導(dǎo)語：如何才能寫好一篇激光電源，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞： ARM； 激光電源； 人機(jī)界面； 激光焊接

中圖分類號： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）20?0159?04

0 引 言

隨著激光行業(yè)的飛速發(fā)展，激光器已廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工領(lǐng)域，如激光切割、激光打標(biāo)、激光調(diào)阻、激光熱處理等，除此之外還被作為診療設(shè)備應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域[1]。激光焊接是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接的方法，是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。

基于ARM的數(shù)字化控制系統(tǒng)能夠有效解決激光器的準(zhǔn)確、穩(wěn)定和可靠性問題，數(shù)字化、智能化是激光器的必然發(fā)展方向。使用ARM對激光電源進(jìn)行功能擴(kuò)展控制，能有效提高電源的性價比，簡化激光電源的硬件結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)整機(jī)的自動化程度，為整機(jī)的功能擴(kuò)展提供了有利條件[2?3]。本文重點(diǎn)針對激光焊接應(yīng)用中的激光電源控制系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展設(shè)計，利用ARM控制激光電源的系統(tǒng)設(shè)置，包括開關(guān)控制、激光參數(shù)設(shè)置、光柵控制、光閥控制、溫度控制等，有效地解決了激光器在焊接過程中的準(zhǔn)確、穩(wěn)定和可靠性問題，同時增設(shè)人機(jī)界面（HMI）顯示控制的友好界面，使用起來更加方便。

1 激光電源的控制功能要求

激光焊接目前已涉及航空航天、武器制造、船舶制造、汽車制造、壓力容器制造、民用及醫(yī)用等多個領(lǐng)域[4]，因此激光電源在激光焊接工藝中應(yīng)用時具有其獨(dú)特的設(shè)計需求，除了激光發(fā)生器的性能要高外，還要求其具有高效率、高可靠性、工作壽命長等優(yōu)點(diǎn)[5]，實際應(yīng)用中的激光電源產(chǎn)品還需要對其控制系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展和優(yōu)化，設(shè)計主要從以下幾個方面進(jìn)行考慮：

1.1 顯示和控制

傳統(tǒng)激光器的顯示屏多采用點(diǎn)陣液晶顯示，由于液晶顯示屏只能單純作顯示設(shè)備使用，所以系統(tǒng)需要利用鍵盤或按鍵作為輸入設(shè)備，對激光光源的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。這里采用人機(jī)界面（即觸摸屏）作為顯示和控制界面，操作更加方便，界面也更加友好。以ARM作為CPU來對系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以對輸出的激光脈沖波形進(jìn)行精確控制，滿足不同工件的焊接要求。

1.2 散熱

激光電源的許多參數(shù)（如波長、閾值電流、效率和壽命）都與溫度密切相關(guān)，因此希望盡可能低而穩(wěn)定的工作溫度。實驗表明，當(dāng)工作環(huán)境溫度升高時，激光電源的輸出功率將降低，且激光電源外殼每升高30 ℃，使用壽命將減少一個數(shù)量級[6?7]。本激光器系統(tǒng)采用水冷的方式進(jìn)行散熱降溫，因此系統(tǒng)要求具有過溫檢測功能。

1.3 氣閥和光柵

針對激光焊接的實際應(yīng)用，在焊接的過程中要充分考慮到操作人員的人身健康和安全。因此在設(shè)計激光電源控制系統(tǒng)中，還需要綜合考慮其他輔助功能，比如在焊接時高溫會使金屬汽化產(chǎn)生煙霧，同時在焊接過程中激光散射也會對操作人員的眼睛產(chǎn)生影響，因此需增設(shè)氣閥控制和光柵控制功能。

氣閥控制的主要功能是，在激光焊接的時候，高溫會讓金屬汽化從而產(chǎn)生煙霧，設(shè)置一個空氣泵把產(chǎn)生的煙霧吹走，而且焊接結(jié)束后，再延時吹5～10 s。為了在激光焊接的過程中保護(hù)操作者的眼睛，要求焊接瞬間光柵閉合，避免焊接時散光輻射人眼，因此系統(tǒng)需具有光柵控制功能。

1.4 光斑調(diào)節(jié)

對光斑的控制有兩個要求，一是能夠設(shè)置光斑的上、下限；二是能夠通過人機(jī)界面調(diào)節(jié)光斑的大小，也就是能對光斑的直徑進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.5 精確激光脈沖控制

IGBT功率控制器作為主開關(guān)器件用于控制激光燈的輸出脈沖[8?9]。一般的激光電源多采用單段方形的激光脈沖，激光打出的焊點(diǎn)可能會出現(xiàn)濺射、坑洼、穿孔等現(xiàn)象。

激光焊接的基本原理為：

（1）金屬表面活化，前期預(yù)熱，避免加熱過快讓金屬表面濺射；

（2）激光打在金屬表面初期，需要較大的功率讓金屬表面融解；

（3）表層金屬融解后，進(jìn)行深層融解過程中，就不在需要這么大功率，否則會出現(xiàn)很大熔池，這時需要適當(dāng)降低功率，才能保證金屬熔池不繼續(xù)擴(kuò)大；

（4）當(dāng)達(dá)到需要的融解深度時，如果直接切斷激光，熔池表層硬化閉合可能會出現(xiàn)氣孔等現(xiàn)象，這時需要進(jìn)一步降低激光功率，緩慢淡出激光功率，才可以讓熔池中融解的金屬回流凝固，保證激光焊點(diǎn)的平整。

2 器件選型和系統(tǒng)硬件組成

2.1 主要器件的選型

（1）CPU選型。系統(tǒng)控制單元的核心是完成控制任務(wù)所必須的關(guān)鍵電路，本設(shè)計以集成ARM公司高性能“Cortex?M3”內(nèi)核的STM32F101C8T6為核心來設(shè)計激光電源的數(shù)字控制系統(tǒng)，發(fā)揮其高速、低功耗的功能，可以實現(xiàn)各種復(fù)雜控制功能，同時簡化激光電源控制部分的硬件結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了自動化程度和功能擴(kuò)展能力。

（2）人機(jī)界面選型。人機(jī)界面選用的是型號為FE2070的4線工業(yè)電阻觸摸屏，用它代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分離式按鍵控制和液晶顯示，用戶只要用手指輕輕地觸碰顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機(jī)的操作，從而使激光電源的人機(jī)交互更為直截了當(dāng)。

2.2 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)的控制指令是由CPU發(fā)出的，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的顯示和各項控制。STM32F101C8T6有3串口：一個連接IGBT控制板，一個連接HMI通信，一個連接PC用于控制系統(tǒng)升級。系統(tǒng)的硬件電路整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

激光器的開啟和預(yù)燃使用腳踏開關(guān)來實現(xiàn)，激光電源開光柵控制即為一個光柵開關(guān)，光柵電源的要求是當(dāng)開機(jī)后，踩下腳踏開關(guān)，光柵電源就打開。光柵控制通過光耦輸出后，通過一個三極管來控制15 V電源的通斷，從而控制光柵的開閉。激光電源中光斑的大小是通過驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)來實現(xiàn)的，步進(jìn)電機(jī)控制透鏡的移動，從而調(diào)整激光的焦距，實現(xiàn)光斑調(diào)節(jié)。硬件電路中，光斑控制通過一個3PIN插座控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)光斑直徑，為脈沖方向控制，三個PIN分別為GND，方向和脈沖。氣閥控制用于控制氣閥的開啟，報警檢測主要用于過溫檢測。

3 軟件實現(xiàn)

系統(tǒng)軟件主要分為三個部分：Modbus RTU通信處理程序，負(fù)責(zé)和HMI的通信；操作流程控制，瞬變脈沖的輸出；數(shù)字輸入和輸出量的處理；STM32的內(nèi)部資源、FLASH容量和SRAM容量都比51單片機(jī)要豐富，對于本系統(tǒng)，非常適合用實時操作系統(tǒng)進(jìn)行軟件的編寫，所以本系統(tǒng)采用了Keil自帶的RTX實時操作系統(tǒng)，共開啟了4個進(jìn)程：Task_init（），Task1_Modbus（），Task2_LaserCTL（）和Task3_IO（）；基本軟件流程圖如圖2所示。

4 調(diào)試結(jié)果

4.1 人機(jī)界面控制調(diào)試

圖3顯示的是系統(tǒng)搭建完成后液晶控制觸摸屏上顯示調(diào)節(jié)光斑直徑的界面。在該界面上通過增、減調(diào)節(jié)，在上、下限范圍內(nèi)設(shè)置光斑直徑的實際值。內(nèi)部是通過控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)整透鏡位置，調(diào)整激光焦距，從而使光斑直徑發(fā)生改變。

在圖3觸摸屏界面中，點(diǎn)擊“光閘設(shè)置”可以進(jìn)入光閘控制的設(shè)置界面，如圖4所示，智能光閘控制，ms級時間內(nèi)的延遲時間可根據(jù)需求定制，保證完全遮光，功能穩(wěn)定，而且操作界面顯示和設(shè)置都非常友好方便。

設(shè)置激光輸出參數(shù)的界面如圖5所示。

共有99組參數(shù)設(shè)置，可以對15段波形編程，兩組參數(shù)切換，能滿足使用者的各種需求。使用觸摸屏控制，人機(jī)界面十分友好、操作功能強(qiáng)大，并且可實現(xiàn)用戶的遠(yuǎn)程操作，因為觸摸屏可遠(yuǎn)離激光設(shè)備使用。

4.2 脈沖控制調(diào)試

針對以上問題，設(shè)計的這款激光電源控制器，可以控制每個打出的激光脈沖的功率，并對單個激光脈沖，進(jìn)行精確分段，每段設(shè)置，保證焊點(diǎn)光滑平整。圖6是針對某種焊接工件給的激光波形預(yù)覽。

實際使用中，可以根據(jù)焊接工件的要求，設(shè)計不同的波形和焊接頻率，例如針對金屬激光切割，可以設(shè)置單段很大電路的激光脈沖和高頻率的波形。

4.3 激光焊接結(jié)果

理想的激光電源是提高激光供能系統(tǒng)效率的關(guān)鍵[10]，利用本設(shè)計實現(xiàn)的激光電源具有很好的焊接效果。圖7是焊接成品圖示，從細(xì)節(jié)圖中可以看出焊后外觀精美，結(jié)合度高，效果理想，很好地實現(xiàn)了設(shè)計目的。

5 結(jié) 語

激光電源的功能擴(kuò)展控制系統(tǒng)主要針對激光焊接行業(yè)設(shè)計，具有控制簡單、精確度高、穩(wěn)定性好、符合人機(jī)工程學(xué)等優(yōu)點(diǎn)。隨著激光焊接行業(yè)的蓬勃發(fā)展，該系統(tǒng)的成本較低，具有很好的市場優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

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篇2

關(guān)鍵詞：DSP；TMS320F2812；半導(dǎo)體激光器；恒流源

引言

目前，半導(dǎo)體激光(LD)已廣泛應(yīng)用于通信、信息檢測、醫(yī)療和精密加工與軍事等許多領(lǐng)域。激光電源是激光裝置的重要組成部分，其性能的好壞直接影響到整個激光器裝置的技術(shù)指標(biāo)。本設(shè)計采用受DSP控制的恒流源來為半導(dǎo)體激光器提供電流，在電路中，利用負(fù)反饋原理，控制復(fù)合功率調(diào)整管輸出電流，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電流的目的。該系統(tǒng)采用電路設(shè)計和程序控制算法設(shè)計相結(jié)合的方法，從多方面對半導(dǎo)體激光器的工作狀態(tài)進(jìn)行實時檢測和控制，使系統(tǒng)的性能得到很大的改善和提高，有效解決了半導(dǎo)體激光器工作的準(zhǔn)確、穩(wěn)定和可靠性問題，進(jìn)一步提高了半導(dǎo)體激光器的輸出指標(biāo)。

系統(tǒng)原理

要使激光器輸出穩(wěn)定波長的激光，則要求流過激光器的電流非常穩(wěn)定，所以供電電路選擇低噪聲、穩(wěn)定的恒流源。恒流源電流可以在0A～3A之間連續(xù)可調(diào)，以適應(yīng)不同規(guī)格的激光器。目前，半導(dǎo)體激光器電源的二次開發(fā)中一般采用的都是純硬件電路系統(tǒng)或者單片機(jī)控制。隨著嵌入式微處理器的迅猛發(fā)展，基于DSP的數(shù)字化控制能更有效地解決半導(dǎo)體激光工作的穩(wěn)定、準(zhǔn)確和可靠性問題。DSP二次開發(fā)的原理如圖1所示。

由DSP輸出的電壓控制信號輸出給運(yùn)放，經(jīng)運(yùn)算放大器放大后輸出，來控制由三極管8050和調(diào)整管TIP122組成的復(fù)合調(diào)整管。調(diào)整管的發(fā)射極串聯(lián)一個繼電器和一個大功率采樣電阻。從采樣電阻的兩端取電壓信號送給差分放大電路U2，從而得到取樣電阻上的電壓。

該路電壓信號通過一個電壓跟隨器，進(jìn)入由DSP控制的ADC的模擬信號輸入通道，由ADC將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由DSP將轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。取樣電阻選擇0．15Ω的大功率金屬膜電阻，該電阻要求有較好的溫度系數(shù)。運(yùn)算放大器U1的放大倍數(shù)決定電流的控制精度，放大倍數(shù)越小，電流的輸出精度越高。同時差分反饋電路U2的放大倍數(shù)也將影響電流的控制精度，其放大倍數(shù)越大，電流的穩(wěn)定度越高，但電流的輸出范圍變小。在控制電壓一定的情況下，準(zhǔn)確選擇運(yùn)算放大器U 1的倍數(shù)和差分反饋電路U2的放大倍數(shù)，將成為決定恒流源的電流輸出精度和電流輸出范圍的重要因素。

TMS320F2812控制系統(tǒng)

該設(shè)計電路以數(shù)字信號處理器TMS320F2812為核心。該電源由控制電路、保護(hù)電路和主回路等幾部分組成，DSP在其中起核心作用。其控制任務(wù)主要為：

1．控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。利用DSP芯片自帶的12位ADC，根據(jù)采樣信號經(jīng)過PID運(yùn)算處理后進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換啟動命令由F2812的引腳XF控制，即通過軟件設(shè)置引腳XF為高電平，來控制ADC的數(shù)據(jù)

轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，信號BUSY將變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)F2812中斷，將數(shù)據(jù)從16位數(shù)據(jù)線D[15：0]立即讀出。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)碼為二進(jìn)制補(bǔ)碼，F(xiàn)2812將接收到的數(shù)據(jù)處理后，進(jìn)行緩存，同時送到LCD實時顯示。

2．采用一片DAC7724芯片與DSP接口。該芯片為4通道12路雙緩沖的DAC，用其中的2路設(shè)定輸出電壓基準(zhǔn)和電流最大值限制基準(zhǔn)。

3．人機(jī)接口電路。LCD和8279分別作為外部I／O設(shè)備與DSP相連。LCD用來顯示電流、電壓、功率，以及故障顯示和報警。

4．故障檢測。故障檢測電路的中斷信號輸入到DSP的XINT2腳，如果有下降沿的中斷產(chǎn)生，則通過GPIO口線GPl08和GP109，分別檢測過壓、過流信號。

數(shù)字濾波器及系統(tǒng)軟件設(shè)計

數(shù)字濾波器設(shè)計

針對本項目以往開發(fā)過程中對電流濾波設(shè)計存在的不足，現(xiàn)引進(jìn)基于TMS320F2812的數(shù)字濾波器對電流采樣信號進(jìn)行濾波。為了快速方便地設(shè)計濾波器，直接利用TI公司提供的filter library函數(shù)庫進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計步驟如下：按照實際任務(wù)要求，確定濾波器性能指標(biāo)；在Matlab中，調(diào)用filterlibrary庫中的ezfir函數(shù)，進(jìn)行仿真；根據(jù)仿真結(jié)果，確定各參數(shù)的值；調(diào)用filterlibrary庫中的filter．a(chǎn)sm DSP匯編程序模塊，并把Matlab中的仿真參數(shù)值復(fù)制到程序中，在F2812上實現(xiàn)濾波。

系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)工作流程如圖2所示。上電以后，系統(tǒng)開始自檢，自檢完成后，進(jìn)入系統(tǒng)初始化，包括DSP、DAC、LCD，以及DSP內(nèi)部的中斷控制器和計數(shù)器等。系統(tǒng)準(zhǔn)備好后，進(jìn)入開機(jī)畫面。開啟鍵盤中斷等待按鍵選擇相應(yīng)功能。若“參數(shù)設(shè)定”為選中狀態(tài)，按下工作鍵，進(jìn)入“參數(shù)設(shè)置”界面，可以對電壓、電流和功率值進(jìn)行設(shè)定。設(shè)定完成返回開機(jī)畫面，啟動激光器工作。系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，用戶仍然可以在不終止激光器工作的情況下設(shè)置新值，設(shè)定完備后，激光器按新要求輸出激光。

系統(tǒng)自檢和控制過程中出錯或系統(tǒng)過流、過壓時，會自動調(diào)用保護(hù)程序。當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉或突然斷電時，為防止激光器兩端電壓驟降為零，系統(tǒng)采取滿關(guān)閉方法，其原理是：將采樣值逐步輸出降低，直到降為零才允許關(guān)機(jī)。

結(jié)語

篇3

關(guān)鍵詞：風(fēng)光互補(bǔ)；自發(fā)電；移動電源

中圖分類號：TM914 文I標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）07-0137-01

隨著技術(shù)的發(fā)展，移動電源早已成為人們生活中隨處可見的充電設(shè)備，它能與智能手機(jī)連接實現(xiàn)移動供電的功能，備受年輕人的喜愛?，F(xiàn)有的移動電源電量有限，當(dāng)電源電量使用完后人們必須對它進(jìn)行充電，才能再次使用，而生活中難免出現(xiàn)在戶外使用移動電源的時候電量不足被迫不能繼續(xù)使用的情況，這給使用帶來了不便，也不能滿足對移動電源的使用和節(jié)能環(huán)保的要求。因此一種適合用于移動電源并且易于和移動電源結(jié)合的發(fā)電系統(tǒng)值得研究。

1 研究背景

風(fēng)能和太陽能是目前最清潔環(huán)保、用之不竭的能源，而太陽能與風(fēng)能在時間上和地域上都有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。據(jù)統(tǒng)計，在l0m高度風(fēng)能儲量為3.2TW，可利用的超過1.OTW[1]，太陽能資源較豐富地區(qū)達(dá)到了國土而積的67%，年平均日照小時達(dá)到2000h以上，因此可以利用現(xiàn)有豐富的風(fēng)能與光能將風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于移動電源，并使該系統(tǒng)輕量化以很好的裝載在移動電源上，來滿足人們?nèi)粘３鲂兴琛?/p>

2 發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于風(fēng)光互補(bǔ)自發(fā)電的移動電源，其特征在于它由電源本體、光電池板、三葉片風(fēng)車、微型發(fā)電機(jī)、伸縮桿、開關(guān)組成。所述的電源本體內(nèi)置有充電電源，本體兩側(cè)各設(shè)有一個光電池板，光電池板能接受太陽光照射將光轉(zhuǎn)化為電能存儲到充電電源中；所述的三葉片風(fēng)車有兩個，分別在下方與微型發(fā)電機(jī)相連，三葉片風(fēng)車轉(zhuǎn)動帶動微型發(fā)電機(jī)發(fā)電，并將電能存儲到充電電源中；所述的伸縮桿上端與微型發(fā)電機(jī)相連，伸縮桿可以伸出或縮短；所述的開關(guān)用于控制無線傳輸系統(tǒng)的開啟或關(guān)閉。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電原理（如圖1所示）。

2.1 電能產(chǎn)生環(huán)節(jié)

電能產(chǎn)生環(huán)節(jié)包括風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電兩部分。風(fēng)力發(fā)電部分可通過三葉扇獲取風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能；太陽能發(fā)電部分通過光電池板獲取光能轉(zhuǎn)化為電能。

2.2 電能變換控制環(huán)節(jié)[2]

電能變換控制環(huán)節(jié)由DC/DC變換器、主控制電路等部分構(gòu)成，是發(fā)電系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。

微型發(fā)電機(jī)輸出的交流電需經(jīng)整流后進(jìn)入DC/DC變換器，輸出的直流電經(jīng)過穩(wěn)壓后直接送入DC/DC變換器；光電池板輸出得到的直流電通常要通過1個防反二極管后，再送入DC/DC變換器。

主控制電路通常采用PLC或單片機(jī)、DSP等控制芯片，通過控制DC/DC變換器實現(xiàn)功率變換，同時還可對各種信息、參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理，從而實現(xiàn)對耳機(jī)設(shè)備的保護(hù)、風(fēng)險預(yù)警等功能。

2.3 電能存儲消耗環(huán)節(jié)[3]

電能存儲消耗環(huán)節(jié)包括存儲和消耗兩部分。電能的存儲部分由耳機(jī)中微型蓄電池承擔(dān)，用來消除由于天氣等原因引起的能量供需的不平衡，在整個系統(tǒng)中起到電能調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載的作用。電能的消耗部分主要由直流負(fù)載、交流負(fù)載組成。用來提供耳機(jī)所需要的電能。

3 研究的有益效果

本新型移動電源使人們在使用過程中能將光和風(fēng)利用起來進(jìn)行自我供電，克服了傳統(tǒng)移動電源需不斷充電才能循環(huán)供人們使用的缺點(diǎn)，更加滿足了人們的使用需求。

4 具體實施方式

使用本新型移動電源時，將其豎直置于戶外陽光下，手動打開電源本體上的開關(guān)，此時電源本體內(nèi)的電能傳輸系統(tǒng)啟動，使用者可以使用它對手機(jī)、電腦等終端設(shè)備供電。在有風(fēng)的情況下，拉伸或者縮短與微型發(fā)電機(jī)相連的伸縮桿，調(diào)整三葉片風(fēng)車到合適的高度，本體上的兩個三葉片風(fēng)車會在風(fēng)的帶動下旋轉(zhuǎn)，并同時帶動兩個微型發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，產(chǎn)生的電能會存儲到本體內(nèi)置的充電電源中，以供人們使用；在有太陽光的情況下，耳機(jī)本體兩側(cè)的光電池板會接收太陽光的輻射，并將光能轉(zhuǎn)化成電能存儲到充電電源中，以供人們使用。

5 結(jié)論與展望

傳統(tǒng)移動電源一般采用固定充電的方式補(bǔ)充電源，而此新型耳機(jī)采用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)為移動電源充電，充分地利用了自然界中清潔的能源，因此此新型移動電源具有攜帶方便、自行發(fā)電而不受電量約束的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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篇4

（1.中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所，陜西西安710068；2.北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院，北京100191）

摘要：針對某型號光纖陀螺老煉測試需要長時監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲和故障保護(hù)等需求，采用工控機(jī)與MC9S12XEP100MAL單片機(jī)相結(jié)合的方案，設(shè)計光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實時監(jiān)控12路光纖陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流，且具有數(shù)據(jù)存儲，過壓、欠壓和過流等故障保護(hù)功能，達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)，可以滿足光纖陀螺老煉測試的要求。

關(guān)鍵詞 ：光纖陀螺；電源監(jiān)控；MC9S12XEP100MAL；RS 485

中圖分類號：TN86?34；TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004?373X（2015）14?0152?04

收稿日期：2014?12?25

基金項目：航空科學(xué)基金：機(jī)載電子芯片熱模型研究（20100231001）

0 引言

某型號光纖陀螺在老煉測試時往往是多個陀螺成組進(jìn)行測試，每一個陀螺都由線性隔離電源獨(dú)立供電。由于對光纖陀螺的老煉測試一般都在幾十小時，甚至上百小時不間斷，這就要求供電電源連續(xù)可靠地工作。反之，一旦電源過壓、欠壓或者過流就會損壞待測陀螺，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對光纖陀螺供電電源進(jìn)行監(jiān)控，不僅可以實時記錄電源的輸出電壓電流，有利于分析陀螺的工作狀態(tài)，而且在電源出現(xiàn)過壓、欠壓或過流時，可以自動切斷供電電源，從而起到保護(hù)光纖陀螺的作用。

本文采用研華的Advantech IPC?610H 工控機(jī)作為上位機(jī)，基于LabVIEW 設(shè)計了12路陀螺電源數(shù)據(jù)監(jiān)控界面及數(shù)據(jù)存儲程序。選取MC9S12XEP100MAL 單片機(jī)作為下位機(jī)監(jiān)控電路的主控芯片，實現(xiàn)了陀螺電源輸出電壓和輸出電流的實時采集，以及過壓、欠壓和過流等故障保護(hù)。采用Modbus協(xié)議的RTU 模式，實現(xiàn)了上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?；谏鲜黾夹g(shù)，實現(xiàn)了12 路光纖陀螺供電電源輸出電流和電壓的實時監(jiān)控。

1 光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)方案

1.1 技術(shù)要求

光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)要求能夠監(jiān)控12個光纖陀螺供電電源。這12 個電源均采用朝陽4NIC?X20線性電源，各電源獨(dú)立隔離供電。4NIC?X20 線性電源的輸入為AC 220 V，輸出電壓為+5 V和-5 V，兩路的輸出電流最大均為2 A。

具體的技術(shù)要求如下：

（1）同時監(jiān)控12個光纖陀螺供電電源；

（2）每一個陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流采樣必須為隔離采樣；

（3）一旦某個電源出現(xiàn)過壓、過流或欠壓故障，電源監(jiān)測系統(tǒng)立即切斷該電源的AC 220 V 輸入，同時進(jìn)行聲音報警（只有排除故障后，供電系統(tǒng)重新上電才可以恢復(fù)供電）；

（4）上位機(jī)實時顯示陀螺電源的輸出電壓和電流，并實時記錄各電源的輸出電壓、電流。

1.2 系統(tǒng)方案設(shè)計

根據(jù)光纖陀螺供電電源監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)要求，光纖陀螺供電電源監(jiān)測系統(tǒng)方案[1?2]設(shè)計如圖1所示。

在圖1中，AC 220 V交流電通過繼電器組控制后為12個光纖陀螺電源供電。監(jiān)控電路分為3組，每組監(jiān)控4個電源，共同檢測12個電源的輸出電流和電壓，一旦檢測到某個電源出現(xiàn)過壓、過流或欠壓等故障，則可以通過控制相應(yīng)的繼電器實現(xiàn)AC 220 V交流供電的自動切斷，起到保護(hù)光纖陀螺的作用。

3組監(jiān)控電路再通過RS 485網(wǎng)絡(luò)連接至上位機(jī)，實現(xiàn)陀螺電源輸出電壓、電流數(shù)據(jù)的上傳。RS 485 串行數(shù)據(jù)通信卡選用研華的8 端口RS 422/485 通用PCI通信卡PCI?1622CU。上位機(jī)采用研華的AdvantechIPC?610H 工控機(jī)，實現(xiàn)陀螺電源電壓、電流數(shù)據(jù)的接收、顯示、報警和存儲。

2 監(jiān)控電路設(shè)計

光纖陀螺供電電源監(jiān)控電路主要由電流、電壓隔離采樣電路、A/D采樣電路、單片機(jī)及其外圍電路、RS 485隔離通信電路、繼電器控制電路和繼電器組構(gòu)成，如圖2所示。

在圖2 中，每一組監(jiān)控電路可以監(jiān)控4 個陀螺電源。由于每個陀螺電源輸出為+5 V 和-5 V 兩路電壓，監(jiān)控電路需要對8路電壓信號和8路電流信號進(jìn)行隔離采樣。

2.1 單片機(jī)選型

選擇飛思卡爾MC9S12XEP100MAL 單片機(jī)作為監(jiān)控電路主控芯片。MC9S12XEP100MAL單片機(jī)是飛思卡爾16位單片機(jī)，最高總線頻率可達(dá)50 MHz，具有16個模擬量輸入通道，轉(zhuǎn)換精度為12位，可以滿足監(jiān)控電路對8路電壓信號和8路電流信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的需要。

2.2 隔離采樣電路設(shè)計

電壓采樣電路選取BB公司的變壓器隔離放大電路ISO124 進(jìn)行陀螺電源輸出電壓的隔離采樣，具體的電路圖如圖3所示。

ISO124 為精密變壓器隔離運(yùn)放，放大倍數(shù)為1∶1，非常適合陀螺電源輸出+5 V電壓的隔離采樣。

電流采樣電路選取LEM 公司LA25?NP/SP7霍爾電流傳感器進(jìn)行電流信號的隔離采樣，具體的采樣電路如圖4所示。

LA25?NP/SP7 霍爾電流傳感器的變比為1∶100，原邊額定電流為2.5 A，最高測量頻率為150 kHz。

在圖4中，電阻R3取值為200 Ω，則可以計算出當(dāng)原邊輸入電流為2 A時，輸出電流信號If1為4 V。

2.3 RS 485通信電路設(shè)計

為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能，選取集成光電隔離功能的ADM2484作為RS 485通信電路的電平轉(zhuǎn)換芯片，設(shè)計好的隔離通信電路如圖5所示。

2.4 保護(hù)電路設(shè)計

為了確保光纖陀螺安全可靠地運(yùn)行，設(shè)計了如圖6所示的過壓、過流和欠壓保護(hù)電路。

在圖6中，輸出電壓的過壓值設(shè)置為+5.5 V，欠壓值設(shè)置為+4.5 V，過流值設(shè)置為2 A。

當(dāng)監(jiān)控電路檢測到某個陀螺電源出現(xiàn)過壓、過流或欠壓等故障時，單片機(jī)將對應(yīng)的I/O端口輸出信號IOPA1置為低電平，則光電耦合器TLP121輸出為高電平，使晶體管Q1 導(dǎo)通，繼電器JDQ2 的線圈得電，其常閉觸點(diǎn)JDQ1 斷開，切斷該陀螺電源的AC 220 V 輸入，從而實現(xiàn)陀螺電源出現(xiàn)過壓、過流或欠壓等故障保護(hù)。一旦陀螺電源保護(hù)，只有整個陀螺電源供電模塊重新上電才可以恢復(fù)供電。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括上位機(jī)監(jiān)控軟件及監(jiān)控界面設(shè)計、通信協(xié)議設(shè)計和下位機(jī)軟件設(shè)計三部分。

3.1 上位機(jī)軟件設(shè)計

采用LabVIEW 2013 來設(shè)計測控軟件的上位機(jī)界面以及與下機(jī)位的通信程序。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineer?ing Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言，提供了很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面，快速輕松采集實際信號、進(jìn)行分析以確定有用的數(shù)據(jù)、通信或存儲結(jié)果[3?4]。設(shè)計好的上位機(jī)光纖陀螺供電電源監(jiān)控界面如圖7所示。

在圖7中，系統(tǒng)可以同時監(jiān)控12個光纖陀螺供電電源的+5 V 輸出電壓和輸出電流，-5 V 輸出電壓和輸出電流，并且顯示電源的當(dāng)前工作狀態(tài)，是否出現(xiàn)過壓、過流和欠壓等故障；一旦出現(xiàn)故障，相應(yīng)的指示燈會由綠色變?yōu)榧t色。

3.2 通信協(xié)議

工控機(jī)與下位機(jī)單片機(jī)之間的通信協(xié)議采用Mod?bus 協(xié)議中的RTU 傳輸模式，波特率為38 400 b/s。其中，工控機(jī)作為主機(jī)，光纖陀螺供電電源監(jiān)控電路1~3為從機(jī)[5?6]。

3.3 下位機(jī)軟件設(shè)計

下位機(jī)軟件設(shè)計主要包括系統(tǒng)上電初始化子程序、10 ms中斷子程序，串口數(shù)據(jù)發(fā)送/接收中斷子程序三部分。

（1）上電初始化子程序。系統(tǒng)上電后，首先需要進(jìn)行系統(tǒng)的初始化設(shè)置，包括MC9S12XEP100MAL單片機(jī)處理器初始化、A/D采樣模塊初始化、10 ms定時中斷模塊初始化，以及RS 485 串行接口的初始化。初始化程序流程如圖8所示。

（2）10 ms 中斷子程序。在10 ms 中斷子程序中，主要完成4個陀螺電源的8個電壓信號和8個電流信號的采集。10 ms中斷子程序流程如圖9所示。

在圖9中，當(dāng)10 ms中斷產(chǎn)生進(jìn)入中斷子程序，單片機(jī)對16 個A/D 通道順序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并對轉(zhuǎn)換后的電壓電流數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后將其存入對應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，等待上位機(jī)請求數(shù)據(jù)時通過串口發(fā)送返回。電流電壓數(shù)據(jù)處理主要包括將A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果變換成對應(yīng)的實際電流電壓值，以及進(jìn)行電壓的過壓、欠壓判斷，電流的過流判斷。一旦出現(xiàn)過壓、欠壓或過流等故障，單片機(jī)立即啟動保護(hù)電路切斷陀螺電源的AC 220 V輸入。

（3） 串口數(shù)據(jù)發(fā)送/接收中斷子程序。工控機(jī)與3 路監(jiān)控電路之間的通信采用主從通信模式，即工控機(jī)向3路監(jiān)控電路發(fā)送數(shù)據(jù)請求命令，監(jiān)控電路在響應(yīng)主機(jī)請求時返回8路電壓信號數(shù)據(jù)、8路電流信號數(shù)據(jù)和陀螺電源的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。為了減少串口數(shù)據(jù)發(fā)送/接收對單片機(jī)資源的占用，提高處理的效率，系統(tǒng)采用中斷的方式完成串口數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。串口中斷服務(wù)程序流程如圖10所示。在圖10中，當(dāng)串口中斷產(chǎn)生時，串口中斷服務(wù)程序首先判斷串口中斷的來源，進(jìn)入串行數(shù)據(jù)接收或串行數(shù)據(jù)發(fā)送子程序。發(fā)送數(shù)據(jù)時，從系統(tǒng)的發(fā)送緩存區(qū)讀取數(shù)據(jù)，寫入相應(yīng)的串口寄存器發(fā)送；接收數(shù)據(jù)時，從相應(yīng)的串口寄存器讀入數(shù)據(jù)，寫入系統(tǒng)的接收緩存區(qū)。

3.4 數(shù)據(jù)存儲

工控機(jī)接收到監(jiān)控電路返回的電流電壓數(shù)據(jù)后，除了將數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控界面中，還定時將數(shù)據(jù)以Excel文件的格式存儲到工控機(jī)的硬盤中，以備陀螺電源運(yùn)行數(shù)據(jù)的查詢。其中，數(shù)據(jù)存儲時間為10 s。

4 結(jié)論

本文采用工控機(jī)與MC9S12XEP100MAL 單片機(jī)相結(jié)合的方案，基于LabVIEW編程技術(shù)、隔離信號采樣技術(shù)，以及RS 485串行通信等技術(shù)，實現(xiàn)了光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)可以同時監(jiān)控12路光纖陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流，且具有數(shù)據(jù)存儲，過壓、欠壓和過流等故障保護(hù)功能?，F(xiàn)場實際應(yīng)用表明，該光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)電流、電壓采樣精度高，數(shù)據(jù)采集和顯示實時性好，故障保護(hù)功能可靠，滿足了光纖陀螺老煉測試需要長時間監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄分析和故障保護(hù)的要求，達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)。

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篇5

關(guān)鍵詞廣發(fā)發(fā)電系統(tǒng)；網(wǎng)點(diǎn)電壓；調(diào)整

大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)在執(zhí)行并網(wǎng)運(yùn)行時，要求其所占的容量逐步提升，并且對電力系統(tǒng)的影響也逐漸增大。其中需要經(jīng)常用到的轉(zhuǎn)換接口是逆變器，在控制PCC電壓時，不能單純的依靠傳統(tǒng)的電力調(diào)整方式，要利用經(jīng)濟(jì)實用的PCC電壓升高解決目前問題，同時借助于自身的特點(diǎn)優(yōu)化光伏發(fā)電，提高發(fā)電系統(tǒng)的滲透率。

1光伏發(fā)電系統(tǒng)并未電壓的應(yīng)用概述

我國最近幾年光伏發(fā)電的技術(shù)已經(jīng)開始走向成熟，同時分布式的光伏在配電網(wǎng)特別是在低壓配電網(wǎng)上出現(xiàn)滲透率不斷上調(diào)的狀況。在發(fā)展中出現(xiàn)高光伏的滲透配電，特別在使用時遇到比較弱的反射式低壓配電網(wǎng)形式，出現(xiàn)上述情況的根本原因是受到天氣變化的影響，多云的天氣狀況光伏會出現(xiàn)劇烈波動，接下來就會出現(xiàn)電壓的馬上下降，閃電的出現(xiàn)會影響整個系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性能。以上諸多情況的產(chǎn)生讓光伏承擔(dān)較高的承載，很容易初選潮流逆流最終引發(fā)的電壓問題。

控制上述問題如果單純的依靠變壓器或者電力電氣等比較傳統(tǒng)的電壓控制方式，在響應(yīng)速度不能做出調(diào)整的前提下，頻繁快速的額電壓變化不能是不能得以實現(xiàn)。

當(dāng)前使用中最新的大容量逆變器主要是給電網(wǎng)注入額定的有功功率，也能實現(xiàn)最低的功率因素集中在0.9，在實際有功出力比逆變期額定功率小的情況下，那么剩余的功率能夠在這個過程中實現(xiàn)無功率支持。例如在研究光伏接入引發(fā)的高電壓現(xiàn)象，如果借助于逆變器這一情況不能得到妥善的解決，但是其使用時的經(jīng)濟(jì)效能還是值得肯定的，但是由于低壓配電網(wǎng)中電力阻抗有一定變化形式，導(dǎo)致低壓配電網(wǎng)中的無功調(diào)壓效果比電壓等級比較高的網(wǎng)絡(luò)小很多，在逆變器正常運(yùn)行的情況下，網(wǎng)點(diǎn)電壓的控制能力也要受到變壓器或者線路容量這兩項因素制約。

2電壓升高和調(diào)高原理

我國傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)主要電力配置方式是從高壓到低壓，配置系統(tǒng)呈現(xiàn)單項配置模式，所以潮流逆轉(zhuǎn)的配置模式是不允許使用的，一般情況下高壓、中壓的變壓器上面都有著調(diào)壓的抽頭，能夠在運(yùn)行中實現(xiàn)帶載調(diào)壓，但是在中壓和低壓部分沒有調(diào)壓抽屜，所以調(diào)壓時不帶載調(diào)壓。使用過程中，為了能夠有效的確保系統(tǒng)的整體安全性能，要求電網(wǎng)運(yùn)營商需要通過光伏發(fā)電系統(tǒng)模式隔離整個升壓變壓器，讓其接入到低壓或者中壓中，兩網(wǎng)同時運(yùn)行。

從上一節(jié)能夠了解到，大規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)運(yùn)行后，會出現(xiàn)PCC電壓偏高的狀況，所以在使用時需要適度的控制PCC電壓。德國常用的VDE AR 4105標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中，就要求不允許中壓并網(wǎng)光伏系統(tǒng)引發(fā)PCC的高壓超過2%，低網(wǎng)則被控制在3%左右。

PCC電壓受到電網(wǎng)電壓、輸出電線路的阻抗參數(shù)、線路的傳授功率等因素限制，在結(jié)合光伏發(fā)電系統(tǒng)自身特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，最好使用電壓調(diào)整，第一先要逐步改善電路出現(xiàn)的阻抗參數(shù)；第二，需要配置儲備能量的相關(guān)裝置；第三，在改善輸電路阻抗參數(shù)的過程時控制好光伏發(fā)電系統(tǒng)中的有用功率以及無用功率。在使用時需要考慮一點(diǎn)在使用時前期成本比較大，不能做到經(jīng)濟(jì)適用，因而當(dāng)前規(guī)?；褂眠€不能馬上實現(xiàn)。在新電網(wǎng)固定中可以調(diào)節(jié)光伏在可用功與無用功之間，最好的辦法就是先控制好各類光伏發(fā)電系統(tǒng)，通過輸出有用功率和無用功率的方法開展，借助于光伏發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中有用功率和無用功率的使用策略，這樣可以在一定程度上面控制好PCC電壓，其實可以這樣理解功率控制的本族本質(zhì)其實就是電流的流量，所以在研究時可以研究電流的流量控制。

2.1有功電流電源的調(diào)整原理及調(diào)整方略

1）有功電流的調(diào)整原理。光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行，會出現(xiàn)PCC電壓升高的現(xiàn)象，究其原因是光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量偏大，這必然會產(chǎn)生大量的有功功率，因而在使用時想辦法限制或者減少光伏系統(tǒng)的發(fā)電狀況，能控制整體的電流狀況，讓輸出的電壓在可以控制的范圍內(nèi)。

2）有功電流的調(diào)整方法。限制時運(yùn)用有功電流限制方略時，要求了解到實驗過程中的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)波形圖，圖2能夠了解到，當(dāng)PCC本地負(fù)被隔離一，PCC能夠在短時間內(nèi)電壓升高，同時要求電壓調(diào)整器控制電壓狀況，增強(qiáng)PCC的整體控制力度，所以控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)也得到最為有效的控制。電壓調(diào)整方式是穩(wěn)態(tài)波形，也就說當(dāng)前系統(tǒng)是穩(wěn)定運(yùn)行模式，隨著時間推移輸出的功率正在逐漸減少，電壓整體偏差會出現(xiàn)回歸為零的情況，因而系統(tǒng)功率運(yùn)行是在單位因子范圍內(nèi)。

2.2無用功電流電源調(diào)整原理

1）調(diào)整原理。調(diào)整時為了控制住電力最好運(yùn)用雙二階通用積分器為主要的工具，檢測出PCC電壓的具體相位和浮動數(shù)值，這樣可以在使用是比較粗電壓瞬時的幅值和鎖定后的幅值，所有的誤差在經(jīng)過P1調(diào)節(jié)后最終獲得電壓調(diào)節(jié)中的無功補(bǔ)償，疊加設(shè)定的武功電流參考后控制逆變器的整體數(shù)值，最終可以實現(xiàn)PCC的動態(tài)調(diào)整。

2）調(diào)整方法。首先使用時需要先調(diào)整好PCC的電壓狀況，調(diào)整過程中也呈現(xiàn)出暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)的實驗波形圖，有圖可見，在PCC本地負(fù)載切除的瞬間，逆變器不能吸收任何功率，因而也就不能在此基礎(chǔ)上調(diào)整PCC的功率，電壓值指數(shù)為零以后，系統(tǒng)將不能正常運(yùn)行單位功率的整體因素，反而會滯后于整體的功率因數(shù)狀況。

3）對比總結(jié)。通過上述兩個圖的對比，能夠了解到一點(diǎn)那就是有功電流電壓在調(diào)整時，需要比無功電流電壓調(diào)整有更快的動態(tài)響應(yīng)情況，一旦有功電流電壓被調(diào)整后，光伏發(fā)電系統(tǒng)依舊作用于單位功率的因數(shù)，反之亦然，將會制約整個單位功率因數(shù)，尤其在控制電壓精度時，有功和無功兩者的控制策略都較好，另外從經(jīng)濟(jì)方面考慮問題，無功控制策略有更好的經(jīng)濟(jì)收益。

篇6

通信基站情況通信基站位于上海長江口外某海島，北緯31.05°~31.29°N，東經(jīng)121.77°~122.25°，東西長46.3km，南北寬25.9km。根據(jù)參考資料，該地區(qū)的風(fēng)力和光伏資源情況如表1所示。由表1可知，該基站風(fēng)力的年可利用能量和可利用小時數(shù)遠(yuǎn)大于光伏，因此，該基站重點(diǎn)以風(fēng)力發(fā)電為主。風(fēng)力發(fā)電可運(yùn)行時間長，配合移動通信基站應(yīng)用，可以做到即發(fā)即用，無需蓄電池存儲，發(fā)電系統(tǒng)利用率高。光伏系統(tǒng)發(fā)電時間短，但比較穩(wěn)定，配合蓄電池組應(yīng)用充放電模式為通信設(shè)備供電。另外，蓄電池放電后的補(bǔ)充電容量也采用光伏發(fā)電。該移動通信基站包括一層機(jī)房和室外鐵塔，太陽能電池板安裝于機(jī)房屋頂平臺，風(fēng)機(jī)安裝于鐵塔上。光伏發(fā)電系統(tǒng)的占地面積約為300m2。

基站負(fù)荷情況因基站設(shè)備實際運(yùn)行負(fù)荷值與設(shè)計負(fù)荷值可能存在差異，建議新能源系統(tǒng)配置設(shè)計時，應(yīng)對同類型場景在用基站負(fù)荷進(jìn)行實測，以基站典型負(fù)荷作為設(shè)計基礎(chǔ)。智能通風(fēng)設(shè)備共配置2臺，考慮到其間歇工作狀態(tài)，因此暫按1臺設(shè)備估算。傳輸設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備均為基站正常配置。新增風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備，參考基站監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行估算。根據(jù)前述分析，本方案基站設(shè)備以其典型負(fù)荷值為基礎(chǔ)依據(jù)，其他設(shè)備以參考負(fù)荷為依據(jù)，綜合考慮后，基站設(shè)計負(fù)荷為1635W。另外，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行周期較長，通信設(shè)備可能調(diào)換或者擴(kuò)容，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)可根據(jù)實際情況進(jìn)行擴(kuò)容。

蓄電池容量計算根據(jù)基站業(yè)務(wù)需求、地理條件，結(jié)合風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)造價以及維護(hù)等方面的情況，確定基站設(shè)備的后備蓄電池組保障時間為48h。由于目前磷酸鐵鋰電池存在技術(shù)和價格問題而尚未普及，成熟的光伏控制器和風(fēng)機(jī)控制器都是基于鉛酸電池充放電模式開發(fā)，專門用于磷酸鐵鋰電池的控制器比較少，也不夠成熟。因此本方案選用膠體類型鉛酸電池，該電池具有充放電次數(shù)多、使用壽命長、高溫適應(yīng)能力好等特點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池板容量配置本方案風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)計容量分兩部分，一部分為基站設(shè)備用電，按風(fēng)光系統(tǒng)日平均發(fā)電水平分比例配置，風(fēng)力供電60％，光伏供電40％；另一部分為蓄電池補(bǔ)充電部分，全部由光伏發(fā)電系統(tǒng)提供，補(bǔ)充電容量按光伏發(fā)電系統(tǒng)從電池容量20％充至80％核算，為避免光伏充電容量配置過大，本方案中補(bǔ)充電容量按6天充滿核算。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T提供的月平均風(fēng)速、月平均日照小時數(shù)以及平均風(fēng)速修正系數(shù)等，經(jīng)計算分析，若要維持基站24h全天候運(yùn)行，風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏電池板容量配置應(yīng)如表3所示。

風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)控制策略風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)控制策略主要基于蓄電池管理，以蓄電池電壓為控制核心，根據(jù)蓄電池的狀態(tài)電壓對各個控制器輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，詳細(xì)如圖2所示。通信設(shè)備需要連續(xù)穩(wěn)定的電源供應(yīng)，而風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)具有不穩(wěn)定性，因此需要依賴電池才能提供系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出，所以電池狀態(tài)是系統(tǒng)控制的核心。電池容量的估算有多種方法，與電壓及電流都相關(guān)，控制系統(tǒng)中通過算法推算出電池的容量及狀態(tài)。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，除蓄電池放電過低，發(fā)電系統(tǒng)的供電對于通信設(shè)備的用電均優(yōu)于蓄電池的充電。系統(tǒng)控制器通過監(jiān)測電池容量控制風(fēng)光互補(bǔ)控制器的電力輸出，如果蓄電池處于滿容量狀態(tài)，除設(shè)備用電外，需將多余的風(fēng)力和光伏發(fā)電量卸除；如電池容量不足，除設(shè)備用電外，其余的風(fēng)力和光伏發(fā)電量進(jìn)入充電模式；如連續(xù)數(shù)日風(fēng)力和陽光資源不佳，在蓄電池放電至容量過低時，為保護(hù)電池系統(tǒng)將發(fā)出停機(jī)告警信號，并切斷用電設(shè)備。當(dāng)資源恢復(fù)，系統(tǒng)監(jiān)測到風(fēng)光系統(tǒng)有發(fā)電量輸出時，即為電池充電，當(dāng)充電至電池容量可用時，開始啟動通信設(shè)備供電。

基站監(jiān)控系統(tǒng)

一般基站均配置動力環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)以方便維護(hù)人員進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)。海島基站由于新增風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)及人員現(xiàn)場維護(hù)難度大的特點(diǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)需根據(jù)基站特點(diǎn)補(bǔ)充對風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)各控制器的監(jiān)控，包括風(fēng)力、光伏、氣候監(jiān)測設(shè)備，用于記錄相關(guān)信息等。此外，由于圖像監(jiān)控的優(yōu)勢，機(jī)房內(nèi)、外安裝視頻監(jiān)控設(shè)備分別對通信設(shè)備和風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行圖像監(jiān)控。所有機(jī)房環(huán)境監(jiān)控和風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)運(yùn)行實時信息經(jīng)基站集中監(jiān)控系統(tǒng)傳送至監(jiān)控中心，供監(jiān)控中心遠(yuǎn)程查看及控制。機(jī)房環(huán)境監(jiān)控和風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)運(yùn)行及監(jiān)測信息由于信息量大，監(jiān)控中心存儲不方便，所有原始?xì)v史數(shù)據(jù)均在現(xiàn)場存儲，然后通過無線方式進(jìn)行遠(yuǎn)程查詢、下載。（1）機(jī)房環(huán)境監(jiān)控機(jī)房環(huán)境監(jiān)控包括對機(jī)房內(nèi)部及外部環(huán)境狀況的監(jiān)控，機(jī)房內(nèi)部環(huán)境狀況包括機(jī)房門禁、門磁、機(jī)房溫度/濕度、煙霧、水浸等；另外，還包括機(jī)房智能通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。機(jī)房外部環(huán)境狀況主要包括室外溫度、濕度等。通信設(shè)備安裝在室內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏電池板均安裝在室外，室內(nèi)、外設(shè)備的現(xiàn)場情況可以通過實時圖像進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。（2）風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)監(jiān)控風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)監(jiān)控主要對發(fā)電運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，主要內(nèi)容包括風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)信息和現(xiàn)場可利用新能源信息等。蓄電池組方面主要包括蓄電池組工作狀態(tài)、電壓、剩余容量、溫度等，風(fēng)力方面主要包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，風(fēng)機(jī)控制器輸出電壓、輸出電流、發(fā)電功率、發(fā)電量等信息。光伏方面主要包括光伏發(fā)電模塊運(yùn)行狀態(tài)，光伏控制器輸出電壓、輸出電流、發(fā)電功率、發(fā)電量等信息。現(xiàn)場可利用新能源監(jiān)測信息包括現(xiàn)場光輻射量傳感器、塔上風(fēng)速儀的現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)信息。本方案利用集中控制器的無線通信模塊實現(xiàn)電源系統(tǒng)和監(jiān)控中心之間的無線通信和遠(yuǎn)程監(jiān)控。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心能獲得電源系統(tǒng)的工作情況和歷史數(shù)據(jù)，如風(fēng)力發(fā)電量、太陽能發(fā)電量、蓄電池充放電歷史、系統(tǒng)故障歷史等。積累的歷史數(shù)據(jù)同時存儲于本地并上傳于監(jiān)控中心，便于數(shù)據(jù)分析，為以后其他站點(diǎn)應(yīng)用做基礎(chǔ)。（3）其他基站配置小型逆變器，用于通信系統(tǒng)調(diào)試、搶修等臨時用電。

技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)如下。•風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)充分利用海島地區(qū)豐富的自然資源以滿足通信基站的電力需求，相比單獨(dú)風(fēng)力發(fā)電或光伏發(fā)電能獲得更穩(wěn)定的輸出，可配備更少的儲能蓄電池。如需達(dá)到更高的供電可靠性，可配置柴油發(fā)電機(jī)，在風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)無發(fā)電量時對基站供電。但柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行后需要維護(hù)和補(bǔ)充柴油，而該海島屬于無人島，維護(hù)困難。•通信基站負(fù)荷連續(xù)平穩(wěn)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用在各級控制器調(diào)節(jié)下保證風(fēng)能和太陽能優(yōu)先滿足負(fù)荷需求，若電能有富余則為蓄電池充電，電能不足則由蓄電池補(bǔ)充。•風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)控制器采用專業(yè)工業(yè)控制器進(jìn)行深度開發(fā)，能保證電源系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。整個系統(tǒng)的軟件控制充分考慮多種工作情況，采用閉環(huán)控制方式，故障情況下可以自動停止運(yùn)行。控制器已經(jīng)通過了實用化驗證，能保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。•風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)充分利用可再生能源，該基站日耗電量為40kWh，年節(jié)約市電量14600kWh，在節(jié)能的同時也實現(xiàn)零排放。同時，該電源系統(tǒng)也為運(yùn)營商節(jié)約了引入市電的投資和系統(tǒng)維護(hù)成本，運(yùn)營商可以很快收回初期投資。

結(jié)束語

篇7

【關(guān)鍵詞】廣播電視 信號發(fā)射 全固態(tài)發(fā)射機(jī) 電子管發(fā)射機(jī) 維修

在廣播電視信號發(fā)射領(lǐng)域中，隨著固態(tài)發(fā)射機(jī)技術(shù)的不斷提升和發(fā)展而且固態(tài)發(fā)射機(jī)具中運(yùn)行成本低，效率高，性能穩(wěn)定，模塊壽命長和維護(hù)量少等優(yōu)點(diǎn)，使全固態(tài)發(fā)射機(jī)逐漸代替原有的傳統(tǒng)電子管發(fā)射機(jī)在廣播電視信號發(fā)射中是必然的趨勢。全固態(tài)發(fā)射機(jī)與傳統(tǒng)的電子管或速調(diào)管發(fā)射機(jī)相比較，不僅在廣播電視信號發(fā)射的安全性與可靠性方面比較突出，而且日常的故障問題發(fā)生數(shù)量以及在發(fā)射機(jī)設(shè)備的維護(hù)成本費(fèi)用等方面，都要比電子管發(fā)射機(jī)更有優(yōu)勢。本文僅以同方吉兆公司生產(chǎn)的GME1133型UHF3kw大功率合放式全固態(tài)電視發(fā)射機(jī)為例，結(jié)合我們?nèi)粘Ｊ褂迷摍C(jī)的情況對其結(jié)構(gòu)原理以及日常故障維護(hù)策略進(jìn)行粗淺分析，以便更深了解固態(tài)發(fā)射機(jī)的性能和維護(hù)。

1 廣播電視全固態(tài)發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)原理分析

圖上圖所示的結(jié)構(gòu)原理情況可以看出，在GME根據(jù)上圖所示的結(jié)構(gòu)原理情況根據(jù)上圖所示的結(jié)構(gòu)原理情況可以看出，在GME1133型UHF3kw大功率合放式全固態(tài)電視發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，激勵器是整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的核心部分，主要有主、備兩臺激勵器共同組成，以在發(fā)射機(jī)進(jìn)行電視信號發(fā)射應(yīng)用中對其工作運(yùn)行實現(xiàn)進(jìn)行支持，對于整個發(fā)射機(jī)的工作運(yùn)行實現(xiàn)具有一定的控制作用。發(fā)射機(jī)的激勵器結(jié)構(gòu)部分主要是由視頻以及音頻中頻調(diào)制器、DG與DP校正、群時延校正、互調(diào)校正和上變頻器、激勵功放裝置、開關(guān)電源、控制主單元等結(jié)構(gòu)單元組成。發(fā)射機(jī)工作運(yùn)行過程中，激勵器中的預(yù)校正指標(biāo)主要是通過計算機(jī)遠(yuǎn)程控制下設(shè)置實現(xiàn)的，用于將信息源部分所送的視頻或者是音頻信號送到指定的頻道載波上，同時將載波電平進(jìn)行放大調(diào)整，以推動功率放大器的工作運(yùn)行，進(jìn)而推動整個發(fā)射機(jī)的工作運(yùn)行實現(xiàn)。

其次，該全固態(tài)電視發(fā)射機(jī)為了實現(xiàn)發(fā)射機(jī)的正常工作運(yùn)行，系統(tǒng)中還設(shè)計采用了8個550W功放，采用x4x2的合成方式，從而保證發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)輸出的功率在3kw以上。在上述全固態(tài)電視發(fā)射機(jī)的功放模塊中，功率放大器結(jié)構(gòu)裝置部分，則在每個功率放大器中設(shè)置了四只大功率場的效應(yīng)管組成功放模塊的末級級構(gòu)，同時，在發(fā)射機(jī)功率放大器的每只大功率場效應(yīng)管和與之相連接的輸入或者是輸出電路的共同結(jié)構(gòu)形式下，構(gòu)成發(fā)射機(jī)中的單管放大器，并且由兩個大功率場效應(yīng)管與電路構(gòu)成的單管放大器和3dB正交電橋的共同作用下，又構(gòu)成了發(fā)射機(jī)中的一組平衡放大器結(jié)構(gòu)單元，最后，通過兩組這樣的平衡放大器與同相的二合成器進(jìn)行功率合成，其輸出功率大于550W。該功放模塊是高增益，高線性的寬帶功放，在發(fā)射機(jī)工作運(yùn)行應(yīng)用中具有較好的線性，并且功放一致性比較強(qiáng)，功放過程中可以進(jìn)行互換應(yīng)用，進(jìn)行數(shù)字化升級的便利性也十分突出。

再次，在上述全固態(tài)發(fā)射機(jī)的無源部件結(jié)構(gòu)部分中，分配器以及合成器裝置設(shè)備都是使用吉賽爾原理或者是懸?guī)ЫY(jié)構(gòu)形式，通過同向一次分配合成的方式在發(fā)射機(jī)工作運(yùn)行中進(jìn)行分配與合成實現(xiàn)的。這種發(fā)射機(jī)的無源部件分配與合成形式，在發(fā)射機(jī)工作運(yùn)行過程中，不僅能夠避免其他固態(tài)發(fā)射機(jī)多次合成造成的較大損耗情況，同時合成器與分配器的結(jié)構(gòu)形式也相對比較簡答，沒有其他發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)所具有的復(fù)雜性。此外，在發(fā)射機(jī)的各功放端口還具有一定的隔離特性，能夠保持26dB以上的隔離度，發(fā)射機(jī)無源部件的結(jié)構(gòu)比較緊湊，能夠最大限度的滿足與保證發(fā)射機(jī)工作運(yùn)行過程中功率的輸出。

最后，全固態(tài)發(fā)射機(jī)整機(jī)設(shè)備在工作運(yùn)行中，所有的工作運(yùn)行狀態(tài)可以通過主控制單元顯示系統(tǒng)進(jìn)行顯示，而主控制單元則由功率測量板以及單片機(jī)、數(shù)碼表等組成。

2 設(shè)備日常維護(hù)注意事項

（1 ）發(fā)射機(jī)要定期除灰塵，以免灰塵積累過多，風(fēng)道受阻，造成功放過熱.

（2 ） 機(jī)房要保持室溫5～40度范圍，環(huán)境溫度過高或過低，都將影響設(shè)備的安全運(yùn)行.

（3 ）定期對發(fā)射機(jī)的各項功能參數(shù)進(jìn)行檢測，定時巡視運(yùn)行設(shè)備，做好發(fā)射功率，反射功率，駐波比，激勵器輸出功率等相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄.定期做好激勵器和功放工作參數(shù)的記錄，以便出現(xiàn)故障時對比分析故障原因.

（4） 要經(jīng)常檢查天饋線，看天線是否有明顯變形，饋線和接頭是否斷裂或受潮進(jìn)水等.要定期對天線的駐波比進(jìn)行測試，尤其是在雷雨和大風(fēng)天氣之后，為了保證設(shè)備長期安全運(yùn)行，要求駐波比不大于1.25.

3.1 故障現(xiàn)象

自動開機(jī)失效，手動開機(jī)正常；

電控單元和主控單元的通訊不正常，檢查485通訊口、通訊芯片和連接線；

查看電控電源（±9V）是否正常；

檢查主控板、電控板上所有集成塊管腳是否接觸良好，線路板是否有明顯虛焊點(diǎn)

3.2 故障排查

主控單元LCD顯示HIGH VSWR.整機(jī)出現(xiàn)過載保護(hù)。

檢查天線駐波比。首先連接到假負(fù)載判斷天線是否正常，其次用掃頻儀測試天線，

正常1.1.，不能大于1.5.

檢查饋線是否進(jìn)水，腐蝕。造成反射過大。

檢查發(fā)射機(jī)到饋線，饋線到天線的連接處是否有不良接觸。

3.3 故障現(xiàn)象：輸出功率低

檢查射頻輸入電纜接觸是否良好。不良的接觸會造成功放電路輸入，輸出，匹配等多數(shù)參數(shù)發(fā)生改變。引起輸出功率下降。另外四合成器（2）和二合成器中的電容和電感元件損壞或不良接觸，也會造成功率下降。

3 結(jié)束語

隨著廣播電視以及電子元件技術(shù)的發(fā)展提升，全固態(tài)發(fā)射機(jī)已經(jīng)逐漸成為廣播電視信號發(fā)射中常見的發(fā)射機(jī)設(shè)備，對其結(jié)構(gòu)原理與常見故障的分析論述，有利于促進(jìn)固態(tài)發(fā)射機(jī)的推廣應(yīng)用，保證安全可靠性，具有積極作用和意義。

參考文獻(xiàn)

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篇8

關(guān)鍵詞：光伏電源 微電網(wǎng) 儲能控制

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（c）-0031-02

就目前來看，含光伏電源的微電網(wǎng)已經(jīng)成為了進(jìn)行可再生能源利用的重要途徑。但在供電可靠性和電能質(zhì)量方面，微電網(wǎng)的運(yùn)行仍存在著一定的問題。而采取微電網(wǎng)儲能控制技術(shù)進(jìn)行含光伏電源的微電網(wǎng)的運(yùn)行控制，則可以有效提高微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，從而使該種可再生能源利用形式得到有效應(yīng)用。

1 含光伏電源的微電網(wǎng)儲能控制問題分析

在并網(wǎng)運(yùn)行時，由于使用了具有隨機(jī)波動性的微電源，含光伏電源的微電網(wǎng)會給配電網(wǎng)帶來電壓波動、諧波和功率波動等電能質(zhì)量問題，并且容易出現(xiàn)與主電網(wǎng)功率交換不可控問題。而在孤網(wǎng)運(yùn)行的過程中，含光伏電源的微電網(wǎng)也會出現(xiàn)功率波動等問題，以至于微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性受到了影響。而采取儲能控制技術(shù)可以進(jìn)行微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率的控制，并且改善微電網(wǎng)的電能質(zhì)量，繼而使微電網(wǎng)的運(yùn)行更加可靠[1]。因為，微電網(wǎng)儲能的實現(xiàn)，可以進(jìn)行功率波動的抑制。作為微電網(wǎng)的后備電源，儲能的容量可以根據(jù)功率與容量的關(guān)系完成配置，從而使微電網(wǎng)運(yùn)行的功率波動得到抑制，繼而維持微電網(wǎng)內(nèi)功率的穩(wěn)定。

2 含光伏電源的微電網(wǎng)儲能控制技術(shù)

2.1 微電網(wǎng)儲能容量配置

在含光伏電源的微電網(wǎng)運(yùn)行的過程中，儲能容量能否得到合理配置將直接影響電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。所以，需要完成微電網(wǎng)儲能容量的合理配置，以便對電網(wǎng)內(nèi)功率的穩(wěn)定性進(jìn)行有效控制。而微電網(wǎng)儲能容量的配置與兩方面的因素有關(guān)，即光伏出力預(yù)測誤差和負(fù)荷短期預(yù)測誤差。因此，還要對這兩種誤差進(jìn)行分析，以便合理完成儲能容量的配置。

從理論上來講，由于含光伏電源會為微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷優(yōu)先供電，所以如果光伏出力預(yù)測與負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確，電網(wǎng)負(fù)荷實際需求和光伏實際出力將與預(yù)測保持一致。但是，在主電網(wǎng)允許的情況下，光伏電源會進(jìn)行功率倒送。在微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷無法完全進(jìn)行光伏發(fā)電輸出功率的消納時，剩余功率將會經(jīng)交流母線進(jìn)入到主電網(wǎng)。而在光伏發(fā)電無法滿足微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷需求時，主電網(wǎng)又會向微電網(wǎng)提供多余的功率。所以，光伏電源出力應(yīng)該以滿足微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷需求為標(biāo)準(zhǔn)，將缺額功率與盈余功率與主電網(wǎng)交換。而微電網(wǎng)與主電網(wǎng)的交換功率則為微電網(wǎng)有功負(fù)荷與光伏發(fā)電輸出功率之差[2]。在實際運(yùn)行中，光伏發(fā)電會受到溫度、濕度和太陽輻射等多種因素的影響，微電網(wǎng)負(fù)荷也會受到氣象、預(yù)測方法等因素的影響。所以無論是光伏電源出力預(yù)測還是微電網(wǎng)負(fù)荷變化都具有隨機(jī)波動性，存在一定的隨機(jī)預(yù)測誤差。因此，想要進(jìn)行微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率的控制，還要分析負(fù)荷短期預(yù)測誤差和光伏出力預(yù)測誤差。

2.2 光伏出力預(yù)測與負(fù)荷短期預(yù)測

光伏電源出力與風(fēng)速、溫度、太陽輻照度和氣壓等多種因素有關(guān)，所以進(jìn)行光伏出力的預(yù)測需要考慮到這些因素，以便對實際光伏出力與預(yù)測出力之間的誤差進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)這一誤差，則可以進(jìn)行儲能的合理配置，從而通過采取補(bǔ)償預(yù)測誤差的方法消除誤差給微電網(wǎng)運(yùn)行帶來的不良影響。在采取算法進(jìn)行出力預(yù)測誤差的計算時，由于各誤差隨機(jī)變量相對獨(dú)立，并且服從同概率分布，所以預(yù)測誤差也將符合正態(tài)分布。因此在計算時，可以在誤差總體數(shù)據(jù)中隨機(jī)抽樣獲取樣本數(shù)據(jù)，并將誤差概率進(jìn)行正態(tài)分布計算。

所謂的負(fù)荷短期預(yù)測，其實就是對微電網(wǎng)在短期內(nèi)的電力需求功率進(jìn)行預(yù)測，以便采取適合的儲能配置方案進(jìn)行微電網(wǎng)內(nèi)功率的有效控制。而預(yù)測結(jié)果會受到時間、氣候和經(jīng)濟(jì)等多個因素的干擾，會產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)測誤差。相較于微電網(wǎng)負(fù)荷實際需求，負(fù)荷短期預(yù)測誤差期望值較小。所以，一旦樣本數(shù)據(jù)夠大，誤差期望值將趨近零，可以為誤差概率分布分許提供便利[3]。在此基礎(chǔ)上，利用概率統(tǒng)計理論分析誤差的概率分布可以發(fā)現(xiàn)，負(fù)荷短期預(yù)測誤差的概率分布接近正態(tài)分布，因此可以采取正態(tài)分布進(jìn)行誤差概率的計算。

2.3 微電網(wǎng)的儲能控制

通過分析微電網(wǎng)光伏出力預(yù)測與負(fù)荷短期預(yù)測的誤差，就可以利用區(qū)間估計方法進(jìn)行微電網(wǎng)儲能的控制。具體來講，就是可以采用儲能分散配置和集中配置方式進(jìn)行儲能系統(tǒng)的布置，并且進(jìn)行電網(wǎng)儲能容量的配置。其中，分散配置是根據(jù)微電網(wǎng)內(nèi)的光伏電源接入情況進(jìn)行儲能系統(tǒng)的布置，而集中配置是將微電網(wǎng)內(nèi)的光伏電源當(dāng)做是一個整體，然后進(jìn)行儲能系統(tǒng)的整體配置。采取分散配置方式進(jìn)行電網(wǎng)儲能的控制，需要分別完成各個光伏電源的出力預(yù)測誤差分析，并且對電網(wǎng)某一區(qū)域的負(fù)荷預(yù)測誤差進(jìn)行分析。而采取集中配置方式進(jìn)行電網(wǎng)儲能控制，需要分別計算微電網(wǎng)內(nèi)的光伏電源和負(fù)荷，以便計算儲能配置的方差。在計算的過程中，需要將微電網(wǎng)光伏電源整體看成是系統(tǒng)“負(fù)的負(fù)荷”，以便進(jìn)行預(yù)測誤差的方差的計算。同樣的，微電網(wǎng)內(nèi)整體負(fù)荷短期預(yù)測誤差的計算也采取同樣的方法。但需要注意的是，微電網(wǎng)的光伏電源預(yù)測誤差與負(fù)荷短期預(yù)測誤差之間并沒有聯(lián)系，可以分別進(jìn)行分析和計算。

為了利用儲能系統(tǒng)進(jìn)行微電網(wǎng)短期功率波動的抑制，需要以每日有光照時間段為區(qū)間進(jìn)行配置容量的計算。因為，預(yù)測誤差必然有一定的隨機(jī)性，容易導(dǎo)致樣本誤差失信，所以需要對一定置信區(qū)間的預(yù)測誤差進(jìn)行概率估計，以便獲取可信的預(yù)測誤差期望值。同時，這一期望值可以進(jìn)行預(yù)測誤差期望功率的反應(yīng)，因此可以用于進(jìn)行儲能輸出功率的配置。但需要注意的是，想要獲取較高的置信水平，就需要進(jìn)行置信區(qū)間寬度的擴(kuò)大。而這樣一來，又容易導(dǎo)致置信區(qū)間精確度降低。因此，需要合理進(jìn)行置信區(qū)間寬度的設(shè)置，以便得到精確的儲能配置容量。而采取這一方法進(jìn)行儲能總配置功率的計算，可以獲得精確的配置值，從而有利于實現(xiàn)含光伏電源的微電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益[4]。此外，采取這一方法完成微電網(wǎng)儲能容量的配置，也可以進(jìn)行微電網(wǎng)與主電網(wǎng)功率交換的精確控制，并使微電網(wǎng)運(yùn)行時產(chǎn)生的功率波動得到較好的抑制。

3 結(jié)語

總而言之，在含光伏電源的微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行或孤網(wǎng)運(yùn)行的過程中，需要合理進(jìn)行電網(wǎng)的儲能配置，以便對微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率和功率波動進(jìn)行有效控制。因此，該研究 對含光伏電源的微電網(wǎng)儲能控制技術(shù)展開的探討，可以為維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚興國.微電網(wǎng)復(fù)合儲能柔性控制技術(shù)與容量優(yōu)化配置[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2014.

[2] 韓民曉，王皓界.直流微電網(wǎng)未來供用電領(lǐng)域的重要模式[J].電氣工程學(xué)報，2015（5）：1-9.

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關(guān)鍵字：古典園林、夜景燈光、網(wǎng)師園

一、江南古典園林夜景研究的意義和現(xiàn)狀

1、江南古典園林夜景研究的意義

江南古典園林集中分布在蘇州、揚(yáng)州、杭州、無錫等城市，成為了江浙一帶重要的旅游資源。但是由于部分園林的規(guī)模局限，景觀特色不夠突出，導(dǎo)致其成為冷門的旅游景點(diǎn)，如網(wǎng)師園、耦園、藝圃等。它們沒有拙政園的規(guī)模，也沒有退思園、滄浪亭膾炙人口，一直淪落在尷尬的境地。為了擺脫這種命運(yùn)，網(wǎng)師園首次嘗試植入夜景旅游項目，為江南古典園林的發(fā)展探索出一條新道路。

2、江南古典園林夜景的發(fā)展現(xiàn)狀

眾所周知，在明清時代電力技術(shù)的使用還沒有普及，人們大多使用蠟燭、油燈作為照明工具，所以將現(xiàn)代電力照明技術(shù)使用于古典園林難度不小。好在燈光照明在現(xiàn)代景觀的應(yīng)用比較普遍，設(shè)計師可以通過現(xiàn)代景觀燈光運(yùn)用的經(jīng)驗，結(jié)合古典園林的景觀特點(diǎn)來做設(shè)計。南方園林代表網(wǎng)師園和北方園林代表頤和園也可作為夜景燈光研究的實例，起到借鑒作用。

夜間旅游項目的開發(fā)除了可以緩解白天游客擁堵的壓力，增加一部分經(jīng)濟(jì)收益，對游人來說又可以選擇相對閑暇的夜間出行。夜間的古典園林更顯寧靜、浪漫，對于習(xí)慣了白天游覽園林的人們來說，夜游更有新鮮感。

二、網(wǎng)師園的夜景實例分析

1、網(wǎng)師園――首次嘗試夜景旅游項目的江南古典園林

網(wǎng)師園是蘇州典型的府宅園林，現(xiàn)面積約10畝，大小不及拙政園的六分之一。為了吸引游客，2011年3月24日蘇州古典園林網(wǎng)師園特色夜游活動拉開帷幕，網(wǎng)師園也成為了首個融入夜景燈光的江南古典園林。

2、網(wǎng)師園夜景燈光設(shè)計的優(yōu)缺點(diǎn)

作為首次加入夜景燈光的江南古典園林，網(wǎng)師園為今后類似園林的燈光設(shè)計提供了借鑒。

在主要的建筑輪廓線上布置線狀的LED燈光，讓亭臺樓閣本身婀娜的線條在夜間展露無遺；

?古樹名木周邊的燈光渲染較強(qiáng)，突出了重要節(jié)點(diǎn)，吸引游客駐足；

?燈光設(shè)備在日間的隱蔽性較好，不影響景觀在白天的效果；

?運(yùn)用現(xiàn)代科技，結(jié)合古典樣式的照明設(shè)備，使燈光與古典園林的融合不顯生硬；

?燈光布局疏密有序，整體感強(qiáng)。

另一方面，網(wǎng)師園的燈光設(shè)計也存在這一些問題

?道路照明欠缺。眾所周知，江南古典園林多奇異精怪的假山、石頭，道路也多以卵石、瓦片嵌入，如果道路照明不加很容易造成安全隱患；

?燈光的強(qiáng)度過大，容易產(chǎn)生眩暈感，高強(qiáng)度照射產(chǎn)生的射線和熱量也不利于古樹名木的保護(hù)；

?照明方式單一，缺乏創(chuàng)新。對喬木采用上射燈光，建筑采用輪廓照明，門廊采用下射燈光，燈光設(shè)計過于教條；

?后期維護(hù)不足，多指照明設(shè)備損壞沒有得到及時維修，或指修補(bǔ)的部分與原先的照明設(shè)備有差別，使景觀的觀賞價值大打折扣；

?照明設(shè)備的控制臺沒有嚴(yán)格管理，設(shè)置在游人觸手可及的室外廊道，對園內(nèi)設(shè)備維護(hù)和游園安全都是極大的不利因素。

三、江南古典園林夜景燈光設(shè)計的原則

1、功能性和觀賞性相結(jié)合的原則

夜景燈光設(shè)計的功能性是重點(diǎn)的考量對象，它關(guān)系到游園安全。在園林的主要道路上必須設(shè)置強(qiáng)度適合的照明設(shè)備，既不能如城市公路的照明強(qiáng)度，破壞了園林幽閉的景觀氛圍，也不能過暗造成安全隱患，還應(yīng)避免燈光直射。功能性照明的強(qiáng)度不應(yīng)大于重要節(jié)點(diǎn)的照明，影響夜景效果。照明強(qiáng)度越大的景觀越容易吸引游人視線，景觀主體和周圍環(huán)境的亮度要有一些差別，才有層次感。

2、因地制宜的原則

選擇照明效果好的設(shè)備，要建立在充分掌握周圍環(huán)境狀態(tài)的前提下，土壤、地勢、植物、水質(zhì)等等，都會與所選擇的照明設(shè)備相互影響，選擇不當(dāng)?shù)恼彰髟O(shè)備會對當(dāng)下的景觀環(huán)境造成破壞。

首先，紅光、橙光、黃光、綠光、藍(lán)光、紫光，它們對植物的作用是不同的。如青藍(lán)紫光對植物幼芽的形成和細(xì)胞分化均有重要作用，紅光能促進(jìn)莖的加長生長和促進(jìn)種子及孢子的萌發(fā)，而黃光和綠光則大多被葉子反射或透過，對植物的影響最小。光照強(qiáng)度的選擇也要恰當(dāng)，如落葉松屬、松屬、水杉、樺木屬、桉屬等喜光植物可以選用較強(qiáng)光；而生長在潮濕陰暗密林中的草本植物，如酢漿草、人參、秋海棠屬植物等就不適宜強(qiáng)光或長時間照射。

其次，水中不適宜選用大功率的照明設(shè)備。大功率照明設(shè)備在工作時產(chǎn)生的射線和熱量會加速水生動植物的死亡。水下應(yīng)該盡可能選用接近于自然光的燈光，并且盡量減少數(shù)量和照明時間。

最后，照明設(shè)備在施工選址時要注意以下幾點(diǎn)：

?照明設(shè)備不應(yīng)設(shè)置在地勢低洼地帶。古典園林的排水系統(tǒng)不完善，低洼地帶積水難排的現(xiàn)象很常見，照明設(shè)備長期浸泡在水中會導(dǎo)致設(shè)備失靈，甚至造成人員傷害；

?落地的照明設(shè)備不應(yīng)設(shè)置在道路中間，更應(yīng)在道路兩旁，避免游人碰觸設(shè)備造成損失；

?照明設(shè)備的照射角度不可在人的視平線附近，以免燈光直射給人造成眩暈等不適感。

3、日間隱蔽的原則

日間隱蔽原則是古典園林燈光設(shè)計有的原則。和現(xiàn)代景觀燈飾在日間具有觀賞價值的特點(diǎn)不同，古典園林的照明設(shè)備因是設(shè)計之初沒有的景觀設(shè)施，不宜不加遮蔽得出現(xiàn)，造成整體景觀的怪異感。照明設(shè)備可以安置在花叢里、假山石壁中間、屋檐瓦片的內(nèi)側(cè)等不宜被人發(fā)現(xiàn)的地方。照明設(shè)備的外殼也應(yīng)選用與周邊環(huán)境相近的顏色。還可以選用外形類似于古代照明設(shè)備的器具。

4、適度的原則

上文說到重點(diǎn)景觀的照明強(qiáng)度要大于周邊景觀，這樣重的得以突出，周圍的景觀也可顯得更加幽靜。亮度對比增加，游人在直觀視覺上比較滿意，但當(dāng)亮度對比較低時，關(guān)于意境體驗的評價會變得更好，所以照明強(qiáng)度取決于環(huán)境需要烘托宏偉還是意境的氛圍。

照明設(shè)備數(shù)量不是越多越好，也不是越少越好。過多的照明使夜間景觀與日間差距不大，喪失了夜游的趣味，也不利于能源節(jié)約，還可能造成光污染；過少的照明會給人壓抑和恐怖的感覺，也會產(chǎn)生安全問題。整體園林的燈光布置應(yīng)該疏密結(jié)合，適當(dāng)加大主要道路和重要節(jié)點(diǎn)的燈光數(shù)量，使燈光效果富有層次和韻律。

5、多樣性的原則

夜景燈光是夜間重要的景觀要素，燈光設(shè)計多樣才更有欣賞價值。在顏色上，紅光、橙光熱烈，黃光、白光莊重，綠光、藍(lán)光、紫光幽靜，各具特色，可搭配使用充實視覺；照明方式又包括泛光照明、輪廓照明、上射照明、下射照明等，適用于不同的景觀對象。

6、重視維護(hù)的原則

園內(nèi)照明設(shè)備需要統(tǒng)一管理，控制臺不可設(shè)在游覽區(qū)域內(nèi)，可按功能或控制范圍分開設(shè)置開關(guān)閘，還應(yīng)設(shè)置總閘。安排定期維護(hù)保養(yǎng)，重點(diǎn)檢查電路是否完好，做好相應(yīng)記錄。照盡量選擇優(yōu)質(zhì)的照明設(shè)備，可以大大減少設(shè)備更新的頻率。容易損壞的照明設(shè)備應(yīng)該備有充足的替換材料。在條件允許的情況下，每年最好有2-3個月關(guān)閉夜間照明，一則可以統(tǒng)一整修園內(nèi)設(shè)備，二則可使園內(nèi)的植物、建筑，水質(zhì)等有一個生態(tài)恢復(fù)的間歇。

四、江南古典園林夜景的發(fā)展前景

江南古典園林的夜景燈光設(shè)計還處在初步探索階段。本文在分析網(wǎng)師園燈光設(shè)計實例的基礎(chǔ)上，試總結(jié)一些適用于類似對象的設(shè)計方法，希望為江南古典園林的保護(hù)和發(fā)展尋找到一條新路子。

本著提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，江南古典園林嘗試夜景旅游是有可行性的，但仍希望設(shè)計師可以始終本著保護(hù)文物、尊重歷史和基于生態(tài)的理念去設(shè)計，避免盲目開發(fā)對人類遺產(chǎn)導(dǎo)致不可恢復(fù)的破壞。

參考文獻(xiàn)：