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大家好，关于公路工程机电设备智能供电技术探讨很多朋友都还不太明白，今天小编就来为大家分享关于的知识，希望对各位有所帮助！
关键词：公路工程；机电工程；智能链网供电网络；分布式智能终端；
公路机电设备的运行需要配套的供电技术和系统。目前机电设备的稳定供电和智能控制水平较低，会消耗过多的电能。因此，必须采取有效措施，实现高质量、高度智能化的供电。本文分析智能链网供电技术，可以实现供电的智能控制，保证供电稳定，降低能耗。
高压电源点输出电能，经电缆输送至交流变压器。公路机电设备由此获得运行所需的电能。这就是它的供电方式。采用智能链网供电技术，将能源智能控制站、总协调控制单元、电源点和交流变压器串联，形成链网结构，设计智能链网供电系统，提高机电设备供电的智能化水平[1]。
高压电源点为公路机电设备的运行提供电能，是配电网的重要组成部分。交流变压器降低电源的电压值，以保证电能与能源智能控制站更好的匹配[2]。
能源智能控制站是智能链网供电网络的主要组成部分。它包括以下设备和系统：
低压配电柜的主要部件是断路器和计量设备，并附有各种测量和保护设备。电源点输出电能。流经变压器后，其电压会变低。电缆连接至配电柜，电能流入能源智能控制站。除满足站内用电外，主要为高速公路上的机电设备供电。低压配电柜的主要功能是将电能与机电设备连接起来，实现有效的控制和保护[3]。
其功能是连接电能，实现高质量的电能接入。借助路由器，将交流母线连接起来，电能受其影响而成为链状网状流动结构，供电的稳定性显着提高。此外，还可以整合不同电压等级的交直流电源接入和电能，主要应用于光伏和风电并网。
采集电力数据是分布式智能终端的主要功能。数据信息采集后传输至总协调控制单元，两者之间实现数据共享。数据经过分析后，作为系统控制决策的重要依据。终端设备收到指令后，及时有效地控制现场设备的运行。智能终端主要采集温度、湿度、电压等与设备运行相关的数据。
系统配备电池组，用于收集电能并存储。主要作为备用选项，为能源智能控制站提供电源，保证站内机电设备正常运行。电池分为UPS、铅酸、磷酸铁锂等多种类型，其特性和适用环境各不相同。相比之下，UPS电池更安全、能高效释放电能、耐用，在电能存储方面具有更高的应用价值。低碳环保是当今社会经济发展的主流理念。通过设计清洁能源系统，可以有效补充传统电能，降低电能消耗[4]。光伏太阳能发电是一种清洁能源。站外安装光伏太阳能电池板，将太阳能转化为电能，可为智能控制站提供补充电能。太阳能电池板占地面积较大，但智能控制站面积有限，需要根据具体需求决定是否设计清洁能源系统。
供电系统稳定运行期间，持续供电而不影响用户正常用电的性能称为电能质量。公路机电设备供电时，其系统电路和设备会消耗部分电能。为了防止电能质量受到影响，保证电压、电量等指标满足供电要求，需要设计相应的质量控制系统来控制电能质量。本系统对电能质量的控制，主要是通过静态无功发生器有效控制系统中的电流，并采用各种补偿器对供电系统进行补偿，且不消耗任何能量。最终达到有效控制电能质量、保证为公路机电设备提供的电力具有高稳定性和安全性的目的[5]。
公路沿线安装各种现场机电设备。可变信息标志的功率约为3至5千瓦，其他设备的功率不超过1千瓦。由此可见，场外设备的功率较小，且差异较大。由于其分布在高速公路沿线，供电点较多，传统的供电方式无法有效满足此类供电需求。目前，为公路现场设备提供电能的方式有以下几种：（1）采用10/0.4kV变电站、箱式变电站等供电。设备运行所需的电能来自站内变电站，或由箱式变电站通过埋地电缆提供[6]。这种方式无法实现远距离供电。线路消耗更多电力，电压会显着下降。要实现远距离供电，需要铺设大量电缆，这会增加资金投入。 (2)通过变压器进行电压变换实现供电。变电站低压侧为输出电源。根据电源与用电负载的距离，采用变压器将电压升到800V，将电能送到用电地点后，再降压至220V。如果供电所需的用电负载较大，这种方法比较合适。但如果设备所需的用电负载不同，则电源点处线路的电压值就会有明显的不同。 (3)安装太阳能或风能装置，为小功率设备供电。这种供电方案需要大量电池，建设成本高，使用寿命短，后期维护成本高。
(1)为公路机电设备提供电能，如果采用常规供电方式，供电电压稳定性差，建设各种硬件设施成本高，后期维护困难，需要投入大量人力和财力[7]。本文设计的智能链网供电系统可以解决上述问题，实现高效供电。图1 显示了其布局。
(2)布置简述：高压断路器设备用于将不同功率点连接至母线。后者还连接到总协调控制单元。电能输送到高压配电室，母线之间安装开关装置。电能流经配电室和变压器，输送至能源智能控制站。它们之间存在一一对应的关系。在两个智能控制站之间安装断路器，根据实际情况对机电设备的供电线路进行有效控制。
（3）部署智能链网供电系统时，应注意高压电源点供电方式的选择： （1）供电方式包括直流和交流。对比两种供电方式可以看出，采用交流供电方式建设的基站成本较低，且便于电压升降。缺点是故障率较高，供电线路会消耗部分电力，经济性较低。 (2)传输相同功率的电能，支持直流供电方式的线路相对简单。具有相同绝缘性能的电缆可以传输更高电压的电能。电力传输过程中不会有较大损耗，能有效抵抗外界干扰。缺点是需要建设配套换流站，建设投资较大，且供电过程中换流设备的运行必须有较高的无功补偿； (3)通过对直流供电方式和交流供电方式的综合比较，本文设计的智能供电系统采用后者[8]。
（4）供电电压等级的选择和高压交流电源点间距的控制：（1）目前各地的供电等级主要分为10kV和35kV两大类。容量是选择电源电压等级的主要参考。 (2)建设成本、功耗和稳定性也是选择电压等级的重要参考。与10kV变电站相比，35kV变电站建设成本较高，但耗电量小，稳定性高。 (3)汽车在高速公路上行驶时，其安全是由各种机电设备保证的。机电设备主要用于控制高速公路沿线的通讯、照明等。各类机电设备的稳定运行需要35kV的供电电平为机电设备持续供电。
(5)电能容量和传输电缆的直径决定了高压交流电源点之间的间距： (1)电缆直径余量越大，可传输的电量越大，供电半径越小。为了实现稳定供电，供电点之间的距离不得超过供电半径。电能供应的稳定性随着供电半径的减小而增加。 （二）据了解，为保证高速公路机电设备稳定运行，要求电能传输容量不小于2MVA，最大15MVA。例如，当电压等级为35kV时，供电半径超过20公里，最大可达50公里。如果智能链网供电系统的供电点电压为35kV，供电点之间的距离不能超过30公里；如果智能链网供电系统的供电点电压为10kV，供电点之间的距离不能超过15公里。如果系统所选功率点电压为35 kV，则在电能传输到能源智能控制站之前，需要通过交流变压器将流经电能的电压从35 kV降到0.4 kV，并转换为交流电[9]。
图1 智能链网供电系统布局示意图下载原图
（6）确定能源智能控制站和协调控制单元总数： （1）布置智能控制站时，各站之间的距离宜设置为500 m左右。可见，供电半径的设置应重点关注电压等级。明确了各个站之间的距离后，就可以计算出站的数量了。例如，设置电源点电压为35kV，假设供电半径为30公里，则可计算出需要部署60个能源智能控制站。 (2)智能链网络供电系统内部信息的通讯和交换主要通过无线网络实现。因此，在布局总体协调控制单元时，需要考虑无线网络信号强度、信号收发、通信设备建设成本、设备灵敏度等因素，保证合理的布局数量。如果无线网络信号较强且有足够的资金支持，每610个高压电源可配主协调控制单元，其布置位置距电源点的距离不宜超过500m。
为了保证公路机电设备的正常运行，需要对智能链网供电系统的运行状态进行监控，通过总协调控制单元的检测及时了解各供电点的运行状态。此外，还需要对站外构成供电系统的各类设备进行检测，掌握其运行数据，查找是否存在故障。当发生故障时，工作人员可以快速确定故障位置，分析具体原因，通过无线网络进行通信，并将故障信息报告给控制中心。
在巡检智能链网供电系统时，智能终端与控制单元通过无线网络进行通信。如果通讯正常失败或者出现异常，可以明确智能控制站的位置。故障信息将通过通讯设备传输至控制中心，为后续维护工作奠定基础。如果智能终端与控制单元保持稳定的通信，则采集到的智能控制站运行数据将由终端设备进行边缘计算，从而判断智能控制站设备是否正常运行。经过边缘计算，如果确定智能控制站运行没有问题，智能终端可以自动调整站内设备的运行状态，确保稳定运行；如果智能控制站运行异常且无法自我调节，智能终端将上报系统故障信息，控制单元发出控制信息，智能控制站的智能断路器将切断站内供电线路[10]。当电源切断时，系统内部储存的备用电源向智能控制站供电。开关装置、断路器和通信设备运行所需的电源也来自备用电源。
当电源故障排除后，切断备用电源，停止向智能控制站供电。另外，需要断开能量路由器的母联开关，才能为智能控制站提供稳定的电力。这就是系统的一个完整的智能供电周期。
综上所述，目前高速公路机电设备供电智能控制水平较低，质量控制水平较差。采用智能链网供电技术可以有效解决上述问题。该技术与电网发展方向一致，有利于公路机电设备供电技术向智能化、物联网方向发展。具有较高的经济价值和社会效益，值得大规模推广应用。
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