信电子设备方面的能力卓越,在战场上,该攻击手段会使被打击目标区域的通信、指挥、控制、情报、监视和侦察等作战指挥系统瞬间瘫痪,失去战斗力。电磁脉冲武器主要通过电磁场与电子系统之间的耦合形成干扰和破坏,其耦合机制分为两种类型,一是“前门耦合”,脉冲信号与天线、传输线等直接耦合,二是“后门耦合”,脉冲信号通过孔缝、电缆接头等介质传递电磁能量而形成耦合。当外界电磁环境与通信设备耦合能量超过晶体管、半导体等器件的门限阈值时,则会对电子电路器件造成击穿、过热或机械破坏,进而导致系统电路失灵。

2.4.2.3 网络病毒攻击

电力系统的优化和调度极度依赖网络,正因如此,网络攻击也会对电力系统安全构成巨大威胁。2015年12月,乌克兰多地电网遭黑客攻击,导致大规模停电。此外,美国、巴西、欧洲等国家和地区的电力系统都曾不同程度地遭遇网络病毒的攻击,可见电网的网络安全问题必须得到高度重视。

电力系统受到网络病毒攻击之后,信息传输网络失效是导致电网故障的关键原因,现代电力系统的感知与控制中,数据采集、监控系统及能量管理系统等信息系统是电力系统正常运行的必要依赖,当信息系统出现故障,例如信息传输中断、延迟或者被恶意修改,导致信息系统出现错误的决策指令,使电网进行自发性的超高压负荷供电、保护系统失效,造成变压器击穿、线路短路起火等后果。恶意信息攻击文件的传播会极大扰乱电网的运行状态,需要特别注意的是,这种文件可以利用信息网络快速复制和扩散,从而影响到更广泛的电网领域,这进一步扩大了信息攻击的范围和影响[92]。

2.4.2.4 爆炸冲击

通过物理手段破坏电力供应一直是实施军事打击的首选,比如使用精准制导导弹进行轰炸或者高空投掷大型/集束炸弹。这种方式可以迅速中断电力供应,直接攻击发电站、电压器、输电线路和储能电站,若这些设施在战时没有有效的保护措施,导弹打击或者爆炸都会导致断电短路、线路串扰从而造成停电和供电中断。俄乌冲突中,俄军采用低成本Shade-123型无人机对乌方的能源电力基础设施进行了快速而有效打击,虽然其横向爆炸冲击威力远不如伊斯坎德尔导弹,但泛在破坏能力显著,且这一类攻击武器为无热源载体,难以被击落且拦截代价极高,该攻击方式曾一度造成乌克兰大面积停电,瘫痪了60%以上的能源系统。此外,回顾二战期间,德国1.4%发电厂的发电量占据全国总发电总量的51%,这些发电厂被盟军轰炸之后,导致德国工业陷入了困境,相比之下,日本75%的发电量则是通过大量分散的小型发电厂供给,这种分布式供电方式使得日本电网拥有更高的抵御轰炸风险的能力,可见分布式微电网是未来军用电力系统发展方向。

2.4.3 电路传输与网信控制系统典型军事应用场景下的运行维护

2.4.3.1 运行维护与攻击防御

(1)建设规划阶段,强化线路以提高元器件抗外部冲击的能力,尽量减少物理损毁的范围和程度。常见的措施包括:将线路深埋地下,加固电塔和变电站,增设并联线路提高冗余度等。此外,对于无法减弱物理伤害的情形,可以在规划阶段增设分布式发电和储能单元,提高系统供能水平。

(2)战前预防阶段,主要进行分布式发电机、储能系统、维修人员的提前调配等。

(3)战后恢复阶段,主要进行开关切换和拓扑结构快速动态重构,并利用新能源分布式发电和储能系统对重构后系统中的关键负荷恢复供电,最大限度降低由于负载切换带来的恶劣影响。除此之外,针对不同的攻击手段,具体可采用以下三点措施:

①加强防空系统,加强地空导弹部队的建设,建立完整的远中近、高中低空中预警系统,尽最大可能去拦截布撒载具,在轰炸机或者导弹袭击电力设施之前将其击毁,尤其是建设新型微波和激光无人机打击系统,针对低成本和无热源的“低小慢”无人机进行精准打击。②增强电力设施的防范手段,设置各级输电线路的保护措施设计:如制造特殊的线路与组件提高其能承受电磁脉冲攻击能力和增加输电线路的绝缘层减小石墨炸弹对其的伤害、设置完整的电力远程监测系统、城市内部分输电线路和通信线路埋在地下或者进行伪装,重要的配电设备尽量做到封闭,建设抗毁伤、韧性强的链路和网信控制系统。③落实好网络与信息安全防护管理。健全和完善计算机保密管理制度、移动储存介质保密等管理制度,提供工作人员的网络安全防范意识,在计算机上安装防火墙,同时安装专业杀毒软件,加强在防篡改、防病毒、防攻击、防瘫痪、防泄密等方面的有效性。

2.4.3.2 故障检测与系统优化

只有通过加强新能源微电网的安全管理、运行监测和技术支持,才能提供可靠的军事能源保障。与传统的网络攻击防护手段相比,文献[93]在微电网的背景下提出了一种基于递归系统卷积(RSC)代码和卡尔曼滤波器(KF)的方法。所提出的RSC代码用于在微电网状态中添加冗余,来恢复受网络攻击影响的状态信息。测试结果表明,所提出的方法可以准确缓解网络攻击并正确估计和控制系统状态。

在常规系统中,通常使用客户端-服务器体系结构和集中控制来执行数据采集和监督控制,但对于大型复杂的电力系统,消息的传输和故障清除速度太慢,鉴于微电网系统具有各种类型的分布式能源体系,其特性和容量都不同,因此,客户端-服务器体系结构和集中控制存在诸多不足。Ananda等[94]基于MATLAB/Simulink仿真软件和Java代理开发框架(JADE)提出了一种新的故障保护技术,该技术使用多代理系统进行微电网中的故障检测,故障隔离和服务恢复,并使用YBus矩阵算法的新拓扑识别方法,以成功识别网络配置用来响应微电网的变化,此外,在故障发生期间,可以阐明智能电子设备、断路器和代理之间的交互通信。仿真结果表明,所提出的基于MAS的微电网能够迅速隔离故障,实时保护系统免受故障的侵害。

3 总结与展望

军事应用场景下,战场前伸型微电网主要为电驱动装备和能量型武器提供能源支持,集成各种发供电设备、控制单元和储能系统,具备模块化快速组装、高速机动耐极端环境,供电感知自适应、抗毁伤自愈合等功能,有助于整合到多域作战行动中,而基地常备型微电网为通信、作战规划、作战管理和后勤保障等提供电能,确保战场供电的安全性和持续性,两者构成未来战场全域电能源保障的基础。战时优先打击电力设施被视为一种重要的战略手段,可以削弱敌方战力、破坏经济基础、阻断通信,取得对敌的压倒性优势,为军事行动提供有利条件。现今,最常用的方式还是用物理爆炸冲击的方法对目标进行直接摧毁,当然也包括通过石墨纤维炸弹、电磁干扰弹和网络病毒等这一类软杀伤方式诱发敌目标毁伤并触发一系列的次生灾害如火灾、爆炸等,实现瘫痪敌电网系统的目标。为不断提高微电网的战场极端环境和复杂工况的适应能力,致力于实现战场电能源的安全、高效和可持续保障,应及时布局建设相应的防护措施,加强配电站和发电站的反导防御能力、增强抗物理打击能力,并构筑故障隔离体系等,减少电力系统中供配电设施露空设施,采用地下走线或者阻燃线,降低目标特征信号,并采用一定伪装涂层,培训专业抢修队伍、完善应对策略和预案,加强事故处置的针对性培训和应急保障演练,确保微电网在遭到袭击后能在最短时间内恢复供电能力。最后,结合新能源微电网和军事应用运维特点,未来应用重点建设智能化的战场能量管理系统,搭建军事能源消耗的监测、跟踪、分析和管理平台,采用先进的能源测量、能源监视和能源控制等手段,推进能源管理信息化,借助大数据分析等手段,掌握军队装备的能耗水平等信息,为战时能源预计、分配和使用提供数据支撑,以实现更高效、智能和自动化的能源管理和控制。

资讯来源:储能科学与技术

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