公路机电设备的智能供电技术探讨

崔培梁

摘要 现阶段，有些地区的高速公路机电设备供电稳定性较差，且智能化程度不高。因此，文章提出了一种智能链式网供电技术，通过设定由电源点、能源智控站与用电负荷构成的供电链，互联各个电源点和能源智控站，打造智能链式网供电系统；分析了该系统的主要构成、布设及运行方式，旨在为有效解决高速公路机电设备供电不稳的问题提供参考。

关键词 智能供电；分布式智能终端；高速公路机电系统

中图分类号 U418.7文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）10-0008-03

0 引言

当前，部分高速公路所用的供电系统成本高、性能差、质量不稳定，而且耗电量高，无法满足高速公路智能化的运营需求。为提升高速公路供电系统运行水平，实现高质量供电，必须切实加大智能供电技术的应用[1]。该文提出了一种智能供电技术，即智能链式网供电技术，论述了智能链式网供电系统的布设方式，分析了该系统的运行方式，通过有效调控供电系统，确保机电设备供电稳定、安全，从而有效降低能耗及建设成本。

1 智能链式网供电技术

电能从高压电源输出后，经过电缆线及变压器传导，输送至高速公路机电设备，确保后者平稳运行。电源点、变压器和能源智控站，共同构成了智能链式网供电系统。通过采用智能链式网供电技术，有助于机电设备供电智能化程度的全面提升[2]。

1.1 高壓电源点和交流变压器

配电网系统由不同部分构成，其中的电能全部来自高压电源点，其主要作用是为机电设备的平稳、高效运行提供电能[3]。高压电源点输出电能，传输至交流变压器后电能出现部分损失，与低压交流母线组成的能源智控站较为匹配。

1.2 能源智控站

能源智控站的主要构成如下：

（1）低压配电柜：断路器以及用于数据计量、测量和系统保护的设备，是低压配电柜的主要组成部分。电源点的主要功能是输出电能，变压器对其进行相应处理，输出线路与配电柜相连接，电能被输送至能源智控站，为断路器及各种设备提供电能，从而确保公路用电负荷具备足够的电能供给。配电设备接通电流后，实现电路保护，有利于确保用电安全[4]。

（2）能量路由器：其主要作用是连接线路电流，从而获得更优质、稳定的电能。交流母线所在的变压器一侧电压较低，使其与路由器相连，设计出电能链式网状结构，有利于加快电能传输速度，确保供电稳定[5]。能量路由器的另一个功能是整合各个电压等级的交流电，加快电能接入速度，将光电、风电等各种绿色电能全面整合起来。

（3）分布式智能终端：其主要功能是加快数据收集速度，充分连接总协调控制单元，共享系统数据。采用分布式边缘计算方法分析相关数据，并传输至总协调控制单元，便于控制系统做出科学决策。通过接收并执行反馈指令，从而有效控制能源智控站，确保其安全稳定运行。智能终端还能接收机电设备的运行环境数据，例如温湿度、供电稳定性等。

（4）清洁能源及储能系统：蓄电池组是其主要构成部分，用于收存电能，电能收集完后，持续稳定为能源智控站输出电能，并保持其高效运行。蓄电池种类较多，通过对比分析不同的蓄电池性能及使用场景，构建电能储能系统采用的是UPS蓄电池。该蓄电池安全性能良好，具有较高的放电性，且牢固结实耐用，储能效果良好。选用清洁能源系统，能够有效补充蓄电池电能，有利于降耗节能，符合绿色环保的可持续发展要求。将光伏组件布置于能源智控站外，用于太阳能发电。由于能源智控站的场所较小，需结合现场实际情况，最终决定是否要配套建设清洁能源系统。

（5）电能质量控制系统：当供电系统稳定运行时，电能供给能够保持连续性，确保用户能够正常使用电能，这一特性就是电能质量。电能在传输过程中，输电线路和设备不可避免地会损耗部分电能，为确保电能质量符合用电标准，以及电压、电功率等参数达标，需使用电能质量控制系统。电能质量控制系统借助于静止无功发生器中的电流，由各种同步无功补偿器为供电系统输入电能，可以有效控制电能质量，这就能够保证安全稳定地为高速公路机电设备持续提供电能。

2 智能链式网供电系统的布设

如图1所示为智能链式网供电系统的布设图：

2.1 布置方式简述

高压电源点及总协调控制单元，通过高压断路器与母线相连，并为高压配电室提供电能。母线装置中设置开关器，电能由配电室向交流变压器传输，为能源智控站提供电能。配电室、智控站及变压器相互对应，在不同智控站之间配置开关，便于控制电能供应，确保输出电压符合机电设备的运行需求[6]。

2.2 布设要点

布设要点主要有以下三个方面：

（1）布设过程中，选定最佳高压电源点，确保供电的持续稳定。供电方式分为直流供电与交流供电，对比两种供电方式，交流供电的建站成本低，便于升降电压，还能根据实际需要调整电能，但线路经常发生故障，线路的电能损耗较高；若保持同等功率的电能输出，则直流供电方式的线路设置难度低，供电线路的电能损耗低，能有效抵抗外部因素的干扰，其不足在于换流站的建造成本高，需要在输电过程中开启换流装置进行无功补偿。通过全面比较两种供电方式的优缺点，该文最终选用高压交流供电方式。

（2）选定供电电压及高压电源点的间距：

①当前各地所用的供电等级主要为35 kV、10 kV。电源容量的大小是选定电压等级的主要参考因素，此外还需要全面考虑建站费用、电压稳定性等因素。相较于10 kV变电站的建造成本，35 kV变电站的成本更高，其优势在于电费低，供电稳定。高速公路机电设备主要有通信设备、视频监控设备、收费系统及照明设备等，各种设备联合发挥作用，以确保车辆通行安全。所以，如果条件具备应选用35 kV供电等级，使各种机电设备平稳运行，为车辆的安全行驶奠定基础。

②通常情况下，需要综合考虑电能输送容量及电缆线径，确定高压交流电源点的间距。若线径较大，需要更高的输电电容，其输电半径较小。因此，要求电源点间距应小于供电半径，才能实现稳定、高效供电，也就是说缩短电源点的间距，则有利于实现稳定供电。

③通过了解，明确机电设备的电能输送容量为2～

15 MVA，当供电电压为35 kV时，其最大供电半径为

50 km、最小供电半径为20 km；当电压为10 kV时，则上述两数值分别为25 km、10 km。因此，当高压电源点的供电电压等级为35 kV时，则设定的电源点间距不能超过30 km，如果高压电源点的供电电压等级为10 kV时，电源点间距不能超过15 km。当电源点的供电电压等级设定为35 kV时，需要通过交流变压器将电能电压下调至0.4 kV，之后再将电能输送至能源智控站。

（3）明确能源智控站布局数量及总协调控制单元：

①设置能源智控站，其间距大约应设定为500 m，据此明确能源智控站的最终布设数量，并根据电压等级设置供电半径。若电源点的供电电压等级为35 kV，设定供电半径为30 km，则应布设60个能源智控站。

②该系统的通信主要借助于无线网络，因此布设总协调控制单元时，必须综合考虑方位信号强度、信号遮挡成本及控制灵敏度等参数。

如果信号强度高，且建造成本未超过整体预算，则通常是6～10个高压电源点配置1个总协调控制单元，高压电源点与控制单元的布设点间距应小于500 m。

3 智能链式网供电系统的运行方式

智能供电系统运行过程中，必须实时监控其运行状态。由总协调控制单元检测各个高压电源点，全面了解供电系统中各项设备的运行情况，检查是否运行稳定、是否出现运行问题。如果供电系统的设备出现故障，需要借助配电网控制中心实现网络连接，探究出现故障的具体原因，判断故障部位，收集故障信息并传送至系统控制中心，控制中心据此安排工作人员维修设备[7]。

（1）定期巡检设备系统，确保正常运行。分布式智能终端与总协调控制单元应保持正常通信，若通信出现问题，由此可快速锁定出现故障的能源智控站位置，并将设备故障信息上报至管理中心；在保持通信稳定时，通过分布式智能终端设备，采用边缘计算方法分析能源智控站的实时运行数据，从而判断智控站是不是存在故障异常。

（2）分析确定当供电系统的运行无故障时，终端系统则自动调节能源智控站设备，增强其运行的稳定性，充分发挥电能质量控制系统的作用，提升供电负荷质量。收集系统运行数据，并传送至总协调控制单元。相较于能源智控站，该终端系统的优先级为最高。总协调控制单元接收全部的设备调整数据、信息策略等内容，从而实现对全部能源智控站运行情况的协调控制，确保能源智控站的稳定运行。

（3）通过分析发现智能链式网供电系统的运行存在故障，且系统设备不具备自动修复功能，则收集系统故障信息数据，并传送至总协调控制单元；此时智能断路器会切断电力供应系统，不再向能源智控站供电。当切断能源智控站供电时，电能存储系统输出电能，为开关系统、断路器控制系统及信息传输系统的稳定、高效运行提供充足电能。

（4）当出现紧急停电、设备停止运转后，应启动备用电源，为设備提供电能。智控站中的能量路由器连为一体，通常情况下，母联开关不会开启[8]。此时，需要关闭智控站中能量路由器的母联开关，完成能量互济，具备应急电能供给，从而确保用电负荷系统的运行要求。当检修完系统设备的故障后，一方面切断能源智控站的供电线路，另一方面还要将电能路由器的母联开关装置断开，确保为智控站持续供电，即为智能供电系统的一次运行循环。

4 结论

综上所述，当前高速公路机电设备供电系统存在控制质量差、能耗高、智能化程度低等问题。在智能链式网供电技术提出后，将其应用于为高速公路机电设备系统提供电能，一方面，电能质量得到明显提高，降低了电能输送过程中的损耗，有利于绿色环保发展理念的贯彻落实；另一方面，高速公路机电设备供电系统的智能化程度也有大幅提高，为实现智能化、物联化发展奠定了技术基础，不但能创造经济价值，还能创造良好的社会效益与环保效益，值得进行广泛的推广及应用。

参考文献

[1]叶海涛. 高速公路机电系统运行状态智能监测平台[J]. 中国交通信息化， 2023（7）： 94-97.

[2]秦天鹏. 信息化技术在高速公路机电系统维护中的应用[J]. 集成电路应用， 2023（6）： 254-255.

[3]阮应安. 高速公路机电系统电力监控前端监测预警系统探讨[J]. 交通科技与管理， 2023（11）： 23-25.

[4]牛聪. 高速公路机电系统短路故障智能检测技术研究[J]. 交通世界， 2023（12）： 196-198.

[5]门昌灏. 高速公路机电系统设备管理问题及优化方法分析[J]. 中国高新科技， 2023（6）： 62-64.

[6]沈于腾. 高速公路机电系统智能化运行体系分析[J]. 数字通信世界， 2022（12）： 59-61.

[7]牛诗剑. 高速公路机电系统中现代通信技术的运用[J]. 交通科技与管理， 2023（3）： 10-12.

[8]郑新建， 喻文文. 智慧化建设在高速公路机电系统中的应用[J]. 运输经理世界， 2022（30）： 71-73.