野战方舱智能电源系统设计研究

另外，本系统利用电压调节控制器，控制DC母线电压、检测分析负载功率，AC整流功率，光伏阵列功率及风机发电功率等来调节供电方式，此种控制模式精确度高，系统稳定性强，运行效果良好。同时，系统关键设备都设有过载、过压、限流、短路、防反、防雷和接地等各
种保护功能和措施，大大提高了系统运行的安全性。

4 系统对控制及主电路结构的保护
4．1 正弦波逆变器主电路拓朴结构和驱动电路
正弦波逆变器的作用是把两个发电系统产生的电能转换成同频同相的正弦波交流电，两者之间的能量的传递，可以有多种方法和形式。本设计采用可调度式并网逆变器，将太阳能电池组件产生的直流电能和风力发电组件产生的交流电能进行逆变输送给负载，然后根据负载的需要进行调节，从而提高电能的使用率。本系统设计为一个具有三级变换的系统。功率输入一级是将组件输出电压变换成逆变输入电压。中间级包括一个DC-AC逆变环节，功率器件采用MOSFET，工作频率为50 kHz。逆变输出的电压直接向负载供电且为蓄电池充电，该级的变换效率可达到80％。
功率输出级仍然为一个DC-AC逆变器，该逆变器具有两种运行模式，当太阳能组件或者风力发电组件正常发电时优先向负载供电，剩余电能向蓄电池充电。当没有风时，太阳能组件独立供电，当没有阳光时，风力发电系统作为独立供电系统为负载提供电能。两种工作方式的切换由一个开关控制。
4．2 大容量正弦波逆变和保护技术
SPWM正弦脉宽调制波形产生电路是整个系统设计的一个关键环节，尤其是其开关频率fs的高低对输出波形失真度和输出正弦化滤波器影响较大。本系统采用SPWM波形产生专用芯片输出单相50 Hz正弦脉宽调制脉冲，倒相后形成两路相位相反的脉冲，去控制逆变全桥的四个功率器件导通和截止，将SPWM信号进行功率放大。由于半导体功率器件(GTR，MOSFET，IGBT等)工作在前后沿陡峭的开关状态，可使其自身功耗大大减小，从而提高逆变器整机的转换效率，所以大功率逆变器均采用SPWM正弦脉宽调制信号。在本系统中，为了能够使得并网电流和电压严格保持同频和同相(在补偿无功功率时，需要有一定的相位差)，使用先进的频率锁相环技术，从而有效地将各种可再生能源转化同频同相的交流电流馈送给负载，达到建立分布式供电系统的目的。
为了防止逆变器输出过载产生大电流而烧坏功率开关器件，本系统设计有直流过流、交流过流、过热、欠压等多种保护电路，一旦出现故障，首先通过硬件保护电路快速封锁所有驱动信号的输出；同时通过软件在中断程序中也封锁所有驱动信号，并显示错误信息。当故障排除后，手动复位，系统才能重新启动。
4．3 计算机智能监控和多路模拟参量数据采集、存储和处理技术
为了对风光互补智能发电系统的运行状况和故障状况进行详细的分析，在可调度式风光互补并网发电系统中，还需要根据负荷的情况，人为或自动决定并网的有功功率和无功功率的大小。这些功能的实现建立在据采集和监控的基础之上。为此，开发出基于PC机的光伏并网发电系统的数据采集和监控软件包。快速采集风力发电机、太阳电池、蓄电池等器件的关键工作参数和太阳能辐射量、环境温度等气象参数，并且随时将采集的数据存入装置内的大容量非易失性数据存储器，最大容量可存入十年的工作数据。根据需要，还可随机将记录的数据打印出来，供设计或使用部门进行系统定量分析及资料存档，为今后风光互补发电系统更合理的设计提供宝贵的科学依据。同时经常定期分析检
查采集的工作数据，还可及时发现系统各部件的故障或隐患，随时排除故障或调整设计参数，以保证电源系统稳定可靠工作并有效地延长发电系统的工作寿命。

5 结论
本文提出了野战方舱智能电源系统，论述了其系统结构和运行控制策略。风力发电和太阳能发电是清洁的可再生能源，符合全世界发展的方向，风光互补电源系统实现了对自然资源的合理利用，而风光互补的技术方案保证了系统的高可靠性。野战方舱风光互补智能投切电网不仅在理论上有保证，而且在实际应用中也得到了检验。本系统能够适应野战方舱工作环境复杂、工作地点不确定、要求快速供电等情况，很好地解决了野战方舱展开区域广、供电系统铺设范围大的问题，大大提高了军队的后勤保障能力，是保障手段科技化的充分体现，这对于促进军民融合式后勤保障体系的发展、提高军队的核心保障能力方面具有重要的意义。