激光電源范文
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導語：如何才能寫好一篇激光電源，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。
篇1
中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）20?0159?04
0 引 言
隨著激光行業的飛速發展，激光器已廣泛應用于工業加工領域，如激光切割、激光打標、激光調阻、激光熱處理等，除此之外還被作為診療設備應用于醫療領域[1]。激光焊接是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產生的熱量進行焊接的方法，是激光材料加工技術應用的重要方面之一。
基于ARM的數字化控制系統能夠有效解決激光器的準確、穩定和可靠性問題，數字化、智能化是激光器的必然發展方向。使用ARM對激光電源進行功能擴展控制，能有效提高電源的性價比，簡化激光電源的硬件結構，增強整機的自動化程度，為整機的功能擴展提供了有利條件[2?3]。本文重點針對激光焊接應用中的激光電源控制系統進行功能擴展設計，利用ARM控制激光電源的系統設置，包括開關控制、激光參數設置、光柵控制、光閥控制、溫度控制等，有效地解決了激光器在焊接過程中的準確、穩定和可靠性問題，同時增設人機界面（HMI）顯示控制的友好界面，使用起來更加方便。
1 激光電源的控制功能要求
激光焊接目前已涉及航空航天、武器制造、船舶制造、汽車制造、壓力容器制造、民用及醫用等多個領域[4]，因此激光電源在激光焊接工藝中應用時具有其獨特的設計需求，除了激光發生器的性能要高外，還要求其具有高效率、高可靠性、工作壽命長等優點[5]，實際應用中的激光電源產品還需要對其控制系統進行功能擴展和優化，設計主要從以下幾個方面進行考慮：
1.1 顯示和控制
傳統激光器的顯示屏多采用點陣液晶顯示，由于液晶顯示屏只能單純作顯示設備使用，所以系統需要利用鍵盤或按鍵作為輸入設備，對激光光源的參數進行設置。這里采用人機界面（即觸摸屏）作為顯示和控制界面，操作更加方便，界面也更加友好。以ARM作為CPU來對系統進行控制，可以對輸出的激光脈沖波形進行精確控制，滿足不同工件的焊接要求。
1.2 散熱
激光電源的許多參數（如波長、閾值電流、效率和壽命）都與溫度密切相關，因此希望盡可能低而穩定的工作溫度。實驗表明，當工作環境溫度升高時，激光電源的輸出功率將降低，且激光電源外殼每升高30 ℃，使用壽命將減少一個數量級[6?7]。本激光器系統采用水冷的方式進行散熱降溫，因此系統要求具有過溫檢測功能。
1.3 氣閥和光柵
針對激光焊接的實際應用，在焊接的過程中要充分考慮到操作人員的人身健康和安全。因此在設計激光電源控制系統中，還需要綜合考慮其他輔助功能，比如在焊接時高溫會使金屬汽化產生煙霧，同時在焊接過程中激光散射也會對操作人員的眼睛產生影響，因此需增設氣閥控制和光柵控制功能。
氣閥控制的主要功能是，在激光焊接的時候，高溫會讓金屬汽化從而產生煙霧，設置一個空氣泵把產生的煙霧吹走，而且焊接結束后，再延時吹5～10 s。為了在激光焊接的過程中保護操作者的眼睛，要求焊接瞬間光柵閉合，避免焊接時散光輻射人眼，因此系統需具有光柵控制功能。
1.4 光斑調節
對光斑的控制有兩個要求，一是能夠設置光斑的上、下限；二是能夠通過人機界面調節光斑的大小，也就是能對光斑的直徑進行調節。
1.5 精確激光脈沖控制
IGBT功率控制器作為主開關器件用于控制激光燈的輸出脈沖[8?9]。一般的激光電源多采用單段方形的激光脈沖，激光打出的焊點可能會出現濺射、坑洼、穿孔等現象。
激光焊接的基本原理為：
（1）金屬表面活化，前期預熱，避免加熱過快讓金屬表面濺射；
（2）激光打在金屬表面初期，需要較大的功率讓金屬表面融解；
（3）表層金屬融解后，進行深層融解過程中，就不在需要這么大功率，否則會出現很大熔池，這時需要適當降低功率，才能保證金屬熔池不繼續擴大；
（4）當達到需要的融解深度時，如果直接切斷激光，熔池表層硬化閉合可能會出現氣孔等現象，這時需要進一步降低激光功率，緩慢淡出激光功率，才可以讓熔池中融解的金屬回流凝固，保證激光焊點的平整。
2 器件選型和系統硬件組成
2.1 主要器件的選型
（1）CPU選型。系統控制單元的核心是完成控制任務所必須的關鍵電路，本設計以集成ARM公司高性能“Cortex?M3”內核的STM32F101C8T6為核心來設計激光電源的數字控制系統，發揮其高速、低功耗的功能，可以實現各種復雜控制功能，同時簡化激光電源控制部分的硬件結構，增強了自動化程度和功能擴展能力。
（2）人機界面選型。人機界面選用的是型號為FE2070的4線工業電阻觸摸屏，用它代替傳統的分離式按鍵控制和液晶顯示，用戶只要用手指輕輕地觸碰顯示屏上的圖符或文字就能實現對主機的操作，從而使激光電源的人機交互更為直截了當。
2.2 系統硬件組成
系統的控制指令是由CPU發出的，負責系統的顯示和各項控制。STM32F101C8T6有3串口：一個連接IGBT控制板，一個連接HMI通信，一個連接PC用于控制系統升級。系統的硬件電路整體結構框圖如圖1所示。
激光器的開啟和預燃使用腳踏開關來實現，激光電源開光柵控制即為一個光柵開關，光柵電源的要求是當開機后，踩下腳踏開關，光柵電源就打開。光柵控制通過光耦輸出后，通過一個三極管來控制15 V電源的通斷，從而控制光柵的開閉。激光電源中光斑的大小是通過驅動步進電機來實現的，步進電機控制透鏡的移動，從而調整激光的焦距，實現光斑調節。硬件電路中，光斑控制通過一個3PIN插座控制步進電機調節光斑直徑，為脈沖方向控制，三個PIN分別為GND，方向和脈沖。氣閥控制用于控制氣閥的開啟，報警檢測主要用于過溫檢測。
3 軟件實現
系統軟件主要分為三個部分：Modbus RTU通信處理程序，負責和HMI的通信；操作流程控制，瞬變脈沖的輸出；數字輸入和輸出量的處理；STM32的內部資源、FLASH容量和SRAM容量都比51單片機要豐富，對于本系統，非常適合用實時操作系統進行軟件的編寫，所以本系統采用了Keil自帶的RTX實時操作系統，共開啟了4個進程：Task_init（），Task1_Modbus（），Task2_LaserCTL（）和Task3_IO（）；基本軟件流程圖如圖2所示。
4 調試結果
4.1 人機界面控制調試
圖3顯示的是系統搭建完成后液晶控制觸摸屏上顯示調節光斑直徑的界面。在該界面上通過增、減調節，在上、下限范圍內設置光斑直徑的實際值。內部是通過控制步進電機調整透鏡位置，調整激光焦距，從而使光斑直徑發生改變。
在圖3觸摸屏界面中，點擊“光閘設置”可以進入光閘控制的設置界面，如圖4所示，智能光閘控制，ms級時間內的延遲時間可根據需求定制，保證完全遮光，功能穩定，而且操作界面顯示和設置都非常友好方便。
設置激光輸出參數的界面如圖5所示。
共有99組參數設置，可以對15段波形編程，兩組參數切換，能滿足使用者的各種需求。使用觸摸屏控制，人機界面十分友好、操作功能強大，并且可實現用戶的遠程操作，因為觸摸屏可遠離激光設備使用。
4.2 脈沖控制調試
針對以上問題，設計的這款激光電源控制器，可以控制每個打出的激光脈沖的功率，并對單個激光脈沖，進行精確分段，每段設置，保證焊點光滑平整。圖6是針對某種焊接工件給的激光波形預覽。
實際使用中，可以根據焊接工件的要求，設計不同的波形和焊接頻率，例如針對金屬激光切割，可以設置單段很大電路的激光脈沖和高頻率的波形。
4.3 激光焊接結果
理想的激光電源是提高激光供能系統效率的關鍵[10]，利用本設計實現的激光電源具有很好的焊接效果。圖7是焊接成品圖示，從細節圖中可以看出焊后外觀精美，結合度高，效果理想，很好地實現了設計目的。
5 結 語
激光電源的功能擴展控制系統主要針對激光焊接行業設計，具有控制簡單、精確度高、穩定性好、符合人機工程學等優點。隨著激光焊接行業的蓬勃發展，該系統的成本較低，具有很好的市場優勢。
參考文獻
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篇2
關鍵詞：DSP；TMS320F2812；半導體激光器；恒流源
引言
目前，半導體激光(LD)已廣泛應用于通信、信息檢測、醫療和精密加工與軍事等許多領域。激光電源是激光裝置的重要組成部分，其性能的好壞直接影響到整個激光器裝置的技術指標。本設計采用受DSP控制的恒流源來為半導體激光器提供電流，在電路中，利用負反饋原理，控制復合功率調整管輸出電流，以達到穩定輸出電流的目的。該系統采用電路設計和程序控制算法設計相結合的方法，從多方面對半導體激光器的工作狀態進行實時檢測和控制，使系統的性能得到很大的改善和提高，有效解決了半導體激光器工作的準確、穩定和可靠性問題，進一步提高了半導體激光器的輸出指標。
系統原理
要使激光器輸出穩定波長的激光，則要求流過激光器的電流非常穩定，所以供電電路選擇低噪聲、穩定的恒流源。恒流源電流可以在0A～3A之間連續可調，以適應不同規格的激光器。目前，半導體激光器電源的二次開發中一般采用的都是純硬件電路系統或者單片機控制。隨著嵌入式微處理器的迅猛發展，基于DSP的數字化控制能更有效地解決半導體激光工作的穩定、準確和可靠性問題。DSP二次開發的原理如圖1所示。
由DSP輸出的電壓控制信號輸出給運放，經運算放大器放大后輸出，來控制由三極管8050和調整管TIP122組成的復合調整管。調整管的發射極串聯一個繼電器和一個大功率采樣電阻。從采樣電阻的兩端取電壓信號送給差分放大電路U2，從而得到取樣電阻上的電壓。
該路電壓信號通過一個電壓跟隨器，進入由DSP控制的ADC的模擬信號輸入通道，由ADC將輸入的模擬信號轉換為數字信號，再由DSP將轉化的數字信號進行數據處理。取樣電阻選擇0．15Ω的大功率金屬膜電阻，該電阻要求有較好的溫度系數。運算放大器U1的放大倍數決定電流的控制精度，放大倍數越小，電流的輸出精度越高。同時差分反饋電路U2的放大倍數也將影響電流的控制精度，其放大倍數越大，電流的穩定度越高，但電流的輸出范圍變小。在控制電壓一定的情況下，準確選擇運算放大器U 1的倍數和差分反饋電路U2的放大倍數，將成為決定恒流源的電流輸出精度和電流輸出范圍的重要因素。
TMS320F2812控制系統
該設計電路以數字信號處理器TMS320F2812為核心。該電源由控制電路、保護電路和主回路等幾部分組成，DSP在其中起核心作用。其控制任務主要為：
1．控制數據采集系統。利用DSP芯片自帶的12位ADC，根據采樣信號經過PID運算處理后進行控制。數據轉換啟動命令由F2812的引腳XF控制，即通過軟件設置引腳XF為高電平，來控制ADC的數據
轉換。數據轉換完成后，信號BUSY將變為低電平，觸發F2812中斷，將數據從16位數據線D[15：0]立即讀出。該系統的數據碼為二進制補碼，F2812將接收到的數據處理后，進行緩存，同時送到LCD實時顯示。
2．采用一片DAC7724芯片與DSP接口。該芯片為4通道12路雙緩沖的DAC，用其中的2路設定輸出電壓基準和電流最大值限制基準。
3．人機接口電路。LCD和8279分別作為外部I／O設備與DSP相連。LCD用來顯示電流、電壓、功率，以及故障顯示和報警。
4．故障檢測。故障檢測電路的中斷信號輸入到DSP的XINT2腳，如果有下降沿的中斷產生，則通過GPIO口線GPl08和GP109，分別檢測過壓、過流信號。
數字濾波器及系統軟件設計
數字濾波器設計
針對本項目以往開發過程中對電流濾波設計存在的不足，現引進基于TMS320F2812的數字濾波器對電流采樣信號進行濾波。為了快速方便地設計濾波器，直接利用TI公司提供的filter library函數庫進行設計。設計步驟如下：按照實際任務要求，確定濾波器性能指標；在Matlab中，調用filterlibrary庫中的ezfir函數，進行仿真；根據仿真結果，確定各參數的值；調用filterlibrary庫中的filter．asm DSP匯編程序模塊，并把Matlab中的仿真參數值復制到程序中，在F2812上實現濾波。
系統軟件設計
系統工作流程如圖2所示。上電以后，系統開始自檢，自檢完成后，進入系統初始化，包括DSP、DAC、LCD，以及DSP內部的中斷控制器和計數器等。系統準備好后，進入開機畫面。開啟鍵盤中斷等待按鍵選擇相應功能。若“參數設定”為選中狀態，按下工作鍵，進入“參數設置”界面，可以對電壓、電流和功率值進行設定。設定完成返回開機畫面，啟動激光器工作。系統進入運行狀態后，用戶仍然可以在不終止激光器工作的情況下設置新值，設定完備后，激光器按新要求輸出激光。
系統自檢和控制過程中出錯或系統過流、過壓時，會自動調用保護程序。當系統關閉或突然斷電時，為防止激光器兩端電壓驟降為零，系統采取滿關閉方法，其原理是：將采樣值逐步輸出降低，直到降為零才允許關機。
結語
篇3
關鍵詞：風光互補；自發電；移動電源
中圖分類號：TM914 文I標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）07-0137-01
隨著技術的發展，移動電源早已成為人們生活中隨處可見的充電設備，它能與智能手機連接實現移動供電的功能，備受年輕人的喜愛。現有的移動電源電量有限，當電源電量使用完后人們必須對它進行充電，才能再次使用，而生活中難免出現在戶外使用移動電源的時候電量不足被迫不能繼續使用的情況，這給使用帶來了不便，也不能滿足對移動電源的使用和節能環保的要求。因此一種適合用于移動電源并且易于和移動電源結合的發電系統值得研究。
1 研究背景
風能和太陽能是目前最清潔環保、用之不竭的能源，而太陽能與風能在時間上和地域上都有很強的互補性。據統計，在l0m高度風能儲量為3.2TW，可利用的超過1.OTW[1]，太陽能資源較豐富地區達到了國土而積的67%，年平均日照小時達到2000h以上，因此可以利用現有豐富的風能與光能將風光互補發電系統應用于移動電源，并使該系統輕量化以很好的裝載在移動電源上，來滿足人們日常出行所需。
2 發明內容
本發明提供一種基于風光互補自發電的移動電源，其特征在于它由電源本體、光電池板、三葉片風車、微型發電機、伸縮桿、開關組成。所述的電源本體內置有充電電源，本體兩側各設有一個光電池板，光電池板能接受太陽光照射將光轉化為電能存儲到充電電源中；所述的三葉片風車有兩個，分別在下方與微型發電機相連，三葉片風車轉動帶動微型發電機發電，并將電能存儲到充電電源中；所述的伸縮桿上端與微型發電機相連，伸縮桿可以伸出或縮短；所述的開關用于控制無線傳輸系統的開啟或關閉。
風光互補發電原理（如圖1所示）。
2.1 電能產生環節
電能產生環節包括風力發電和太陽能發電兩部分。風力發電部分可通過三葉扇獲取風能轉化為電能；太陽能發電部分通過光電池板獲取光能轉化為電能。
2.2 電能變換控制環節[2]
電能變換控制環節由DC/DC變換器、主控制電路等部分構成，是發電系統的核心環節。
微型發電機輸出的交流電需經整流后進入DC/DC變換器，輸出的直流電經過穩壓后直接送入DC/DC變換器；光電池板輸出得到的直流電通常要通過1個防反二極管后，再送入DC/DC變換器。
主控制電路通常采用PLC或單片機、DSP等控制芯片，通過控制DC/DC變換器實現功率變換，同時還可對各種信息、參數進行數據采集、處理，從而實現對耳機設備的保護、風險預警等功能。
2.3 電能存儲消耗環節[3]
電能存儲消耗環節包括存儲和消耗兩部分。電能的存儲部分由耳機中微型蓄電池承擔，用來消除由于天氣等原因引起的能量供需的不平衡，在整個系統中起到電能調節和平衡負載的作用。電能的消耗部分主要由直流負載、交流負載組成。用來提供耳機所需要的電能。
3 研究的有益效果
本新型移動電源使人們在使用過程中能將光和風利用起來進行自我供電，克服了傳統移動電源需不斷充電才能循環供人們使用的缺點，更加滿足了人們的使用需求。
4 具體實施方式
使用本新型移動電源時，將其豎直置于戶外陽光下，手動打開電源本體上的開關，此時電源本體內的電能傳輸系統啟動，使用者可以使用它對手機、電腦等終端設備供電。在有風的情況下，拉伸或者縮短與微型發電機相連的伸縮桿，調整三葉片風車到合適的高度，本體上的兩個三葉片風車會在風的帶動下旋轉，并同時帶動兩個微型發電機旋轉發電，產生的電能會存儲到本體內置的充電電源中，以供人們使用；在有太陽光的情況下，耳機本體兩側的光電池板會接收太陽光的輻射，并將光能轉化成電能存儲到充電電源中，以供人們使用。
5 結論與展望
傳統移動電源一般采用固定充電的方式補充電源，而此新型耳機采用風光互補發電系統為移動電源充電，充分地利用了自然界中清潔的能源，因此此新型移動電源具有攜帶方便、自行發電而不受電量約束的特點。
參考文獻
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篇4
（1.中航工業西安航空計算技術研究所，陜西西安710068；2.北京航空航天大學機械工程及自動化學院，北京100191）
摘要：針對某型號光纖陀螺老煉測試需要長時監控、數據存儲和故障保護等需求，采用工控機與MC9S12XEP100MAL單片機相結合的方案，設計光纖陀螺供電電源監控系統。該系統可以實時監控12路光纖陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流，且具有數據存儲，過壓、欠壓和過流等故障保護功能，達到了預期的技術指標，可以滿足光纖陀螺老煉測試的要求。
關鍵詞 ：光纖陀螺；電源監控；MC9S12XEP100MAL；RS 485
中圖分類號：TN86?34；TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1004?373X（2015）14?0152?04
收稿日期：2014?12?25
基金項目：航空科學基金：機載電子芯片熱模型研究（20100231001）
0 引言
某型號光纖陀螺在老煉測試時往往是多個陀螺成組進行測試，每一個陀螺都由線性隔離電源獨立供電。由于對光纖陀螺的老煉測試一般都在幾十小時，甚至上百小時不間斷，這就要求供電電源連續可靠地工作。反之，一旦電源過壓、欠壓或者過流就會損壞待測陀螺，造成巨大的經濟損失。因此，對光纖陀螺供電電源進行監控，不僅可以實時記錄電源的輸出電壓電流，有利于分析陀螺的工作狀態，而且在電源出現過壓、欠壓或過流時，可以自動切斷供電電源，從而起到保護光纖陀螺的作用。
本文采用研華的Advantech IPC?610H 工控機作為上位機，基于LabVIEW 設計了12路陀螺電源數據監控界面及數據存儲程序。選取MC9S12XEP100MAL 單片機作為下位機監控電路的主控芯片，實現了陀螺電源輸出電壓和輸出電流的實時采集，以及過壓、欠壓和過流等故障保護。采用Modbus協議的RTU 模式，實現了上位機與下位機的數據傳輸。基于上述技術，實現了12 路光纖陀螺供電電源輸出電流和電壓的實時監控。
1 光纖陀螺供電電源監控系統方案
1.1 技術要求
光纖陀螺供電電源監控系統要求能夠監控12個光纖陀螺供電電源。這12 個電源均采用朝陽4NIC?X20線性電源，各電源獨立隔離供電。4NIC?X20 線性電源的輸入為AC 220 V，輸出電壓為+5 V和-5 V，兩路的輸出電流最大均為2 A。
具體的技術要求如下：
（1）同時監控12個光纖陀螺供電電源；
（2）每一個陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流采樣必須為隔離采樣；
（3）一旦某個電源出現過壓、過流或欠壓故障，電源監測系統立即切斷該電源的AC 220 V 輸入，同時進行聲音報警（只有排除故障后，供電系統重新上電才可以恢復供電）；
（4）上位機實時顯示陀螺電源的輸出電壓和電流，并實時記錄各電源的輸出電壓、電流。
1.2 系統方案設計
根據光纖陀螺供電電源監測系統的技術要求，光纖陀螺供電電源監測系統方案[1?2]設計如圖1所示。
在圖1中，AC 220 V交流電通過繼電器組控制后為12個光纖陀螺電源供電。監控電路分為3組，每組監控4個電源，共同檢測12個電源的輸出電流和電壓，一旦檢測到某個電源出現過壓、過流或欠壓等故障，則可以通過控制相應的繼電器實現AC 220 V交流供電的自動切斷，起到保護光纖陀螺的作用。
3組監控電路再通過RS 485網絡連接至上位機，實現陀螺電源輸出電壓、電流數據的上傳。RS 485 串行數據通信卡選用研華的8 端口RS 422/485 通用PCI通信卡PCI?1622CU。上位機采用研華的AdvantechIPC?610H 工控機，實現陀螺電源電壓、電流數據的接收、顯示、報警和存儲。
2 監控電路設計
光纖陀螺供電電源監控電路主要由電流、電壓隔離采樣電路、A/D采樣電路、單片機及其外圍電路、RS 485隔離通信電路、繼電器控制電路和繼電器組構成，如圖2所示。
在圖2 中，每一組監控電路可以監控4 個陀螺電源。由于每個陀螺電源輸出為+5 V 和-5 V 兩路電壓，監控電路需要對8路電壓信號和8路電流信號進行隔離采樣。
2.1 單片機選型
選擇飛思卡爾MC9S12XEP100MAL 單片機作為監控電路主控芯片。MC9S12XEP100MAL單片機是飛思卡爾16位單片機，最高總線頻率可達50 MHz，具有16個模擬量輸入通道，轉換精度為12位，可以滿足監控電路對8路電壓信號和8路電流信號進行A/D轉換的需要。
2.2 隔離采樣電路設計
電壓采樣電路選取BB公司的變壓器隔離放大電路ISO124 進行陀螺電源輸出電壓的隔離采樣，具體的電路圖如圖3所示。
ISO124 為精密變壓器隔離運放，放大倍數為1∶1，非常適合陀螺電源輸出+5 V電壓的隔離采樣。
電流采樣電路選取LEM 公司LA25?NP/SP7霍爾電流傳感器進行電流信號的隔離采樣，具體的采樣電路如圖4所示。
LA25?NP/SP7 霍爾電流傳感器的變比為1∶100，原邊額定電流為2.5 A，最高測量頻率為150 kHz。
在圖4中，電阻R3取值為200 Ω，則可以計算出當原邊輸入電流為2 A時，輸出電流信號If1為4 V。
2.3 RS 485通信電路設計
為了提高系統的抗干擾性能，選取集成光電隔離功能的ADM2484作為RS 485通信電路的電平轉換芯片，設計好的隔離通信電路如圖5所示。
2.4 保護電路設計
為了確保光纖陀螺安全可靠地運行，設計了如圖6所示的過壓、過流和欠壓保護電路。
在圖6中，輸出電壓的過壓值設置為+5.5 V，欠壓值設置為+4.5 V，過流值設置為2 A。
當監控電路檢測到某個陀螺電源出現過壓、過流或欠壓等故障時，單片機將對應的I/O端口輸出信號IOPA1置為低電平，則光電耦合器TLP121輸出為高電平，使晶體管Q1 導通，繼電器JDQ2 的線圈得電，其常閉觸點JDQ1 斷開，切斷該陀螺電源的AC 220 V 輸入，從而實現陀螺電源出現過壓、過流或欠壓等故障保護。一旦陀螺電源保護，只有整個陀螺電源供電模塊重新上電才可以恢復供電。
3 系統軟件設計
系統軟件設計主要包括上位機監控軟件及監控界面設計、通信協議設計和下位機軟件設計三部分。
3.1 上位機軟件設計
采用LabVIEW 2013 來設計測控軟件的上位機界面以及與下機位的通信程序。
LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineer?ing Workbench）是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言，提供了很多外觀與傳統儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創建用戶界面，快速輕松采集實際信號、進行分析以確定有用的數據、通信或存儲結果[3?4]。設計好的上位機光纖陀螺供電電源監控界面如圖7所示。
在圖7中，系統可以同時監控12個光纖陀螺供電電源的+5 V 輸出電壓和輸出電流，-5 V 輸出電壓和輸出電流，并且顯示電源的當前工作狀態，是否出現過壓、過流和欠壓等故障；一旦出現故障，相應的指示燈會由綠色變為紅色。
3.2 通信協議
工控機與下位機單片機之間的通信協議采用Mod?bus 協議中的RTU 傳輸模式，波特率為38 400 b/s。其中，工控機作為主機，光纖陀螺供電電源監控電路1~3為從機[5?6]。
3.3 下位機軟件設計
下位機軟件設計主要包括系統上電初始化子程序、10 ms中斷子程序，串口數據發送/接收中斷子程序三部分。
（1）上電初始化子程序。系統上電后，首先需要進行系統的初始化設置，包括MC9S12XEP100MAL單片機處理器初始化、A/D采樣模塊初始化、10 ms定時中斷模塊初始化，以及RS 485 串行接口的初始化。初始化程序流程如圖8所示。
（2）10 ms 中斷子程序。在10 ms 中斷子程序中，主要完成4個陀螺電源的8個電壓信號和8個電流信號的采集。10 ms中斷子程序流程如圖9所示。
在圖9中，當10 ms中斷產生進入中斷子程序，單片機對16 個A/D 通道順序進行轉換，并對轉換后的電壓電流數據進行處理，然后將其存入對應的數據緩沖區，等待上位機請求數據時通過串口發送返回。電流電壓數據處理主要包括將A/D 轉換結果變換成對應的實際電流電壓值，以及進行電壓的過壓、欠壓判斷，電流的過流判斷。一旦出現過壓、欠壓或過流等故障，單片機立即啟動保護電路切斷陀螺電源的AC 220 V輸入。
（3） 串口數據發送/接收中斷子程序。工控機與3 路監控電路之間的通信采用主從通信模式，即工控機向3路監控電路發送數據請求命令，監控電路在響應主機請求時返回8路電壓信號數據、8路電流信號數據和陀螺電源的工作狀態數據。為了減少串口數據發送/接收對單片機資源的占用，提高處理的效率，系統采用中斷的方式完成串口數據的接收和發送。串口中斷服務程序流程如圖10所示。在圖10中，當串口中斷產生時，串口中斷服務程序首先判斷串口中斷的來源，進入串行數據接收或串行數據發送子程序。發送數據時，從系統的發送緩存區讀取數據，寫入相應的串口寄存器發送；接收數據時，從相應的串口寄存器讀入數據，寫入系統的接收緩存區。
3.4 數據存儲
工控機接收到監控電路返回的電流電壓數據后，除了將數據顯示在監控界面中，還定時將數據以Excel文件的格式存儲到工控機的硬盤中，以備陀螺電源運行數據的查詢。其中，數據存儲時間為10 s。
4 結論
本文采用工控機與MC9S12XEP100MAL 單片機相結合的方案，基于LabVIEW編程技術、隔離信號采樣技術，以及RS 485串行通信等技術，實現了光纖陀螺供電電源監控系統的設計。該系統可以同時監控12路光纖陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流，且具有數據存儲，過壓、欠壓和過流等故障保護功能。現場實際應用表明，該光纖陀螺供電電源監控系統電流、電壓采樣精度高，數據采集和顯示實時性好，故障保護功能可靠，滿足了光纖陀螺老煉測試需要長時間監控、數據記錄分析和故障保護的要求，達到了預期的技術指標。
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關鍵詞廣發發電系統；網點電壓；調整
大規模光伏發電系統在執行并網運行時，要求其所占的容量逐步提升，并且對電力系統的影響也逐漸增大。其中需要經常用到的轉換接口是逆變器，在控制PCC電壓時，不能單純的依靠傳統的電力調整方式，要利用經濟實用的PCC電壓升高解決目前問題，同時借助于自身的特點優化光伏發電，提高發電系統的滲透率。
1光伏發電系統并未電壓的應用概述
我國最近幾年光伏發電的技術已經開始走向成熟，同時分布式的光伏在配電網特別是在低壓配電網上出現滲透率不斷上調的狀況。在發展中出現高光伏的滲透配電，特別在使用時遇到比較弱的反射式低壓配電網形式，出現上述情況的根本原因是受到天氣變化的影響，多云的天氣狀況光伏會出現劇烈波動，接下來就會出現電壓的馬上下降，閃電的出現會影響整個系統的整體穩定性能。以上諸多情況的產生讓光伏承擔較高的承載，很容易初選潮流逆流最終引發的電壓問題。
控制上述問題如果單純的依靠變壓器或者電力電氣等比較傳統的電壓控制方式，在響應速度不能做出調整的前提下，頻繁快速的額電壓變化不能是不能得以實現。
當前使用中最新的大容量逆變器主要是給電網注入額定的有功功率，也能實現最低的功率因素集中在0.9，在實際有功出力比逆變期額定功率小的情況下，那么剩余的功率能夠在這個過程中實現無功率支持。例如在研究光伏接入引發的高電壓現象，如果借助于逆變器這一情況不能得到妥善的解決，但是其使用時的經濟效能還是值得肯定的，但是由于低壓配電網中電力阻抗有一定變化形式，導致低壓配電網中的無功調壓效果比電壓等級比較高的網絡小很多，在逆變器正常運行的情況下，網點電壓的控制能力也要受到變壓器或者線路容量這兩項因素制約。
2電壓升高和調高原理
我國傳統的電力系統主要電力配置方式是從高壓到低壓，配置系統呈現單項配置模式，所以潮流逆轉的配置模式是不允許使用的，一般情況下高壓、中壓的變壓器上面都有著調壓的抽頭，能夠在運行中實現帶載調壓，但是在中壓和低壓部分沒有調壓抽屜，所以調壓時不帶載調壓。使用過程中，為了能夠有效的確保系統的整體安全性能，要求電網運營商需要通過光伏發電系統模式隔離整個升壓變壓器，讓其接入到低壓或者中壓中，兩網同時運行。
從上一節能夠了解到，大規模的光伏發電系統在并網運行后，會出現PCC電壓偏高的狀況，所以在使用時需要適度的控制PCC電壓。德國常用的VDE AR 4105標準規定中，就要求不允許中壓并網光伏系統引發PCC的高壓超過2%，低網則被控制在3%左右。
PCC電壓受到電網電壓、輸出電線路的阻抗參數、線路的傳授功率等因素限制，在結合光伏發電系統自身特點的基礎上，最好使用電壓調整，第一先要逐步改善電路出現的阻抗參數；第二，需要配置儲備能量的相關裝置；第三，在改善輸電路阻抗參數的過程時控制好光伏發電系統中的有用功率以及無用功率。在使用時需要考慮一點在使用時前期成本比較大，不能做到經濟適用，因而當前規模化使用還不能馬上實現。在新電網固定中可以調節光伏在可用功與無用功之間，最好的辦法就是先控制好各類光伏發電系統，通過輸出有用功率和無用功率的方法開展，借助于光伏發現系統中有用功率和無用功率的使用策略，這樣可以在一定程度上面控制好PCC電壓，其實可以這樣理解功率控制的本族本質其實就是電流的流量，所以在研究時可以研究電流的流量控制。
2.1有功電流電源的調整原理及調整方略
1）有功電流的調整原理。光伏發電并網運行，會出現PCC電壓升高的現象，究其原因是光伏發電系統的容量偏大，這必然會產生大量的有功功率，因而在使用時想辦法限制或者減少光伏系統的發電狀況，能控制整體的電流狀況，讓輸出的電壓在可以控制的范圍內。
2）有功電流的調整方法。限制時運用有功電流限制方略時，要求了解到實驗過程中的暫態和穩態波形圖，圖2能夠了解到，當PCC本地負被隔離一，PCC能夠在短時間內電壓升高，同時要求電壓調整器控制電壓狀況，增強PCC的整體控制力度，所以控制系統的動態響應也得到最為有效的控制。電壓調整方式是穩態波形，也就說當前系統是穩定運行模式，隨著時間推移輸出的功率正在逐漸減少，電壓整體偏差會出現回歸為零的情況，因而系統功率運行是在單位因子范圍內。
2.2無用功電流電源調整原理
1）調整原理。調整時為了控制住電力最好運用雙二階通用積分器為主要的工具，檢測出PCC電壓的具體相位和浮動數值，這樣可以在使用是比較粗電壓瞬時的幅值和鎖定后的幅值，所有的誤差在經過P1調節后最終獲得電壓調節中的無功補償，疊加設定的武功電流參考后控制逆變器的整體數值，最終可以實現PCC的動態調整。
2）調整方法。首先使用時需要先調整好PCC的電壓狀況，調整過程中也呈現出暫態和穩態的實驗波形圖，有圖可見，在PCC本地負載切除的瞬間，逆變器不能吸收任何功率，因而也就不能在此基礎上調整PCC的功率，電壓值指數為零以后，系統將不能正常運行單位功率的整體因素，反而會滯后于整體的功率因數狀況。
3）對比總結。通過上述兩個圖的對比，能夠了解到一點那就是有功電流電壓在調整時，需要比無功電流電壓調整有更快的動態響應情況，一旦有功電流電壓被調整后，光伏發電系統依舊作用于單位功率的因數，反之亦然，將會制約整個單位功率因數，尤其在控制電壓精度時，有功和無功兩者的控制策略都較好，另外從經濟方面考慮問題，無功控制策略有更好的經濟收益。
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通信基站情況通信基站位于上海長江口外某海島，北緯31.05°~31.29°N，東經121.77°~122.25°，東西長46.3km，南北寬25.9km。根據參考資料，該地區的風力和光伏資源情況如表1所示。由表1可知，該基站風力的年可利用能量和可利用小時數遠大于光伏，因此，該基站重點以風力發電為主。風力發電可運行時間長，配合移動通信基站應用，可以做到即發即用，無需蓄電池存儲，發電系統利用率高。光伏系統發電時間短，但比較穩定，配合蓄電池組應用充放電模式為通信設備供電。另外，蓄電池放電后的補充電容量也采用光伏發電。該移動通信基站包括一層機房和室外鐵塔，太陽能電池板安裝于機房屋頂平臺，風機安裝于鐵塔上。光伏發電系統的占地面積約為300m2。
基站負荷情況因基站設備實際運行負荷值與設計負荷值可能存在差異，建議新能源系統配置設計時，應對同類型場景在用基站負荷進行實測，以基站典型負荷作為設計基礎。智能通風設備共配置2臺，考慮到其間歇工作狀態，因此暫按1臺設備估算。傳輸設備和監控設備均為基站正常配置。新增風光互補系統監測設備，參考基站監控設備進行估算。根據前述分析，本方案基站設備以其典型負荷值為基礎依據，其他設備以參考負荷為依據，綜合考慮后，基站設計負荷為1635W。另外，風光互補系統的運行周期較長，通信設備可能調換或者擴容，風光互補系統可根據實際情況進行擴容。
蓄電池容量計算根據基站業務需求、地理條件，結合風光互補發電系統造價以及維護等方面的情況，確定基站設備的后備蓄電池組保障時間為48h。由于目前磷酸鐵鋰電池存在技術和價格問題而尚未普及，成熟的光伏控制器和風機控制器都是基于鉛酸電池充放電模式開發，專門用于磷酸鐵鋰電池的控制器比較少，也不夠成熟。因此本方案選用膠體類型鉛酸電池，該電池具有充放電次數多、使用壽命長、高溫適應能力好等特點。風力發電機、光伏電池板容量配置本方案風光互補系統設計容量分兩部分，一部分為基站設備用電，按風光系統日平均發電水平分比例配置，風力供電60％，光伏供電40％；另一部分為蓄電池補充電部分，全部由光伏發電系統提供，補充電容量按光伏發電系統從電池容量20％充至80％核算，為避免光伏充電容量配置過大，本方案中補充電容量按6天充滿核算。根據當地氣象部門提供的月平均風速、月平均日照小時數以及平均風速修正系數等，經計算分析，若要維持基站24h全天候運行，風力發電機和光伏電池板容量配置應如表3所示。
風光互補系統控制策略風光互補發電系統控制策略主要基于蓄電池管理，以蓄電池電壓為控制核心，根據蓄電池的狀態電壓對各個控制器輸出功率進行調節，詳細如圖2所示。通信設備需要連續穩定的電源供應，而風光互補系統具有不穩定性，因此需要依賴電池才能提供系統的穩定輸出，所以電池狀態是系統控制的核心。電池容量的估算有多種方法，與電壓及電流都相關，控制系統中通過算法推算出電池的容量及狀態。系統運行過程中，除蓄電池放電過低，發電系統的供電對于通信設備的用電均優于蓄電池的充電。系統控制器通過監測電池容量控制風光互補控制器的電力輸出，如果蓄電池處于滿容量狀態，除設備用電外，需將多余的風力和光伏發電量卸除；如電池容量不足，除設備用電外，其余的風力和光伏發電量進入充電模式；如連續數日風力和陽光資源不佳，在蓄電池放電至容量過低時，為保護電池系統將發出停機告警信號，并切斷用電設備。當資源恢復，系統監測到風光系統有發電量輸出時，即為電池充電，當充電至電池容量可用時，開始啟動通信設備供電。
基站監控系統
一般基站均配置動力環境集中監控系統以方便維護人員進行遠程監控維護。海島基站由于新增風光互補系統及人員現場維護難度大的特點，監控系統需根據基站特點補充對風光互補發電系統各控制器的監控，包括風力、光伏、氣候監測設備，用于記錄相關信息等。此外，由于圖像監控的優勢，機房內、外安裝視頻監控設備分別對通信設備和風光互補系統設備進行圖像監控。所有機房環境監控和風光互補系統運行實時信息經基站集中監控系統傳送至監控中心，供監控中心遠程查看及控制。機房環境監控和風光互補系統運行及監測信息由于信息量大，監控中心存儲不方便，所有原始歷史數據均在現場存儲，然后通過無線方式進行遠程查詢、下載。（1）機房環境監控機房環境監控包括對機房內部及外部環境狀況的監控，機房內部環境狀況包括機房門禁、門磁、機房溫度/濕度、煙霧、水浸等；另外，還包括機房智能通風系統運行狀態。機房外部環境狀況主要包括室外溫度、濕度等。通信設備安裝在室內，風力發電機組和光伏電池板均安裝在室外，室內、外設備的現場情況可以通過實時圖像進行遠程監控。（2）風光互補系統監控風光互補系統監控主要對發電運行情況進行監控，主要內容包括風光互補發電系統狀態信息和現場可利用新能源信息等。蓄電池組方面主要包括蓄電池組工作狀態、電壓、剩余容量、溫度等，風力方面主要包括風力發電機組運行狀態，風機控制器輸出電壓、輸出電流、發電功率、發電量等信息。光伏方面主要包括光伏發電模塊運行狀態，光伏控制器輸出電壓、輸出電流、發電功率、發電量等信息。現場可利用新能源監測信息包括現場光輻射量傳感器、塔上風速儀的現場實時數據信息。本方案利用集中控制器的無線通信模塊實現電源系統和監控中心之間的無線通信和遠程監控。遠程監控中心能獲得電源系統的工作情況和歷史數據，如風力發電量、太陽能發電量、蓄電池充放電歷史、系統故障歷史等。積累的歷史數據同時存儲于本地并上傳于監控中心，便于數據分析，為以后其他站點應用做基礎。（3）其他基站配置小型逆變器，用于通信系統調試、搶修等臨時用電。
技術應用特點
風光互補發電技術應用特點如下。•風光互補發電技術充分利用海島地區豐富的自然資源以滿足通信基站的電力需求，相比單獨風力發電或光伏發電能獲得更穩定的輸出，可配備更少的儲能蓄電池。如需達到更高的供電可靠性，可配置柴油發電機，在風光互補系統無發電量時對基站供電。但柴油發電機組運行后需要維護和補充柴油，而該海島屬于無人島，維護困難。•通信基站負荷連續平穩，風光互補發電技術應用在各級控制器調節下保證風能和太陽能優先滿足負荷需求，若電能有富余則為蓄電池充電，電能不足則由蓄電池補充。•風光互補發電系統控制器采用專業工業控制器進行深度開發，能保證電源系統穩定、可靠運行。整個系統的軟件控制充分考慮多種工作情況，采用閉環控制方式，故障情況下可以自動停止運行。控制器已經通過了實用化驗證，能保證系統正常運行。•風光互補發電技術充分利用可再生能源，該基站日耗電量為40kWh，年節約市電量14600kWh，在節能的同時也實現零排放。同時，該電源系統也為運營商節約了引入市電的投資和系統維護成本，運營商可以很快收回初期投資。
結束語
篇7
【關鍵詞】廣播電視 信號發射 全固態發射機 電子管發射機 維修
在廣播電視信號發射領域中，隨著固態發射機技術的不斷提升和發展而且固態發射機具中運行成本低，效率高，性能穩定，模塊壽命長和維護量少等優點，使全固態發射機逐漸代替原有的傳統電子管發射機在廣播電視信號發射中是必然的趨勢。全固態發射機與傳統的電子管或速調管發射機相比較，不僅在廣播電視信號發射的安全性與可靠性方面比較突出，而且日常的故障問題發生數量以及在發射機設備的維護成本費用等方面，都要比電子管發射機更有優勢。本文僅以同方吉兆公司生產的GME1133型UHF3kw大功率合放式全固態電視發射機為例，結合我們日常使用該機的情況對其結構原理以及日常故障維護策略進行粗淺分析，以便更深了解固態發射機的性能和維護。
1 廣播電視全固態發射機的結構原理分析
圖上圖所示的結構原理情況可以看出，在GME根據上圖所示的結構原理情況根據上圖所示的結構原理情況可以看出，在GME1133型UHF3kw大功率合放式全固態電視發射機的系統結構中，激勵器是整個系統結構中的核心部分，主要有主、備兩臺激勵器共同組成，以在發射機進行電視信號發射應用中對其工作運行實現進行支持，對于整個發射機的工作運行實現具有一定的控制作用。發射機的激勵器結構部分主要是由視頻以及音頻中頻調制器、DG與DP校正、群時延校正、互調校正和上變頻器、激勵功放裝置、開關電源、控制主單元等結構單元組成。發射機工作運行過程中，激勵器中的預校正指標主要是通過計算機遠程控制下設置實現的，用于將信息源部分所送的視頻或者是音頻信號送到指定的頻道載波上，同時將載波電平進行放大調整，以推動功率放大器的工作運行，進而推動整個發射機的工作運行實現。
其次，該全固態電視發射機為了實現發射機的正常工作運行，系統中還設計采用了8個550W功放，采用x4x2的合成方式，從而保證發射機發射機輸出的功率在3kw以上。在上述全固態電視發射機的功放模塊中，功率放大器結構裝置部分，則在每個功率放大器中設置了四只大功率場的效應管組成功放模塊的末級級構，同時，在發射機功率放大器的每只大功率場效應管和與之相連接的輸入或者是輸出電路的共同結構形式下，構成發射機中的單管放大器，并且由兩個大功率場效應管與電路構成的單管放大器和3dB正交電橋的共同作用下，又構成了發射機中的一組平衡放大器結構單元，最后，通過兩組這樣的平衡放大器與同相的二合成器進行功率合成，其輸出功率大于550W。該功放模塊是高增益，高線性的寬帶功放，在發射機工作運行應用中具有較好的線性，并且功放一致性比較強，功放過程中可以進行互換應用，進行數字化升級的便利性也十分突出。
再次，在上述全固態發射機的無源部件結構部分中，分配器以及合成器裝置設備都是使用吉賽爾原理或者是懸帶結構形式，通過同向一次分配合成的方式在發射機工作運行中進行分配與合成實現的。這種發射機的無源部件分配與合成形式，在發射機工作運行過程中，不僅能夠避免其他固態發射機多次合成造成的較大損耗情況，同時合成器與分配器的結構形式也相對比較簡答，沒有其他發射機結構所具有的復雜性。此外，在發射機的各功放端口還具有一定的隔離特性，能夠保持26dB以上的隔離度，發射機無源部件的結構比較緊湊，能夠最大限度的滿足與保證發射機工作運行過程中功率的輸出。
最后，全固態發射機整機設備在工作運行中，所有的工作運行狀態可以通過主控制單元顯示系統進行顯示，而主控制單元則由功率測量板以及單片機、數碼表等組成。
2 設備日常維護注意事項
（1 ）發射機要定期除灰塵，以免灰塵積累過多，風道受阻，造成功放過熱.
（2 ） 機房要保持室溫5～40度范圍，環境溫度過高或過低，都將影響設備的安全運行.
（3 ）定期對發射機的各項功能參數進行檢測，定時巡視運行設備，做好發射功率，反射功率，駐波比，激勵器輸出功率等相關數據的記錄.定期做好激勵器和功放工作參數的記錄，以便出現故障時對比分析故障原因.
（4） 要經常檢查天饋線，看天線是否有明顯變形，饋線和接頭是否斷裂或受潮進水等.要定期對天線的駐波比進行測試，尤其是在雷雨和大風天氣之后，為了保證設備長期安全運行，要求駐波比不大于1.25.
3.1 故障現象
自動開機失效，手動開機正常；
電控單元和主控單元的通訊不正常，檢查485通訊口、通訊芯片和連接線；
查看電控電源（±9V）是否正常；
檢查主控板、電控板上所有集成塊管腳是否接觸良好，線路板是否有明顯虛焊點
3.2 故障排查
主控單元LCD顯示HIGH VSWR.整機出現過載保護。
檢查天線駐波比。首先連接到假負載判斷天線是否正常，其次用掃頻儀測試天線，
正常1.1.，不能大于1.5.
檢查饋線是否進水，腐蝕。造成反射過大。
檢查發射機到饋線，饋線到天線的連接處是否有不良接觸。
3.3 故障現象：輸出功率低
檢查射頻輸入電纜接觸是否良好。不良的接觸會造成功放電路輸入，輸出，匹配等多數參數發生改變。引起輸出功率下降。另外四合成器（2）和二合成器中的電容和電感元件損壞或不良接觸，也會造成功率下降。
3 結束語
隨著廣播電視以及電子元件技術的發展提升，全固態發射機已經逐漸成為廣播電視信號發射中常見的發射機設備，對其結構原理與常見故障的分析論述，有利于促進固態發射機的推廣應用，保證安全可靠性，具有積極作用和意義。
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篇8
關鍵詞：光伏電源 微電網 儲能控制
中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（c）-0031-02
就目前來看，含光伏電源的微電網已經成為了進行可再生能源利用的重要途徑。但在供電可靠性和電能質量方面，微電網的運行仍存在著一定的問題。而采取微電網儲能控制技術進行含光伏電源的微電網的運行控制，則可以有效提高微電網運行的可靠性，從而使該種可再生能源利用形式得到有效應用。
1 含光伏電源的微電網儲能控制問題分析
在并網運行時，由于使用了具有隨機波動性的微電源，含光伏電源的微電網會給配電網帶來電壓波動、諧波和功率波動等電能質量問題，并且容易出現與主電網功率交換不可控問題。而在孤網運行的過程中，含光伏電源的微電網也會出現功率波動等問題，以至于微電網運行的可靠性受到了影響。而采取儲能控制技術可以進行微電網與主電網交換功率的控制，并且改善微電網的電能質量，繼而使微電網的運行更加可靠[1]。因為，微電網儲能的實現，可以進行功率波動的抑制。作為微電網的后備電源，儲能的容量可以根據功率與容量的關系完成配置，從而使微電網運行的功率波動得到抑制，繼而維持微電網內功率的穩定。
2 含光伏電源的微電網儲能控制技術
2.1 微電網儲能容量配置
在含光伏電源的微電網運行的過程中，儲能容量能否得到合理配置將直接影響電網運行的可靠性和穩定性。所以，需要完成微電網儲能容量的合理配置，以便對電網內功率的穩定性進行有效控制。而微電網儲能容量的配置與兩方面的因素有關，即光伏出力預測誤差和負荷短期預測誤差。因此，還要對這兩種誤差進行分析，以便合理完成儲能容量的配置。
從理論上來講，由于含光伏電源會為微電網內負荷優先供電，所以如果光伏出力預測與負荷預測準確，電網負荷實際需求和光伏實際出力將與預測保持一致。但是，在主電網允許的情況下，光伏電源會進行功率倒送。在微電網內負荷無法完全進行光伏發電輸出功率的消納時，剩余功率將會經交流母線進入到主電網。而在光伏發電無法滿足微電網內負荷需求時，主電網又會向微電網提供多余的功率。所以，光伏電源出力應該以滿足微電網內負荷需求為標準，將缺額功率與盈余功率與主電網交換。而微電網與主電網的交換功率則為微電網有功負荷與光伏發電輸出功率之差[2]。在實際運行中，光伏發電會受到溫度、濕度和太陽輻射等多種因素的影響，微電網負荷也會受到氣象、預測方法等因素的影響。所以無論是光伏電源出力預測還是微電網負荷變化都具有隨機波動性，存在一定的隨機預測誤差。因此，想要進行微電網與主電網交換功率的控制，還要分析負荷短期預測誤差和光伏出力預測誤差。
2.2 光伏出力預測與負荷短期預測
光伏電源出力與風速、溫度、太陽輻照度和氣壓等多種因素有關，所以進行光伏出力的預測需要考慮到這些因素，以便對實際光伏出力與預測出力之間的誤差進行預測。根據這一誤差，則可以進行儲能的合理配置，從而通過采取補償預測誤差的方法消除誤差給微電網運行帶來的不良影響。在采取算法進行出力預測誤差的計算時，由于各誤差隨機變量相對獨立，并且服從同概率分布，所以預測誤差也將符合正態分布。因此在計算時，可以在誤差總體數據中隨機抽樣獲取樣本數據，并將誤差概率進行正態分布計算。
所謂的負荷短期預測，其實就是對微電網在短期內的電力需求功率進行預測，以便采取適合的儲能配置方案進行微電網內功率的有效控制。而預測結果會受到時間、氣候和經濟等多個因素的干擾，會產生相應的預測誤差。相較于微電網負荷實際需求，負荷短期預測誤差期望值較小。所以，一旦樣本數據夠大，誤差期望值將趨近零，可以為誤差概率分布分許提供便利[3]。在此基礎上，利用概率統計理論分析誤差的概率分布可以發現，負荷短期預測誤差的概率分布接近正態分布，因此可以采取正態分布進行誤差概率的計算。
2.3 微電網的儲能控制
通過分析微電網光伏出力預測與負荷短期預測的誤差，就可以利用區間估計方法進行微電網儲能的控制。具體來講，就是可以采用儲能分散配置和集中配置方式進行儲能系統的布置，并且進行電網儲能容量的配置。其中，分散配置是根據微電網內的光伏電源接入情況進行儲能系統的布置，而集中配置是將微電網內的光伏電源當做是一個整體，然后進行儲能系統的整體配置。采取分散配置方式進行電網儲能的控制，需要分別完成各個光伏電源的出力預測誤差分析，并且對電網某一區域的負荷預測誤差進行分析。而采取集中配置方式進行電網儲能控制，需要分別計算微電網內的光伏電源和負荷，以便計算儲能配置的方差。在計算的過程中，需要將微電網光伏電源整體看成是系統“負的負荷”，以便進行預測誤差的方差的計算。同樣的，微電網內整體負荷短期預測誤差的計算也采取同樣的方法。但需要注意的是，微電網的光伏電源預測誤差與負荷短期預測誤差之間并沒有聯系，可以分別進行分析和計算。
為了利用儲能系統進行微電網短期功率波動的抑制，需要以每日有光照時間段為區間進行配置容量的計算。因為，預測誤差必然有一定的隨機性，容易導致樣本誤差失信，所以需要對一定置信區間的預測誤差進行概率估計，以便獲取可信的預測誤差期望值。同時，這一期望值可以進行預測誤差期望功率的反應，因此可以用于進行儲能輸出功率的配置。但需要注意的是，想要獲取較高的置信水平，就需要進行置信區間寬度的擴大。而這樣一來，又容易導致置信區間精確度降低。因此，需要合理進行置信區間寬度的設置，以便得到精確的儲能配置容量。而采取這一方法進行儲能總配置功率的計算，可以獲得精確的配置值，從而有利于實現含光伏電源的微電網運行的經濟效益[4]。此外，采取這一方法完成微電網儲能容量的配置，也可以進行微電網與主電網功率交換的精確控制，并使微電網運行時產生的功率波動得到較好的抑制。
3 結語
總而言之，在含光伏電源的微電網并網運行或孤網運行的過程中，需要合理進行電網的儲能配置，以便對微電網與主電網交換功率和功率波動進行有效控制。因此，該研究 對含光伏電源的微電網儲能控制技術展開的探討，可以為維持電網的穩定運行提供技術指導。
參考文獻
[1] 譚興國.微電網復合儲能柔性控制技術與容量優化配置[D].濟南：山東大學，2014.
[2] 韓民曉，王皓界.直流微電網未來供用電領域的重要模式[J].電氣工程學報，2015（5）：1-9.
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關鍵字：古典園林、夜景燈光、網師園
一、江南古典園林夜景研究的意義和現狀
1、江南古典園林夜景研究的意義
江南古典園林集中分布在蘇州、揚州、杭州、無錫等城市，成為了江浙一帶重要的旅游資源。但是由于部分園林的規模局限，景觀特色不夠突出，導致其成為冷門的旅游景點，如網師園、耦園、藝圃等。它們沒有拙政園的規模，也沒有退思園、滄浪亭膾炙人口，一直淪落在尷尬的境地。為了擺脫這種命運，網師園首次嘗試植入夜景旅游項目，為江南古典園林的發展探索出一條新道路。
2、江南古典園林夜景的發展現狀
眾所周知，在明清時代電力技術的使用還沒有普及，人們大多使用蠟燭、油燈作為照明工具，所以將現代電力照明技術使用于古典園林難度不小。好在燈光照明在現代景觀的應用比較普遍，設計師可以通過現代景觀燈光運用的經驗，結合古典園林的景觀特點來做設計。南方園林代表網師園和北方園林代表頤和園也可作為夜景燈光研究的實例，起到借鑒作用。
夜間旅游項目的開發除了可以緩解白天游客擁堵的壓力，增加一部分經濟收益，對游人來說又可以選擇相對閑暇的夜間出行。夜間的古典園林更顯寧靜、浪漫，對于習慣了白天游覽園林的人們來說，夜游更有新鮮感。
二、網師園的夜景實例分析
1、網師園――首次嘗試夜景旅游項目的江南古典園林
網師園是蘇州典型的府宅園林，現面積約10畝，大小不及拙政園的六分之一。為了吸引游客，2011年3月24日蘇州古典園林網師園特色夜游活動拉開帷幕，網師園也成為了首個融入夜景燈光的江南古典園林。
2、網師園夜景燈光設計的優缺點
作為首次加入夜景燈光的江南古典園林，網師園為今后類似園林的燈光設計提供了借鑒。
在主要的建筑輪廓線上布置線狀的LED燈光，讓亭臺樓閣本身婀娜的線條在夜間展露無遺；
?古樹名木周邊的燈光渲染較強，突出了重要節點，吸引游客駐足；
?燈光設備在日間的隱蔽性較好，不影響景觀在白天的效果；
?運用現代科技，結合古典樣式的照明設備，使燈光與古典園林的融合不顯生硬；
?燈光布局疏密有序，整體感強。
另一方面，網師園的燈光設計也存在這一些問題
?道路照明欠缺。眾所周知，江南古典園林多奇異精怪的假山、石頭，道路也多以卵石、瓦片嵌入，如果道路照明不加很容易造成安全隱患；
?燈光的強度過大，容易產生眩暈感，高強度照射產生的射線和熱量也不利于古樹名木的保護；
?照明方式單一，缺乏創新。對喬木采用上射燈光，建筑采用輪廓照明，門廊采用下射燈光，燈光設計過于教條；
?后期維護不足，多指照明設備損壞沒有得到及時維修，或指修補的部分與原先的照明設備有差別，使景觀的觀賞價值大打折扣；
?照明設備的控制臺沒有嚴格管理，設置在游人觸手可及的室外廊道，對園內設備維護和游園安全都是極大的不利因素。
三、江南古典園林夜景燈光設計的原則
1、功能性和觀賞性相結合的原則
夜景燈光設計的功能性是重點的考量對象，它關系到游園安全。在園林的主要道路上必須設置強度適合的照明設備，既不能如城市公路的照明強度，破壞了園林幽閉的景觀氛圍，也不能過暗造成安全隱患，還應避免燈光直射。功能性照明的強度不應大于重要節點的照明，影響夜景效果。照明強度越大的景觀越容易吸引游人視線，景觀主體和周圍環境的亮度要有一些差別，才有層次感。
2、因地制宜的原則
選擇照明效果好的設備，要建立在充分掌握周圍環境狀態的前提下，土壤、地勢、植物、水質等等，都會與所選擇的照明設備相互影響，選擇不當的照明設備會對當下的景觀環境造成破壞。
首先，紅光、橙光、黃光、綠光、藍光、紫光，它們對植物的作用是不同的。如青藍紫光對植物幼芽的形成和細胞分化均有重要作用，紅光能促進莖的加長生長和促進種子及孢子的萌發，而黃光和綠光則大多被葉子反射或透過，對植物的影響最小。光照強度的選擇也要恰當，如落葉松屬、松屬、水杉、樺木屬、桉屬等喜光植物可以選用較強光；而生長在潮濕陰暗密林中的草本植物，如酢漿草、人參、秋海棠屬植物等就不適宜強光或長時間照射。
其次，水中不適宜選用大功率的照明設備。大功率照明設備在工作時產生的射線和熱量會加速水生動植物的死亡。水下應該盡可能選用接近于自然光的燈光，并且盡量減少數量和照明時間。
最后，照明設備在施工選址時要注意以下幾點：
?照明設備不應設置在地勢低洼地帶。古典園林的排水系統不完善，低洼地帶積水難排的現象很常見，照明設備長期浸泡在水中會導致設備失靈，甚至造成人員傷害；
?落地的照明設備不應設置在道路中間，更應在道路兩旁，避免游人碰觸設備造成損失；
?照明設備的照射角度不可在人的視平線附近，以免燈光直射給人造成眩暈等不適感。
3、日間隱蔽的原則
日間隱蔽原則是古典園林燈光設計有的原則。和現代景觀燈飾在日間具有觀賞價值的特點不同，古典園林的照明設備因是設計之初沒有的景觀設施，不宜不加遮蔽得出現，造成整體景觀的怪異感。照明設備可以安置在花叢里、假山石壁中間、屋檐瓦片的內側等不宜被人發現的地方。照明設備的外殼也應選用與周邊環境相近的顏色。還可以選用外形類似于古代照明設備的器具。
4、適度的原則
上文說到重點景觀的照明強度要大于周邊景觀，這樣重的得以突出，周圍的景觀也可顯得更加幽靜。亮度對比增加，游人在直觀視覺上比較滿意，但當亮度對比較低時，關于意境體驗的評價會變得更好，所以照明強度取決于環境需要烘托宏偉還是意境的氛圍。
照明設備數量不是越多越好，也不是越少越好。過多的照明使夜間景觀與日間差距不大，喪失了夜游的趣味，也不利于能源節約，還可能造成光污染；過少的照明會給人壓抑和恐怖的感覺，也會產生安全問題。整體園林的燈光布置應該疏密結合，適當加大主要道路和重要節點的燈光數量，使燈光效果富有層次和韻律。
5、多樣性的原則
夜景燈光是夜間重要的景觀要素，燈光設計多樣才更有欣賞價值。在顏色上，紅光、橙光熱烈，黃光、白光莊重，綠光、藍光、紫光幽靜，各具特色，可搭配使用充實視覺；照明方式又包括泛光照明、輪廓照明、上射照明、下射照明等，適用于不同的景觀對象。
6、重視維護的原則
園內照明設備需要統一管理，控制臺不可設在游覽區域內，可按功能或控制范圍分開設置開關閘，還應設置總閘。安排定期維護保養，重點檢查電路是否完好，做好相應記錄。照盡量選擇優質的照明設備，可以大大減少設備更新的頻率。容易損壞的照明設備應該備有充足的替換材料。在條件允許的情況下，每年最好有2-3個月關閉夜間照明，一則可以統一整修園內設備，二則可使園內的植物、建筑，水質等有一個生態恢復的間歇。
四、江南古典園林夜景的發展前景
江南古典園林的夜景燈光設計還處在初步探索階段。本文在分析網師園燈光設計實例的基礎上，試總結一些適用于類似對象的設計方法，希望為江南古典園林的保護和發展尋找到一條新路子。
本著提高經濟效益的目的，江南古典園林嘗試夜景旅游是有可行性的，但仍希望設計師可以始終本著保護文物、尊重歷史和基于生態的理念去設計，避免盲目開發對人類遺產導致不可恢復的破壞。
參考文獻：
