野戰(zhàn)方艙智能電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

另外，本系統(tǒng)利用電壓調(diào)節(jié)控制器，控制DC母線電壓、檢測分析負(fù)載功率，AC整流功率，光伏陣列功率及風(fēng)機(jī)發(fā)電功率等來調(diào)節(jié)供電方式，此種控制模式精確度高，系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，運(yùn)行效果良好。同時(shí)，系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備都設(shè)有過載、過壓、限流、短路、防反、防雷和接地等各
種保護(hù)功能和措施，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

4 系統(tǒng)對控制及主電路結(jié)構(gòu)的保護(hù)
4．1 正弦波逆變器主電路拓樸結(jié)構(gòu)和驅(qū)動電路
正弦波逆變器的作用是把兩個(gè)發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換成同頻同相的正弦波交流電，兩者之間的能量的傳遞，可以有多種方法和形式。本設(shè)計(jì)采用可調(diào)度式并網(wǎng)逆變器，將太陽能電池組件產(chǎn)生的直流電能和風(fēng)力發(fā)電組件產(chǎn)生的交流電能進(jìn)行逆變輸送給負(fù)載，然后根據(jù)負(fù)載的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而提高電能的使用率。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一個(gè)具有三級變換的系統(tǒng)。功率輸入一級是將組件輸出電壓變換成逆變輸入電壓。中間級包括一個(gè)DC-AC逆變環(huán)節(jié)，功率器件采用MOSFET，工作頻率為50 kHz。逆變輸出的電壓直接向負(fù)載供電且為蓄電池充電，該級的變換效率可達(dá)到80％。
功率輸出級仍然為一個(gè)DC-AC逆變器，該逆變器具有兩種運(yùn)行模式，當(dāng)太陽能組件或者風(fēng)力發(fā)電組件正常發(fā)電時(shí)優(yōu)先向負(fù)載供電，剩余電能向蓄電池充電。當(dāng)沒有風(fēng)時(shí)，太陽能組件獨(dú)立供電，當(dāng)沒有陽光時(shí)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作為獨(dú)立供電系統(tǒng)為負(fù)載提供電能。兩種工作方式的切換由一個(gè)開關(guān)控制。
4．2 大容量正弦波逆變和保護(hù)技術(shù)
SPWM正弦脈寬調(diào)制波形產(chǎn)生電路是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其是其開關(guān)頻率fs的高低對輸出波形失真度和輸出正弦化濾波器影響較大。本系統(tǒng)采用SPWM波形產(chǎn)生專用芯片輸出單相50 Hz正弦脈寬調(diào)制脈沖，倒相后形成兩路相位相反的脈沖，去控制逆變?nèi)珮虻乃膫€(gè)功率器件導(dǎo)通和截止，將SPWM信號進(jìn)行功率放大。由于半導(dǎo)體功率器件(GTR，MOSFET，IGBT等)工作在前后沿陡峭的開關(guān)狀態(tài)，可使其自身功耗大大減小，從而提高逆變器整機(jī)的轉(zhuǎn)換效率，所以大功率逆變器均采用SPWM正弦脈寬調(diào)制信號。在本系統(tǒng)中，為了能夠使得并網(wǎng)電流和電壓嚴(yán)格保持同頻和同相(在補(bǔ)償無功功率時(shí)，需要有一定的相位差)，使用先進(jìn)的頻率鎖相環(huán)技術(shù)，從而有效地將各種可再生能源轉(zhuǎn)化同頻同相的交流電流饋送給負(fù)載，達(dá)到建立分布式供電系統(tǒng)的目的。
為了防止逆變器輸出過載產(chǎn)生大電流而燒壞功率開關(guān)器件，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有直流過流、交流過流、過熱、欠壓等多種保護(hù)電路，一旦出現(xiàn)故障，首先通過硬件保護(hù)電路快速封鎖所有驅(qū)動信號的輸出；同時(shí)通過軟件在中斷程序中也封鎖所有驅(qū)動信號，并顯示錯(cuò)誤信息。當(dāng)故障排除后，手動復(fù)位，系統(tǒng)才能重新啟動。
4．3 計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控和多路模擬參量數(shù)據(jù)采集、存儲和處理技術(shù)
為了對風(fēng)光互補(bǔ)智能發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和故障狀況進(jìn)行詳細(xì)的分析，在可調(diào)度式風(fēng)光互補(bǔ)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，還需要根據(jù)負(fù)荷的情況，人為或自動決定并網(wǎng)的有功功率和無功功率的大小。這些功能的實(shí)現(xiàn)建立在據(jù)采集和監(jiān)控的基礎(chǔ)之上。為此，開發(fā)出基于PC機(jī)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控軟件包?？焖俨杉L(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽電池、蓄電池等器件的關(guān)鍵工作參數(shù)和太陽能輻射量、環(huán)境溫度等氣象參數(shù)，并且隨時(shí)將采集的數(shù)據(jù)存入裝置內(nèi)的大容量非易失性數(shù)據(jù)存儲器，最大容量可存入十年的工作數(shù)據(jù)。根據(jù)需要，還可隨機(jī)將記錄的數(shù)據(jù)打印出來，供設(shè)計(jì)或使用部門進(jìn)行系統(tǒng)定量分析及資料存檔，為今后風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)更合理的設(shè)計(jì)提供寶貴的科學(xué)依據(jù)。同時(shí)經(jīng)常定期分析檢
查采集的工作數(shù)據(jù)，還可及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)各部件的故障或隱患，隨時(shí)排除故障或調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，以保證電源系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作并有效地延長發(fā)電系統(tǒng)的工作壽命。

5 結(jié)論
本文提出了野戰(zhàn)方艙智能電源系統(tǒng)，論述了其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行控制策略。風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電是清潔的可再生能源，符合全世界發(fā)展的方向，風(fēng)光互補(bǔ)電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對自然資源的合理利用，而風(fēng)光互補(bǔ)的技術(shù)方案保證了系統(tǒng)的高可靠性。野戰(zhàn)方艙風(fēng)光互補(bǔ)智能投切電網(wǎng)不僅在理論上有保證，而且在實(shí)際應(yīng)用中也得到了檢驗(yàn)。本系統(tǒng)能夠適應(yīng)野戰(zhàn)方艙工作環(huán)境復(fù)雜、工作地點(diǎn)不確定、要求快速供電等情況，很好地解決了野戰(zhàn)方艙展開區(qū)域廣、供電系統(tǒng)鋪設(shè)范圍大的問題，大大提高了軍隊(duì)的后勤保障能力，是保障手段科技化的充分體現(xiàn)，這對于促進(jìn)軍民融合式后勤保障體系的發(fā)展、提高軍隊(duì)的核心保障能力方面具有重要的意義。