野戰方艙智能電源系統設計研究

另外，本系統利用電壓調節控制器，控制DC母線電壓、檢測分析負載功率，AC整流功率，光伏陣列功率及風機發電功率等來調節供電方式，此種控制模式精確度高，系統穩定性強，運行效果良好。同時，系統關鍵設備都設有過載、過壓、限流、短路、防反、防雷和接地等各
種保護功能和措施，大大提高了系統運行的安全性。

4 系統對控制及主電路結構的保護
4．1 正弦波逆變器主電路拓樸結構和驅動電路
正弦波逆變器的作用是把兩個發電系統產生的電能轉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。本設計采用可調度式并網逆變器，將太陽能電池組件產生的直流電能和風力發電組件產生的交流電能進行逆變輸送給負載，然后根據負載的需要進行調節，從而提高電能的使用率。本系統設計為一個具有三級變換的系統。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DC-AC逆變環節，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載供電且為蓄電池充電，該級的變換效率可達到80％。
功率輸出級仍然為一個DC-AC逆變器，該逆變器具有兩種運行模式，當太陽能組件或者風力發電組件正常發電時優先向負載供電，剩余電能向蓄電池充電。當沒有風時，太陽能組件獨立供電，當沒有陽光時，風力發電系統作為獨立供電系統為負載提供電能。兩種工作方式的切換由一個開關控制。
4．2 大容量正弦波逆變和保護技術
SPWM正弦脈寬調制波形產生電路是整個系統設計的一個關鍵環節，尤其是其開關頻率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。本系統采用SPWM波形產生專用芯片輸出單相50 Hz正弦脈寬調制脈沖，倒相后形成兩路相位相反的脈沖，去控制逆變全橋的四個功率器件導通和截止，將SPWM信號進行功率放大。由于半導體功率器件(GTR，MOSFET，IGBT等)工作在前后沿陡峭的開關狀態，可使其自身功耗大大減小，從而提高逆變器整機的轉換效率，所以大功率逆變器均采用SPWM正弦脈寬調制信號。在本系統中，為了能夠使得并網電流和電壓嚴格保持同頻和同相(在補償無功功率時，需要有一定的相位差)，使用先進的頻率鎖相環技術，從而有效地將各種可再生能源轉化同頻同相的交流電流饋送給負載，達到建立分布式供電系統的目的。
為了防止逆變器輸出過載產生大電流而燒壞功率開關器件，本系統設計有直流過流、交流過流、過熱、欠壓等多種保護電路，一旦出現故障，首先通過硬件保護電路快速封鎖所有驅動信號的輸出；同時通過軟件在中斷程序中也封鎖所有驅動信號，并顯示錯誤信息。當故障排除后，手動復位，系統才能重新啟動。
4．3 計算機智能監控和多路模擬參量數據采集、存儲和處理技術
為了對風光互補智能發電系統的運行狀況和故障狀況進行詳細的分析，在可調度式風光互補并網發電系統中，還需要根據負荷的情況，人為或自動決定并網的有功功率和無功功率的大小。這些功能的實現建立在據采集和監控的基礎之上。為此，開發出基于PC機的光伏并網發電系統的數據采集和監控軟件包。快速采集風力發電機、太陽電池、蓄電池等器件的關鍵工作參數和太陽能輻射量、環境溫度等氣象參數，并且隨時將采集的數據存入裝置內的大容量非易失性數據存儲器，最大容量可存入十年的工作數據。根據需要，還可隨機將記錄的數據打印出來，供設計或使用部門進行系統定量分析及資料存檔，為今后風光互補發電系統更合理的設計提供寶貴的科學依據。同時經常定期分析檢
查采集的工作數據，還可及時發現系統各部件的故障或隱患，隨時排除故障或調整設計參數，以保證電源系統穩定可靠工作并有效地延長發電系統的工作壽命。

5 結論
本文提出了野戰方艙智能電源系統，論述了其系統結構和運行控制策略。風力發電和太陽能發電是清潔的可再生能源，符合全世界發展的方向，風光互補電源系統實現了對自然資源的合理利用，而風光互補的技術方案保證了系統的高可靠性。野戰方艙風光互補智能投切電網不僅在理論上有保證，而且在實際應用中也得到了檢驗。本系統能夠適應野戰方艙工作環境復雜、工作地點不確定、要求快速供電等情況，很好地解決了野戰方艙展開區域廣、供電系統鋪設范圍大的問題，大大提高了軍隊的后勤保障能力，是保障手段科技化的充分體現，這對于促進軍民融合式后勤保障體系的發展、提高軍隊的核心保障能力方面具有重要的意義。