新型智能供配电系统中关键技术研究

新型智能供配电系统中关键技术研究

黄永才,吴章北

国网福建电力泉州供电服务有限公司，福建 泉州 362000

摘要：随着电子技术的快速发展，混合动力系统在智能化车载系统中的优势不断凸显，成为国内外新型无人/有人装备研制的重点。针对智能供配电系统方案，重点研究了电池组可重构拓扑结构，提出的新型可重构拓扑结构可以获得稳定可靠的直流母线电压，储能单元智能管理技术包括电池组之间的电量均衡技术和储能单元健康管理技术，实现了可重构拓扑中电池组安全可靠运行和异常情况智能处理。

关键词：智能供配电；智能装备；可重构拓扑结构；智能管理技术

引言

技术人员在开展供配电系统设计工作的过程中，应当注重先进科学技术的有效应用，从而提升供配电系统运行的高效性。但是，在对供配电系统运行情况进行深入了解后可以发现，供配电系统触电事故、电气火灾事故以及爆炸事故时有发生，不仅导致企业工程出现了严重的经济损失，甚至还出现了员工伤亡的情况。所以相关企业应当积极开展工厂供配电系统改造工作，以严谨的态度对工厂供配电系统进行设计，从而确保工程供配电系统的运行与维护工作可以得到安全、高效地开展。

1电力供配电系统的现状

由于我国是一个工业大国，许多企业的生产过程当中离不开电力资源。由于许多电力企业的配电设施不够齐全，导致了用电紧张的问题。这严重阻碍了我国工业的发展，不利于我国经济的高水平保持。由于受到电池地方化的影响，导致了电力供配电系统的自动化模式没有圆满完成，主要受到以下几点因素的影响。（1）由于自动化控制系统设施没有特别完备，导致了当一些电力设备出现问题时，自动化控制系统没有很好地起到一个监督的作用，导致了这些问题不能被及时有效地进行解决。（2）由于供配电系统自动化不够完善导致了在进行检查和更新时，不能有效地利用计算机，需要专业人员去进行操作。（3）虽然电力供配电系统能够及时地发现一些供电问题，但是由于在供电系统当中仍然存在较大的漏洞阻碍了后续工作的开展。（4）当对于控制系统进行多次的修改时，可能会造成一些其他问题的产生，导致了问题点的增多。近些年由于资金投入的加大，对于供电系统当中的配电系统进行了不断地修正，可以降低了供电系统的漏洞问题，提高其准确性，保护了客户的利益。考虑到更多企业的发展，在进行供电系统的配备时，采用了一些专门的通道来保证供电的充足、及时、迅速。伴随着科学技术的不断发展，技术人员也发明了一种供电自由式功能。技术人员对于监管功能的增加，使得能够远程操作供电系统当中所存在的问题，进行及时的纠正，从而保证供电系统的安全。

2新型可重构拓扑结构

笔者基于模块化的设计思路设计了储能单元，储能单元由多个电池组经过可重构的拓扑结构级联在一起组成。模块化的电池组以及可重构的拓扑结构为设备的维修和保障提供了极大的便利。每个电池组包含一个半桥结构的A+B开关组和隔离开关C，结构简单可靠。这种设计可以通过控制器将电量不足或者发生故障的模块及时切出电路，通过控制隔离开关C实现故障电池组与正常电路的物理隔离，防止故障电池组负极故障接壳影响主回路。用电量充裕的模块代替其继续工作，大大提高了系统的可靠性。由于这种结构半桥开关器件承受的反向电压仅和电池组电压有关，与输出母线电压无关，因此开关器件耐压值可以较低，选型极为便利。通过控制半桥结构中两个开关的状态可以将某个电池组投入或切出系统。开关A和开关B的控制脉冲需要加入死区，避免桥臂直通造成电池组的短路。当开关A闭合开关B打开时，该电池组接入系统，中电池组n#；当开关B闭合开关A打开时，该电池组切出系统，中电池组1#，电池组端电压随着电量的降低而降低，通过控制桥臂的开关状态控制投入电池组的数量实现输出电压的粗调节。为了得到稳定不变的输出电压需要对其进行精调，借用BUCK电路稳压原理对输出电压进行精调，经过脉宽调制技术控制投入电池组个别开关A的占空比调节输出电压，充电能量来源可以是发电机也可以是新型清洁能源。通过实时监测每个电池组的剩余电量、端口电压、温度等参数信息，制定充电策略并实时调整。通过控制桥臂开关状态，将无需充电的电池组出切出充电回路，将需要充电的电池组接入充电回路，通过脉宽调制技术实现对充电电流的精确控制。

采用可重构拓扑结构获得高压直流母线电压的设计方法相对于直接将电池组串联得到高压直流母线电压方法有较大的优势。可重构拓扑结构中电池组实现了模块化，便于维修和保障；系统可以在不掉电的情况下切出故障电池组同时切入正常电池组延长了系统平均无故障工作时间；可重构拓扑结构中无需用到高压器件，所用元器件所受的最高耐压为电池组电压，因此元器件选型方便且可靠性可以得到保障。

3新型智能供配电系统

基于以上新型可重构技术拓扑结构和储能单元智能管理技术，搭建了新型智能供配电系统，该系统可以构建出需要的直流母线电压，直接或者通过DC/DC变换器间接为不同负载提供电能，相对于传统系统，能量来源更为广泛，发电机、储能电池、太阳能电池板都可以作为系统的能源输入。图中控制单元用于将武器系统下达对供配电系统的指令转换成供配电系统对各个单元的控制指令，各个单元接受控制指令后进行相应的动作。深入分析防空高炮武器系统的电能需求可知，高炮武器系统用电波动较大，存在短时大功率电能需求。笔者提出的新型智能供配电系统完全适应这种负载波动情况，通过运用可重构拓扑结构和智能控制技术，充分发挥了储能电池的短时大倍率放电的优势，可为系统提供短时、大功率能量输出。由于无需按照峰值功率设计发电机，因此可以大大降低车载供电系统的体积质量，为武器系统节约宝贵的可用容积。提出的新型供配电系统方案可以满足防空高炮武器系统的电能需求，并为高炮的隐蔽性、突然打击能力和短时大功率输出特性提供了先进的技术保障，同时降低了车载供配电系统的体积质量。

以某防空高炮武器系统为例，传统供电方式是通过底盘发动机带动发电机发电作为唯一的能源来源，输出的交流电一部分直接为交流用电设备供电，另一部分转换为直流电后为直流用电设备供电。调查发现系统中交流用电设备内部仍需要将交流电转换成直流电后使用，因此经过合理化设计可采用全直流的供配电方式。在新型智能供配电系统中将主要采用全直流供电方式，减少了电能变换次数降低了系统能量损耗。当发电机为交流发电机时，发电机输出经过整流滤波单元后与智能管理的可重构电池单元结构相连接。

结束语

重点研究了电池组可重构稳压控制技术和以该结构为基础的储能单元智能管理技术，结合某自行高炮作战时功率需求，通过科学的对比分析，证明所提出的新型智能供配电系统在满足战车常规功率需求的前提下，实现了供配电系统的轻量化和智能化，极大便利了维修性和后勤保障性，增强了系统隐蔽性和突然打击能力。

参考文献

[1]胡金锁,张迎,葛玉,等.陆军武器装备建设智能化转型思考[J].国防科技,2019,40(4):20-24.

[2]章小兵,宋爱国.地面移动机器人研究现状及发展趋势[J].机器人技术与应用,2005(2):19-23.

[3]王金梅,庞晓宾.地面无人作战平台武器系统技术分析及展望[J].兵工学报,2010,31(增刊2):163-166.

[4]师娇,刘宸宁,冷德新,等.面向未来作战的装备智能化保障模式研究[J].兵器装备工程学报,2020,41(6):136-139.