野戰微電網能量管理需求分析與系統設計

楊璽國 沈衛東 阮喻

摘 要：隨著世界新軍事革命的不斷深化，野戰地面供電面臨的挑戰不斷增加。本文針對野戰微電網與傳統微電網運行目標的差異，分析野戰微電網能量管理的需求，對野戰微電網能量管理系統的軟硬件實現進行設計。

關鍵詞：野戰微電網;能量管理;系統設計

伴隨著國民經濟的飛速發展，軍隊和國防建設正在闊步向前。未來戰場中，信息化程度將越來越高，列裝的高精尖武器裝備將越來越多，所需的供電保障要求也將越來越高。可以預見的是，在信息主導的未來戰爭中，電能供給將會成為促進戰斗力生成重要因素。但是野戰地面供電配電系統與裝備的研究還沒有形成完整、獨立的技術體系。

1 野戰微電網能量管理需求分析

野戰微電網區別于傳統微電網優先考慮經濟性不同，野戰微電網的核心問題是供電可靠性。由于沒有大電網支撐，選用可控發電系統作為首選微電源。對于傳統微電網中經濟性和環保性較好的可再生能源發電系統，在野戰微電網中作為補充微電源來使用，起到調節作用。傳統微電網中擔負補充調節作用的儲能系統，則作為戰備微電源作為“最后一道防線”。只要可控發電系統正常工作，儲能系統就不啟用，并且保持充滿狀態。只有可控發電系統停機，儲能系統才自動啟用。野戰微電網能量管理系統應該具備的主要功能有：（1）收集處理實時監控系統采集的野戰微電網信息、微電源信息和負荷信息等;（2）實現多種微電源、儲能系統和負荷之間的最優功率匹配;（3）實現多種微電源的靈活插拔以及實現微電網在孤網與多往互聯運行模式間的無縫轉換等;（4）具備良好數據反饋機制和人機交互功能。

2 野戰微電網能量管理系統硬件設計

為了實現野戰微電網能量管理系統的功能，硬件應該包括操控模塊、PLC模塊、通信模塊、數據獲取模塊、輸入/輸出模塊和實現相應功能的電力電子器件等。野戰微電網能量管理系統的拓撲結構如下圖所示。

作為野戰微電網能量管理系統核心的PLC模塊至少應實現以下功能：（1）初始化系統參數，確保系統正常運行;（2）按照控制程序處理求解數據信息，并根據求解結果對野戰微電網進行調整;（3）當野戰微電網發生故障或者異常時，發出停機指令并執行;（4）將相關數據反饋給操控系統，增強系統人機交互能力。

野戰微電網能量管理系統中控制設備和微電源眾多，運行工況轉換較快，系統所面臨的電磁環境極為復雜。同時，系統對數據的實時性要求高、數據的傳輸量龐大。因此，野戰微電網能量管理系統的通信模塊應選用光纖進行通信，以保障系統通信實時、高效。數據獲取模塊負責獲取各個微電源、負荷支路的電壓、電流、頻率參數等電氣參數。系統所用電力電子器件至少包括斷路器、電流互感器、接觸器等。當發生過流或欠壓等異常時，斷路器及時切斷故障支路。電流互感器通過把大電流轉換成小電流來對各支路電流進行采集。接觸器可以通過輸入/輸出模塊與PLC模塊進行數據交換。可通過操控模塊來查看相關數據或實施人工操作，并要設計友好的人機交互界面。

3 野戰微電網能量管理系統軟件設計

為了實現野戰微電網各種運行工況間的精確切換及對野戰微電網的實時控制，確保野戰微電網能可靠、安全、高效的運行。野戰微電網能量管理系統需實現數據獲取和監控功能、數據實時傳輸功能、自動處置和調整功能、智能操控功能等。

野戰微電網能量管理系統的控制程序流程圖如圖2所示。在啟動野戰微電網能量管理系統之前，應該先執行開機自檢程序，如果不能通過開機自檢，則不能啟動，并應該報警復位，重新執行開機自檢程序。自檢通過后，系統應立即獲取野戰微電網相關信息，當野戰微電網處于停機狀態時，則判斷是否啟動;當野戰微電網處于運行狀態，則首先判斷其是否有故障或異常，如果故障或異常則執行停機程序，如果正常運行，則執行控制程序，確保野戰微電網在各個運行工況間的平穩切換，實現系統的可靠、穩定運行。

4 結論

從野戰地面供電配電實際出發，分析了野戰微電網同傳統微電網的不同。進而針對野戰微電網的差異，對其能量管理需求進行分析，提出野戰微電網能量管理系統應該具備的功能。根據能量管理系統所要實現的功能，對系統的硬件和軟件進行了分析設計，為下一步野戰微電網能量管理系統的建設打下基礎。

作者簡介：楊璽國（1990-），男，云南梁河人，碩士，專業：動力工程及工程熱物理。