高速公路太阳能光伏供电监控系统(截稿)

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1、高速公路太阳能光伏监控系统的设计合肥工业大学电气与自动化工程学院刘三山摘要：本设计针对高速公路监控系统采用传统的供电方式给项目的后期维护、运营带来的诸多不便，提出了采用太阳能光伏供电方式的可实施性方案，通过分析宁洛高速公路蒙城段外场监控系统实际应用需求，分析了太阳能光伏供电系统组成的可行性，计算出实际负载所需配置的太阳能光伏阵列以及蓄电池组容量，经过长期监测，实践证明本设计安全、可靠、合理。关键词：太阳能、光伏、供电系统、监控系统引言随着我国经济的不断发展，政府拉动内需的政策导向，我国高速公路里程和道路服务水平跨上了一个更高的台阶

2、，高速公路机电项目的建设要求也越来越高。完善的外场监控系统顺应了这一要求，它可以对高速公路实行全程监控、实现交通事件自动检测报警和24h监控录像，为道路管理者及时发现和处理交通事故，有效疏导交通提供重要支持。外场视频监控系统常用的供电方式有两种：一是采用传统的电缆供电方式直接从就近的收费站配电房开始直接敷设电缆向监控点提供市电；二是采用独立太阳能或者太阳能和风能相结合的风光互补组合供电方式进行供电[1]。传统的外场监控设备受到距离、地形、地域等方面的影响必须使用比较粗大的铜芯线缆长距离输电来降低电压衰减，如此必将导致建设费用过高,

3、同时运营期间也因电缆经常被盗造成重大的经济损失和运营管理的不便[2]。而且传统电缆供电方式由于存在较长距离的供电电缆，也容易受感应雷的影响，系统中需要串入较完善的避雷设备，但受雷电影响的机率仍较高。而太阳能光伏供电的方式的主要特点就是它的能源全部来自太阳能，与传统电缆供电相比省去了中间电缆及其敷设的过程，同时省却了输电电缆被盗和减小了受雷电影响的机率，随着监控点离市电提供点的距离越长，建设成本节省越具优势。而且光伏发电施工和维护相对方便，不受距离远近、地形差异和跨线桥的影响，设备主部件使用寿命长，后期维护管理相对方便。二、监控系统

4、光伏供电系统的组成本方案介绍的光伏发电系统的结构如图1所示，主要由太阳能电池板、蓄电池组、光伏控制器和负载（监控摄像机系统）组成。图1光伏发电监控系统原理框图太阳能电池板将太阳能转换为电能，然后由光伏控制器经DC/DC变换后将电能存储至蓄电池并为监控摄像机供电。（一）、太阳能电池板太阳能电池板是光伏发电系统的关键部件之一，其性能的优劣直接决定光伏发电系统的发电效率和可靠性，本方案设计的系统采用的太阳能电池板使用优质原料硅片，具有转换效率高、使用寿命长和可靠性高等特点，根据项目提出的太阳能电池组件对参数的要求，系统拟采用4块140W

5、的单晶硅太阳能电池组件并联而成具体参数如表1所示。表1太阳能电池板参数表组件功率140Wp功率误差±3%转换效率15.7%电池片规格单晶125电池片数量72工作电压24.2V工作电流5.85A短路电流28.8V开路电压7.1A温度系数-0.38%光强系数AM1.5，25℃,1000W/M2外形尺寸1110*995*40重量15.8Kg（二）、光伏控制器光伏控制系统主要功能包括光电转换、蓄电池充放电保护与温度补偿、电源管理、脉冲节能供电、LED驱动技术、系统智能化软件和液晶显示操作等。系统结构如图2所示。图2光伏控制系统示意图光伏控

6、制器为光伏发电储能系统进行充/放电管理，太阳能光伏阵列发出的直流电力经过控制器对储能系统充电，在储能器件未充满时，控制器的作用是最大限度地对其充电；当储能器件被充满时，控制器切断充电电路，使储能系统处于停充状态当储能器件放电至接近过放电压时，控制器将发出储能器件电量不足警告并切断放电回路，以保护储能器件和整个系统。光伏控制器是系统的技术核心，其关键技术是系统智能化MPPT充电控制，主要功能如下：过充保护：当蓄电池已经充满时，控制器应能自动切换为浮充状态为蓄电池充电,过充保护电压在设置默认值得基础上，也可以在手持式控制面板或远程设置

7、。过放保护：当蓄电池放电至过放电压时，控制器应能切断负载，以保护蓄电池不受损坏，延长蓄电池使用寿命，过放保护电压在设置默认值得基础上，也可以在手持式控制面板或远程设置。蓄电池短路或反接保护：当蓄电池短路或反接时，控制器熔丝应能快速熔断，不损坏其他任何器件，更换熔丝后控制器能正常工作。防反充：采用串联PWM控制方式，在太阳能电池电压低于蓄电池电压时保证蓄电池不向太阳能电池反向充电。过载保护：当负载输出电流大于设定值时，控制器应能切断负载；排除故障后，控制器能正常工作。温度补偿：在不同的温度下，蓄电池应有不同的充放电终止电压。设计的光

8、伏控制器功能（默认）技术指标如表2所示。表2光伏控制器技术指标额定电压12V充电保护14.4V±0.1V浮充13.2V～13.6V恢复13.0V±0.1V补偿-13.2mV/℃过放断开10.8V±0.1V恢复12.3V±0.1V过压切断16.5V恢