高速公路分布式远距离智慧节能供配电系统分析

0 引言

随着现代科技的快速发展，高速公路建设中各种机电设备数量不断增加，其具有分布广、供电质量要求高等特点，如何实现机电设备能源智能高效供给，成为高速公路建设中的一大重点问题。本文以分布式远距离智慧节能供配电系统为研究对象，切实推动高速公路运营管理现代化发展。

1 高速公路用电负荷特点

多年来，我国高速公路投资规模持续扩大，截至2019 年通车里程已经达到14.96 万km, 图1 为2014—2019 年中国高速公路里程统计情况，此外还有大量高速公路项目处于规划、建设中。随着高速公路通车里程的增长，沿线机电设备数量不断增多，其呈带状式分布且较为分散，如何为这些机电负载供电成为一大难题。

图1 2014—2019 年中国高速公路里程统计情况

随着科技的发展与交通强国战略的提出，现代信息技术与交通运输深度融合成为一大发展趋势，智慧高速公路建设日益得到重视。与普通高速公路相比，智慧高速公路采用了更多的机电设备，如：全程视频监控设施、交通流与交通环境感知设施、消冰融雪系统、电子标志标线、智能护栏、智慧路灯以及服务区电动汽车充电设施、智慧服务系统等，这些智能设施设备对电能的依赖不断增加，供配电系统也面临着损耗大、成本高的问题。表1分别列举了普通与智慧高速公路用电负荷特点。

基于此情况下，现代高速公路建设中，必须结合沿线机电设备配置情况，研究规划高效智能的电能供给方案，切实保证高速公路高效、经济、安全、可靠运营。当前不少省份新建高速公路陆续采用分布式远距离智慧节能供配电系统，其在经济、节能、智能控制方面表现均较为优异，本文主要围绕此供配电系统展开分析。

表1 普通与智慧高速公路用电负荷特点项目 普通高速公路 智慧高速公路分布范围 公路收费站、服务区与互动等站点 分布广，沿公路长距离布置，可长达数公里至数十公里分布方式 以站点区与集中分布 多点分布负荷大小 站点负荷大，几百至上千千瓦 单点负荷小，几百瓦至几千瓦供电要求 一、二级负荷占比较小 多数设备对供电可靠性、电能质量要求高

2 分布式远距离智慧节能供配电系统基本原理与优势

分布式远距离智慧节能供配电系统基本原理与相关优势分析如下：

2.1 基本原理

分布式远距离智慧节能供配电系统主要组成部分包括：①上下端电源：上端智能均衡负载稳压电源、下端智能终端电源；②供电电缆；③监控管理主机，系统原理如图2 所示。

图2 系统原理

2.2 系统优势

与传统供配电系统相比，分布式远距离智慧节能供配电系统的优势显著，具体分析如下：

（1）传统供配电方案下，为实现长距离供电需二次配电，电缆使用量大、造价高；负载端需三相平衡，设计、施工难度大；未配备无功补偿设备的情况下，无功损耗大，整个系统能耗大；大量开关电源的使用导致电网谐波含量高，电能质量差；智能化水平低，无法实现供配电系统有效监管。

（2）分布式智慧供配电方案下，有效改善了供配电安全性、可靠性：①系统安全性高，上位机具有市电输入监测与自动保护功能，市电出现过压、欠压、缺相等电源故障时，可根据外界情况智能化保护自身不受电源故障影响；②供电稳定性与质量好，通过上位机功率因素补偿模块的运用，可实时监测、跟踪负载变化情况，实时投切功率补偿动作，减小无功损耗，提高电能质量；③传输距离大，可解决中长距离（4～30km）外场监控设备、照明设备用电问题，且损耗相对较小；④智能化水平高，通过上下位机实现智能监控与控制，部分设备无须运行或照明亮度要求不高时，可关闭回路、调节电压，实现网络化智能供电管理。

3 工程案例

3.1 工程概况

本文以某高速公路项目为例展开分析，路线全长151.9km。项目原设计12 处收费站，其中1 处为省界收费站，基于取消高速公路省界收费站政策下，项目取消了原本的省界收费站，新建28 套ETC 门架系统，具体设备构成如表2 所示。考虑为新增的ETC 门架系统提供安全、优质电源，并实现高速公路机电系统智能化管理、低成本运行，决定构建分布式远距离智慧节能供配电系统。

表2 ETC 门架系统设备构成序号 设备构成1高清车牌识别仪2全景抓拍摄像机3补光灯4 RSU 天线5车道控制器6防火墙（带防病毒模块）7以太网交换机8智能室外机柜

文章来源：《智慧健康》 网址: http://www.zhjkzz.cn/qikandaodu/2021/0511/1291.html