风光互补技术在高速公路视频监控中的应用

岳秀坤

(山西欣奥特自动化工程有限公司，山西 太原 030012)

目前高速公路道路监控系统面临很多问题，用交流220 V 供电的话，首先电缆线成本很高，同时距离不能太远(一般不超过2 km)。其次是交流供电用的民用市电，经常不是很稳定，容易出现断电或者电压异常等现象，很容易对相对比较贵重的监控设备造成威胁。而风光互补供电系统刚好弥补了这些问题，降低系统成本同时增加了系统的可靠性，确保系统可以正常工作。

1 风光互补系统介绍及优势

风能和太阳能是最常有的自然资源，晴天阳光充足，而阴雨天则风大，夏天阳光照射强度高，而冬天风大，并且风光互补发电系统配有足够的储能系统，能保证系统有充足的电能。

风光互补发电系统具有以下特点:无枯竭危险;不产生废水、废气、无噪音、干净无公害;可在用电处就近发电;能源质量高;获取能源花费的时间短;无需用埋地电缆供电，安装方便［1］。

风光互补系统供电的监控设备具有以下优点:

1)风光互补系统不但减少了铺设电缆成本，同时还可以防止电缆被偷的隐患。

2)风光互补系统是绿色能源是取之不尽用之不竭的，一次投资终生受益的，每年省下的电费钱也是比较可观的。

3)提供稳定性，风光互补系统如果按照正确的配置方法来配置的话，一般都可以做到连续阴雨天14 天以上不断电(50 年一遇)。同时蓄电池提供的电压时相对很稳定的，不会对设备造成冲击效应，保护了监控设备的安全运行［2］。

2 风光互补系统组成

主要由太阳能组件、风机、风光互补智能充放电控制器、蓄电池组、蓄电池箱、支架等组成。

2.1 节能及电源控制器

本系统端机控制箱是安装在外场监控点上的一个控制设备，它由充放电控制器、节能蓄能控制器、信号传输光端机、蓄能耗能检测器及信号防雷器等几大部件组成。

充放电控制器可以同时监测太阳能电池组件和蓄电池的电压，适时调整蓄电池的充电电压Vc;利用太阳能特性(恒流)增大蓄电池的充电电流(采用脉冲调宽技术适当减低充电电压Vc)，同时它还采用了目前最先进的最大功率点跟踪(MPPT)技术，大幅度地提高了太阳能板的蓄能效率(提高约30%)。具有浪涌、短路、反接、过载、超温等各种保护功能。

节能蓄能控制器能够对外场监控设备进行节能控制，使外场设备在不影响正常使用的前提下消耗电能为原负载功耗的1/3 左右。

控制器还具备信号传输功能(1V +4D)，可以提供数字非压缩/压缩(H.264)视频信号传输服务。

蓄能耗能检测器可以随时检测监控点设备消耗电能和太阳能组件蓄能的具体情况，监控分中心每20 秒(长短可任意设定)间隔轮巡一次监控点的电池电压电流、负载电压电流、太阳能充电电压电流，并存储于监控计算机数据库中，值班员可随时掌握监控点的具体情况，并通过电压电流图表曲线进行查询。查询可按日、月、年进行，可随时分析掌握当地的太阳能效果，为管理者提供依据。

2.2 蓄电池组件

本系统蓄电池组件按系统设计要求正确选配，选配时供电制式和电池容量要考虑以下几个因素:

1)供电制式尽量采用DC12V/DC24V 系统，省去DC/DC 减少耗能，因为摄像机内部均是DC12V/24V 和DC5V 供电。

2)电池容量不宜太大或太小，太大虽然可以维持时间长但要把电池充满也会时间很长。太小不能满足阴雨天持续时间要求。正确的选择应该是在满足阴雨天持续时间的基础上尽可能地小。

3)蓄电池尽量采用低温特性好的产品，电池箱可以保温但不要加温。因为加温所需要的能量远比电池因加温而增加的能量要大。

2.3 系统蓄能耗能检测软件

本系统检测软件包括端机控制器内的前端检测软件和监控中心计算机(PC)内的控制软件，前端软件主要完成蓄能耗能的信号采样和数据上传功能，监控中心的软件主要完成信号接收、统计、显示和控制功能。控制功能包括视频键盘控制、各端机设备启停控制、对各端机的检测报警控制以及太阳能组件充放电控制等。

3 风光互补系统远程监控软件

监控软件符合国际工业监控与开放式设计标准，支持多种远端通信方式，支持国际通用通讯协议(支持串口RS485)，监控接口协议开放，支持联网，与各路段监控分中心及省厅应急指挥中心监控大厅监控系统计算机实时通信。此软件应用现代测量技术与微处理器技术，实现信号测量和数据采集，并采用现代通信技术实现远程数据传输，利用计算机软件和数据库技术，完成数据处理，具有以下功能:

3.1 实时显示

通过GIS 地图软件，在省厅应急指挥中心监控大厅(监控总中心)，路段监控分中心，站级监控平台上都可实时显示系统的充放电电压和电流、蓄电池总电压和总电流、蓄电池电量余额、总输出功率，太阳能板充电电流和充电电压、负载消耗电流和电压、蓄电池的表面温度、环境温度、太阳能板/蓄电池工作状态等，检测并显示蓄电池浮充电压温度补偿以及云台数据，显示各监控点与路段中心的通信状态，并可以通过点击设备号和设备图标来查看每台设备的具体状况，便于系统内的各站点的集中监控与管理，提供视频监控功能，四分屏实时监视，循环存储、历史查询。

3.2 查询与统计

监控中心定时采集各监控点的工作参数，并存储于监控计算机数据库中，存储时间大于一年，可随时进行查询与统计，查询和统计条件可按日期、时间、编号等条件进行组合查询，结果表现形式多样，可列表、直线图纸、柱形图、饼图等。并可按照查询和统计结果进行智能分析，自动生成各种参数的历史记录以及历史趋势曲线，告警数据的历史记录，操作数据记录，按天显示30 天以上各监控点充放电特性曲线。系统可以对各参数进行屏幕显示、打印输出、磁盘记录等。

3.3 异常报警

系统对各监控点进行测控，设备工作状态异常时，在监控中心可进行报警，包括模块状态、系统状态、电池状态、电源系统故障报警等。报警类型可分级，并按照不同的报警类型和报警级别进行不同的报警表现，实时显示监测到的各远端站的告警信息，以声、光等形式发出告警。系统采用实时多任务操作系统，可完成多点多事件告警处理。报警后，自动和人工消警后，系统自动记录进数据库，报警发生后，监控中心可采取措施，关闭远端系统，或降级运行。

3.4 远程设置

远程查看和设置各个站点的系统参数，包括强充、均充、测试、浮充蓄电池电压的转换，限流点设置等。夜间待机控制，按用户需求配置各种节能控制模式，命令监控点的控制器执行节能控制，最大限度地发挥已有蓄能的效率。还可对子系统的组成部分进行设置和监视，智能判断线路状态及通讯状态。

3.5 用户管理功能

监控软件系统的用户管理功能支持管理人员和维护人员等多级权限登录，使用密码管理，普通级别用户登录软件系统后只能查看数据;高级别用户登录软件系统后不仅可以查看数据，而且还可以远程设置各个站点的参数，这样有利于专业人员对电站的管理，避免非专业人员的误操作。系统按省厅应急指挥中心监控大厅(监控总中心)，路段监控分中心，站级三级授权管理数据库，上一级可以分享下一级数据库，同一级不能分享，有效掌控全网实时数据。

4 总结

随着全球常规能源短缺情况的加剧，环保和节能是社会可持续发展的保证，风能和太阳能这种清洁可再生的自然能源的利用将会普及，风光互补发电将代表这未来独立发电系统的发展方向。高速公路采用风光互补发电系统具有可观的经济效益和社会效益，风光互补发电系统在高速公路上具有很好的应用前景。

［1］杜长东，李洪祥.风光供电系统在高速公路中的应用［J］.公路交通技术，2008(6):142－145.

［2］江凡.高速公路监控设备太阳能风能供电系统的探讨［J］.广东公路交通，2008(3):58－60，64.