風光互補技術(shù)在高速公路視頻監(jiān)控中的應用

岳秀坤

(山西欣奧特自動化工程有限公司，山西 太原 030012)

目前高速公路道路監(jiān)控系統(tǒng)面臨很多問題，用交流220 V 供電的話，首先電纜線成本很高，同時距離不能太遠(一般不超過2 km)。其次是交流供電用的民用市電，經(jīng)常不是很穩(wěn)定，容易出現(xiàn)斷電或者電壓異常等現(xiàn)象，很容易對相對比較貴重的監(jiān)控設備造成威脅。而風光互補供電系統(tǒng)剛好彌補了這些問題，降低系統(tǒng)成本同時增加了系統(tǒng)的可靠性，確保系統(tǒng)可以正常工作。

1 風光互補系統(tǒng)介紹及優(yōu)勢

風能和太陽能是最常有的自然資源，晴天陽光充足，而陰雨天則風大，夏天陽光照射強度高，而冬天風大，并且風光互補發(fā)電系統(tǒng)配有足夠的儲能系統(tǒng)，能保證系統(tǒng)有充足的電能。

風光互補發(fā)電系統(tǒng)具有以下特點:無枯竭危險;不產(chǎn)生廢水、廢氣、無噪音、干凈無公害;可在用電處就近發(fā)電;能源質(zhì)量高;獲取能源花費的時間短;無需用埋地電纜供電，安裝方便［1］。

風光互補系統(tǒng)供電的監(jiān)控設備具有以下優(yōu)點:

1)風光互補系統(tǒng)不但減少了鋪設電纜成本，同時還可以防止電纜被偷的隱患。

2)風光互補系統(tǒng)是綠色能源是取之不盡用之不竭的，一次投資終生受益的，每年省下的電費錢也是比較可觀的。

3)提供穩(wěn)定性，風光互補系統(tǒng)如果按照正確的配置方法來配置的話，一般都可以做到連續(xù)陰雨天14 天以上不斷電(50 年一遇)。同時蓄電池提供的電壓時相對很穩(wěn)定的，不會對設備造成沖擊效應，保護了監(jiān)控設備的安全運行［2］。

2 風光互補系統(tǒng)組成

主要由太陽能組件、風機、風光互補智能充放電控制器、蓄電池組、蓄電池箱、支架等組成。

2.1 節(jié)能及電源控制器

本系統(tǒng)端機控制箱是安裝在外場監(jiān)控點上的一個控制設備，它由充放電控制器、節(jié)能蓄能控制器、信號傳輸光端機、蓄能耗能檢測器及信號防雷器等幾大部件組成。

充放電控制器可以同時監(jiān)測太陽能電池組件和蓄電池的電壓，適時調(diào)整蓄電池的充電電壓Vc;利用太陽能特性(恒流)增大蓄電池的充電電流(采用脈沖調(diào)寬技術(shù)適當減低充電電壓Vc)，同時它還采用了目前最先進的最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)，大幅度地提高了太陽能板的蓄能效率(提高約30%)。具有浪涌、短路、反接、過載、超溫等各種保護功能。

節(jié)能蓄能控制器能夠?qū)ν鈭霰O(jiān)控設備進行節(jié)能控制，使外場設備在不影響正常使用的前提下消耗電能為原負載功耗的1/3 左右。

控制器還具備信號傳輸功能(1V +4D)，可以提供數(shù)字非壓縮/壓縮(H.264)視頻信號傳輸服務。

蓄能耗能檢測器可以隨時檢測監(jiān)控點設備消耗電能和太陽能組件蓄能的具體情況，監(jiān)控分中心每20 秒(長短可任意設定)間隔輪巡一次監(jiān)控點的電池電壓電流、負載電壓電流、太陽能充電電壓電流，并存儲于監(jiān)控計算機數(shù)據(jù)庫中，值班員可隨時掌握監(jiān)控點的具體情況，并通過電壓電流圖表曲線進行查詢。查詢可按日、月、年進行，可隨時分析掌握當?shù)氐奶柲苄Ч?，為管理者提供依?jù)。

2.2 蓄電池組件

本系統(tǒng)蓄電池組件按系統(tǒng)設計要求正確選配，選配時供電制式和電池容量要考慮以下幾個因素:

1)供電制式盡量采用DC12V/DC24V 系統(tǒng)，省去DC/DC 減少耗能，因為攝像機內(nèi)部均是DC12V/24V 和DC5V 供電。

2)電池容量不宜太大或太小，太大雖然可以維持時間長但要把電池充滿也會時間很長。太小不能滿足陰雨天持續(xù)時間要求。正確的選擇應該是在滿足陰雨天持續(xù)時間的基礎上盡可能地小。

3)蓄電池盡量采用低溫特性好的產(chǎn)品，電池箱可以保溫但不要加溫。因為加溫所需要的能量遠比電池因加溫而增加的能量要大。

2.3 系統(tǒng)蓄能耗能檢測軟件

本系統(tǒng)檢測軟件包括端機控制器內(nèi)的前端檢測軟件和監(jiān)控中心計算機(PC)內(nèi)的控制軟件，前端軟件主要完成蓄能耗能的信號采樣和數(shù)據(jù)上傳功能，監(jiān)控中心的軟件主要完成信號接收、統(tǒng)計、顯示和控制功能。控制功能包括視頻鍵盤控制、各端機設備啟?？刂?、對各端機的檢測報警控制以及太陽能組件充放電控制等。

3 風光互補系統(tǒng)遠程監(jiān)控軟件

監(jiān)控軟件符合國際工業(yè)監(jiān)控與開放式設計標準，支持多種遠端通信方式，支持國際通用通訊協(xié)議(支持串口RS485)，監(jiān)控接口協(xié)議開放，支持聯(lián)網(wǎng)，與各路段監(jiān)控分中心及省廳應急指揮中心監(jiān)控大廳監(jiān)控系統(tǒng)計算機實時通信。此軟件應用現(xiàn)代測量技術(shù)與微處理器技術(shù)，實現(xiàn)信號測量和數(shù)據(jù)采集，并采用現(xiàn)代通信技術(shù)實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸，利用計算機軟件和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，完成數(shù)據(jù)處理，具有以下功能:

3.1 實時顯示

通過GIS 地圖軟件，在省廳應急指揮中心監(jiān)控大廳(監(jiān)控總中心)，路段監(jiān)控分中心，站級監(jiān)控平臺上都可實時顯示系統(tǒng)的充放電電壓和電流、蓄電池總電壓和總電流、蓄電池電量余額、總輸出功率，太陽能板充電電流和充電電壓、負載消耗電流和電壓、蓄電池的表面溫度、環(huán)境溫度、太陽能板/蓄電池工作狀態(tài)等，檢測并顯示蓄電池浮充電壓溫度補償以及云臺數(shù)據(jù)，顯示各監(jiān)控點與路段中心的通信狀態(tài)，并可以通過點擊設備號和設備圖標來查看每臺設備的具體狀況，便于系統(tǒng)內(nèi)的各站點的集中監(jiān)控與管理，提供視頻監(jiān)控功能，四分屏實時監(jiān)視，循環(huán)存儲、歷史查詢。

3.2 查詢與統(tǒng)計

監(jiān)控中心定時采集各監(jiān)控點的工作參數(shù)，并存儲于監(jiān)控計算機數(shù)據(jù)庫中，存儲時間大于一年，可隨時進行查詢與統(tǒng)計，查詢和統(tǒng)計條件可按日期、時間、編號等條件進行組合查詢，結(jié)果表現(xiàn)形式多樣，可列表、直線圖紙、柱形圖、餅圖等。并可按照查詢和統(tǒng)計結(jié)果進行智能分析，自動生成各種參數(shù)的歷史記錄以及歷史趨勢曲線，告警數(shù)據(jù)的歷史記錄，操作數(shù)據(jù)記錄，按天顯示30 天以上各監(jiān)控點充放電特性曲線。系統(tǒng)可以對各參數(shù)進行屏幕顯示、打印輸出、磁盤記錄等。

3.3 異常報警

系統(tǒng)對各監(jiān)控點進行測控，設備工作狀態(tài)異常時，在監(jiān)控中心可進行報警，包括模塊狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)、電池狀態(tài)、電源系統(tǒng)故障報警等。報警類型可分級，并按照不同的報警類型和報警級別進行不同的報警表現(xiàn)，實時顯示監(jiān)測到的各遠端站的告警信息，以聲、光等形式發(fā)出告警。系統(tǒng)采用實時多任務操作系統(tǒng)，可完成多點多事件告警處理。報警后，自動和人工消警后，系統(tǒng)自動記錄進數(shù)據(jù)庫，報警發(fā)生后，監(jiān)控中心可采取措施，關(guān)閉遠端系統(tǒng)，或降級運行。

3.4 遠程設置

遠程查看和設置各個站點的系統(tǒng)參數(shù)，包括強充、均充、測試、浮充蓄電池電壓的轉(zhuǎn)換，限流點設置等。夜間待機控制，按用戶需求配置各種節(jié)能控制模式，命令監(jiān)控點的控制器執(zhí)行節(jié)能控制，最大限度地發(fā)揮已有蓄能的效率。還可對子系統(tǒng)的組成部分進行設置和監(jiān)視，智能判斷線路狀態(tài)及通訊狀態(tài)。

3.5 用戶管理功能

監(jiān)控軟件系統(tǒng)的用戶管理功能支持管理人員和維護人員等多級權(quán)限登錄，使用密碼管理，普通級別用戶登錄軟件系統(tǒng)后只能查看數(shù)據(jù);高級別用戶登錄軟件系統(tǒng)后不僅可以查看數(shù)據(jù)，而且還可以遠程設置各個站點的參數(shù)，這樣有利于專業(yè)人員對電站的管理，避免非專業(yè)人員的誤操作。系統(tǒng)按省廳應急指揮中心監(jiān)控大廳(監(jiān)控總中心)，路段監(jiān)控分中心，站級三級授權(quán)管理數(shù)據(jù)庫，上一級可以分享下一級數(shù)據(jù)庫，同一級不能分享，有效掌控全網(wǎng)實時數(shù)據(jù)。

4 總結(jié)

隨著全球常規(guī)能源短缺情況的加劇，環(huán)保和節(jié)能是社會可持續(xù)發(fā)展的保證，風能和太陽能這種清潔可再生的自然能源的利用將會普及，風光互補發(fā)電將代表這未來獨立發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展方向。高速公路采用風光互補發(fā)電系統(tǒng)具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益，風光互補發(fā)電系統(tǒng)在高速公路上具有很好的應用前景。

［1］杜長東，李洪祥.風光供電系統(tǒng)在高速公路中的應用［J］.公路交通技術(shù)，2008(6):142－145.

［2］江凡.高速公路監(jiān)控設備太陽能風能供電系統(tǒng)的探討［J］.廣東公路交通，2008(3):58－60，64.