0引言

监控与照明系统是高速公路辅助设施中的一个重要部分，它对保证高速公路的正常运营与管理起着至关重要的作用。电力供应系统的安全性和有效性是高速公路各种设备正常运转的前提条件。因此，为了减少公路、桥梁等交通设施的成本，提高电力供应的效率与品质，有必要开展高速公路智能电力供应系统的研究。

1高速公路智慧供电系统的特点

（1）高质量供电

利用PC对高次谐波进行处理，可以有效地抵御电网的冲击，保持电网的电压稳定，对保障电力设备的安全运行和延长其寿命具有重要意义。功率因数在分布式智能节能供电系统中，通过IGBT+pWM技术的有源功率补偿电路，可以进行优化，将功率因数控制在0.95以上，降低使用电设备的能耗，延长其使用时间。

（2）智能化

在不增加其它设备的情况下，通过电能数据采集和智能电源控制技术，可以实现软启动等各种功能。在上、下侧供电方面，主要起到了控制与通讯的作用。通过采用智能通讯的方法，由上侧的电源柜来控制下侧的电源盒。另一方面，下端电源箱的电力载波能够将采集各回路信息传送到上端电源柜中，有利于实现上端电源柜的监测和分析等功能[1]。

（3）单相传输

如果常规的供电、配电方案中出现单相不平衡的负荷，将会造成配变电产生零序电流，或者增加线路、配电变压器的耗电量等不利后果。为使其有效地转化为单相3300V电压，在分布式智慧节能供电系统中，可处理上位机对只相380V市电，既可平衡电源负载单相，又可节约电缆芯数。

2智慧供电技术在高速公路机电设计中的应用

基于传统供电方案存在的缺点，经深入调研后，了解到分布式智慧节能供电系统可较好地解决所存在的不足。

2.1系统介绍

在分布式智慧节能供电系统的输入中使用的是三相380V（可以选择10kV或6kV），输出使用的是上端电源柜的单相3.3kV电压，具体如图1所示。

图1上位机电气原理图

以电缆的方式进行各用电点电力的输送。用电点3.3kV的电压通过下端电源箱可以有效转化成380V/220V电压，以为负载供电。分布式智慧节能供电系统中的上位机的串并联高频变换器可以实现对市电电能质量电压和电流的综合补偿，在不考虑市电电压波动和输入电流各分量等的情况下，当市电电压波动在±15%区间时，负载电压稳定精度可基本处于±1%的范围。

在远距离输电中通过提高输电线路电压可以较好地解决各项问题，并使各项线路损耗有所减小，但不可将输电线路电压随意进行提高，原因在于高压电绝缘要求较高，输电线路电压等级的提升会导致相关造价不断增加。在分布式智慧节能供电系统中，可以根据带载负荷以及传输距离选择传输电压。对于有着较大带载负荷的全程照明系统而言，小于1kV的电压传输往往难以符合供电要求，基于经济性的考虑可以选择3300V可用于用户侧的电压等级作为输电线路电压。通过该等级电压进行输电，既不需要高造价的高压电缆，也不需要较粗线径的低压电缆，可有效减小造价。

2.2系统特点

2.2.1单相传输

在传统供配电方案里，如出现不平衡的三相负载将会有如下危害出现：线路和配电变压器电耗升高、配变出现零序电流等。而在分布式智慧节能供电系统中，通过上位机对三相380V市电进行处理可以使其有效转变为单相3300V中压，除了可以使电源负载三相平衡之外，还可以使电缆芯数得到节约。

2.2.2高供电质量

高次谐波可通过上位机进行处理，可以对市电浪涌电流起到较好的抵抗效果，电压输出稳定，可以有效确保用电设备的安全，使设备使用寿命有所增加。在分布式智慧节能供电系统中，功率因数通过基于IGBT+PWM技术的有源功率补偿电路得到改善，可以使功率因数在0.95以上，使用电设备能耗有所减小，大大延长使用寿命。

2.2.3智能化

所采用的电能数据采集和智能电源控制技术可以有效实现软启动等各项功能，无须额外设置其他设备。上下端电源具有智能通信与控制等功能。其智能通信的方式可以有效实现上端电源柜对下端电源箱的控制等功能。此外，下端电源箱可进行各回路信息的采集，并以电力载波的方式输送到上端电源柜中，以便于上端电源柜的监测和分析等功能的开展。

2.2.4兼容性好

上端电源柜除了可以在多路市电中接入之外，还可在各项应急发电设备中接入，在因故障而较长时间断开市电时，也可以有效确保用户侧可以正常运行各项用电设备。所配置的蓄电池可在市电出现故障时确保UPS和EPS等功能的正常运行。且可直接并网其他发电方法，实现即发即用。

3供电方案比选

3.1能效对比

以主成分分析法[5]对比分布式智慧节能供电系统和10kV供电方案的能效，分析不同供电方式下的电力状态。分布式电力监控系统在供配电方案不同时所采集得到的实时电力状态如图2所示。图2中，实线表示负载供电电压U波形，虚线表示供电回路电流I波形。

图2 供配电方案不同时的电力监测对比示意图

从结果可以看见，电力系统功率因数在10kV供电方案中较低，仅有0.622。分析图2中的波动情况可以看出，电力系统的感性负载较多，导致难以提高该方案的功率因数。因此，可以通过将容性负载添加到供电回路的方式使供电方案有所改变，以使电能质量有所提高。在分布式智慧节能供电方案中，因为将容性负载添加到供电回路中，使得功率因数有所提高，约为0.984，用电效率得到有效提高。在同一高速公路电力系统中以不同供电方式进行供能，所得结果如图7所示。其中，实线表示负载电压波形，虚线表示供电回路电流波形。

10kV供电方案的功率因数为0.882，电流波形有所前置，且存在高次谐波，即电能质量较差，会使各机电设备使用寿命有所降低。分布式智慧节能供电系统中有0.900的功率因数，该系统的供电回路中配置有感性负载，虽然功率因数提升较小，但电力和电流有较为契合的波形，能够较大幅度地提升电能质量。

3.2经济性对比

对比上述两种供电方案所需的工程造价可知，中压10kV间接供电方案需要840万元的造价，分布式智慧节能供电方案需要720万元的造价，两者相比之下有120万元的差值，即分布式智慧节能供电方案可以使造价节约至少14.3%。

4结语

随着智能高速公路建设需求的增加，各种传感器在高速公路上的应用越来越多，这就需要更高的电力供应。在这些技术中，智能远距离供电系统无疑是一种具有很大推广价值的首选方案。通过对不同的供电方案进行比较，提出了一种成本低，施工简单的智能化远距离节能供电系统，可供高速公路远距离供电的参考。相比于传统的电力系统，分布式智能电力系统具有更大的经济性。由于长隧洞主用电方式多为双向供电，在相同距离的情况下，以单边供电为主，大大降低了工程投资。将分布式智能供电技术应用于高速公路工程施工，不仅可以降低施工成本，而且可以帮助施工单位提高施工效率。

参考文献

[1]吕东,孙鹏.智慧高速公路供配电方案[J].中国公路,2020(06):118-120.

[2]秦庆飞.远距离供电技术在公路工程项目中的应用研究[J].通信电源技术,2019,36(10):1-4.

[3]崔若春.高速公路分布式远距离智慧节能供配电系统[J].中国交通信息化,2018(08):116-117.