楊璽國 沈衛(wèi)東 阮喻

摘 要：隨著世界新軍事革命的不斷深化，野戰(zhàn)地面供電面臨的挑戰(zhàn)不斷增加。本文針對野戰(zhàn)微電網(wǎng)與傳統(tǒng)微電網(wǎng)運行目標的差異，分析野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理的需求，對野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)進行設(shè)計。

關(guān)鍵詞：野戰(zhàn)微電網(wǎng);能量管理;系統(tǒng)設(shè)計

伴隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，軍隊和國防建設(shè)正在闊步向前。未來戰(zhàn)場中，信息化程度將越來越高，列裝的高精尖武器裝備將越來越多，所需的供電保障要求也將越來越高?？梢灶A(yù)見的是，在信息主導(dǎo)的未來戰(zhàn)爭中，電能供給將會成為促進戰(zhàn)斗力生成重要因素。但是野戰(zhàn)地面供電配電系統(tǒng)與裝備的研究還沒有形成完整、獨立的技術(shù)體系。

1 野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理需求分析

野戰(zhàn)微電網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)微電網(wǎng)優(yōu)先考慮經(jīng)濟性不同，野戰(zhàn)微電網(wǎng)的核心問題是供電可靠性。由于沒有大電網(wǎng)支撐，選用可控發(fā)電系統(tǒng)作為首選微電源。對于傳統(tǒng)微電網(wǎng)中經(jīng)濟性和環(huán)保性較好的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，在野戰(zhàn)微電網(wǎng)中作為補充微電源來使用，起到調(diào)節(jié)作用。傳統(tǒng)微電網(wǎng)中擔(dān)負補充調(diào)節(jié)作用的儲能系統(tǒng)，則作為戰(zhàn)備微電源作為“最后一道防線”。只要可控發(fā)電系統(tǒng)正常工作，儲能系統(tǒng)就不啟用，并且保持充滿狀態(tài)。只有可控發(fā)電系統(tǒng)停機，儲能系統(tǒng)才自動啟用。野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)該具備的主要功能有：（1）收集處理實時監(jiān)控系統(tǒng)采集的野戰(zhàn)微電網(wǎng)信息、微電源信息和負荷信息等;（2）實現(xiàn)多種微電源、儲能系統(tǒng)和負荷之間的最優(yōu)功率匹配;（3）實現(xiàn)多種微電源的靈活插拔以及實現(xiàn)微電網(wǎng)在孤網(wǎng)與多往互聯(lián)運行模式間的無縫轉(zhuǎn)換等;（4）具備良好數(shù)據(jù)反饋機制和人機交互功能。

2 野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)硬件設(shè)計

為了實現(xiàn)野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的功能，硬件應(yīng)該包括操控模塊、PLC模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)獲取模塊、輸入/輸出模塊和實現(xiàn)相應(yīng)功能的電力電子器件等。野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)如下圖所示。

作為野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)核心的PLC模塊至少應(yīng)實現(xiàn)以下功能：（1）初始化系統(tǒng)參數(shù)，確保系統(tǒng)正常運行;（2）按照控制程序處理求解數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)求解結(jié)果對野戰(zhàn)微電網(wǎng)進行調(diào)整;（3）當野戰(zhàn)微電網(wǎng)發(fā)生故障或者異常時，發(fā)出停機指令并執(zhí)行;（4）將相關(guān)數(shù)據(jù)反饋給操控系統(tǒng)，增強系統(tǒng)人機交互能力。

野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)中控制設(shè)備和微電源眾多，運行工況轉(zhuǎn)換較快，系統(tǒng)所面臨的電磁環(huán)境極為復(fù)雜。同時，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的實時性要求高、數(shù)據(jù)的傳輸量龐大。因此，野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的通信模塊應(yīng)選用光纖進行通信，以保障系統(tǒng)通信實時、高效。數(shù)據(jù)獲取模塊負責(zé)獲取各個微電源、負荷支路的電壓、電流、頻率參數(shù)等電氣參數(shù)。系統(tǒng)所用電力電子器件至少包括斷路器、電流互感器、接觸器等。當發(fā)生過流或欠壓等異常時，斷路器及時切斷故障支路。電流互感器通過把大電流轉(zhuǎn)換成小電流來對各支路電流進行采集。接觸器可以通過輸入/輸出模塊與PLC模塊進行數(shù)據(jù)交換?？赏ㄟ^操控模塊來查看相關(guān)數(shù)據(jù)或?qū)嵤┤斯げ僮?，并要設(shè)計友好的人機交互界面。

3 野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)軟件設(shè)計

為了實現(xiàn)野戰(zhàn)微電網(wǎng)各種運行工況間的精確切換及對野戰(zhàn)微電網(wǎng)的實時控制，確保野戰(zhàn)微電網(wǎng)能可靠、安全、高效的運行。野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)需實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取和監(jiān)控功能、數(shù)據(jù)實時傳輸功能、自動處置和調(diào)整功能、智能操控功能等。

野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的控制程序流程圖如圖2所示。在啟動野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)之前，應(yīng)該先執(zhí)行開機自檢程序，如果不能通過開機自檢，則不能啟動，并應(yīng)該報警復(fù)位，重新執(zhí)行開機自檢程序。自檢通過后，系統(tǒng)應(yīng)立即獲取野戰(zhàn)微電網(wǎng)相關(guān)信息，當野戰(zhàn)微電網(wǎng)處于停機狀態(tài)時，則判斷是否啟動;當野戰(zhàn)微電網(wǎng)處于運行狀態(tài)，則首先判斷其是否有故障或異常，如果故障或異常則執(zhí)行停機程序，如果正常運行，則執(zhí)行控制程序，確保野戰(zhàn)微電網(wǎng)在各個運行工況間的平穩(wěn)切換，實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定運行。

4 結(jié)論

從野戰(zhàn)地面供電配電實際出發(fā)，分析了野戰(zhàn)微電網(wǎng)同傳統(tǒng)微電網(wǎng)的不同。進而針對野戰(zhàn)微電網(wǎng)的差異，對其能量管理需求進行分析，提出野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)該具備的功能。根據(jù)能量管理系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，對系統(tǒng)的硬件和軟件進行了分析設(shè)計，為下一步野戰(zhàn)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的建設(shè)打下基礎(chǔ)。

作者簡介：楊璽國（1990-），男，云南梁河人，碩士，專業(yè)：動力工程及工程熱物理。