野战微电网能量管理需求分析与系统设计

杨玺国 沈卫东 阮喻

摘 要：随着世界新军事革命的不断深化，野战地面供电面临的挑战不断增加。本文针对野战微电网与传统微电网运行目标的差异，分析野战微电网能量管理的需求，对野战微电网能量管理系统的軟硬件实现进行设计。

关键词：野战微电网;能量管理;系统设计

伴随着国民经济的飞速发展，军队和国防建设正在阔步向前。未来战场中，信息化程度将越来越高，列装的高精尖武器装备将越来越多，所需的供电保障要求也将越来越高。可以预见的是，在信息主导的未来战争中，电能供给将会成为促进战斗力生成重要因素。但是野战地面供电配电系统与装备的研究还没有形成完整、独立的技术体系。

1 野战微电网能量管理需求分析

野战微电网区别于传统微电网优先考虑经济性不同，野战微电网的核心问题是供电可靠性。由于没有大电网支撑，选用可控发电系统作为首选微电源。对于传统微电网中经济性和环保性较好的可再生能源发电系统，在野战微电网中作为补充微电源来使用，起到调节作用。传统微电网中担负补充调节作用的储能系统，则作为战备微电源作为“最后一道防线”。只要可控发电系统正常工作，储能系统就不启用，并且保持充满状态。只有可控发电系统停机，储能系统才自动启用。野战微电网能量管理系统应该具备的主要功能有：（1）收集处理实时监控系统采集的野战微电网信息、微电源信息和负荷信息等;（2）实现多种微电源、储能系统和负荷之间的最优功率匹配;（3）实现多种微电源的灵活插拔以及实现微电网在孤网与多往互联运行模式间的无缝转换等;（4）具备良好数据反馈机制和人机交互功能。

2 野战微电网能量管理系统硬件设计

为了实现野战微电网能量管理系统的功能，硬件应该包括操控模块、PLC模块、通信模块、数据获取模块、输入/输出模块和实现相应功能的电力电子器件等。野战微电网能量管理系统的拓扑结构如下图所示。

作为野战微电网能量管理系统核心的PLC模块至少应实现以下功能：（1）初始化系统参数，确保系统正常运行;（2）按照控制程序处理求解数据信息，并根据求解结果对野战微电网进行调整;（3）当野战微电网发生故障或者异常时，发出停机指令并执行;（4）将相关数据反馈给操控系统，增强系统人机交互能力。

野战微电网能量管理系统中控制设备和微电源众多，运行工况转换较快，系统所面临的电磁环境极为复杂。同时，系统对数据的实时性要求高、数据的传输量庞大。因此，野战微电网能量管理系统的通信模块应选用光纤进行通信，以保障系统通信实时、高效。数据获取模块负责获取各个微电源、负荷支路的电压、电流、频率参数等电气参数。系统所用电力电子器件至少包括断路器、电流互感器、接触器等。当发生过流或欠压等异常时，断路器及时切断故障支路。电流互感器通过把大电流转换成小电流来对各支路电流进行采集。接触器可以通过输入/输出模块与PLC模块进行数据交换。可通过操控模块来查看相关数据或实施人工操作，并要设计友好的人机交互界面。

3 野战微电网能量管理系统软件设计

为了实现野战微电网各种运行工况间的精确切换及对野战微电网的实时控制，确保野战微电网能可靠、安全、高效的运行。野战微电网能量管理系统需实现数据获取和监控功能、数据实时传输功能、自动处置和调整功能、智能操控功能等。

野战微电网能量管理系统的控制程序流程图如图2所示。在启动野战微电网能量管理系统之前，应该先执行开机自检程序，如果不能通过开机自检，则不能启动，并应该报警复位，重新执行开机自检程序。自检通过后，系统应立即获取野战微电网相关信息，当野战微电网处于停机状态时，则判断是否启动;当野战微电网处于运行状态，则首先判断其是否有故障或异常，如果故障或异常则执行停机程序，如果正常运行，则执行控制程序，确保野战微电网在各个运行工况间的平稳切换，实现系统的可靠、稳定运行。

4 结论

从野战地面供电配电实际出发，分析了野战微电网同传统微电网的不同。进而针对野战微电网的差异，对其能量管理需求进行分析，提出野战微电网能量管理系统应该具备的功能。根据能量管理系统所要实现的功能，对系统的硬件和软件进行了分析设计，为下一步野战微电网能量管理系统的建设打下基础。

作者简介：杨玺国（1990-），男，云南梁河人，硕士，专业：动力工程及工程热物理。