高速公路智慧供電技術(shù)應(yīng)用分析

高速公路作為現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性對(duì)于保障行車(chē)安全、提升運(yùn)輸效率具有重要意義，而傳統(tǒng)技術(shù)難以滿(mǎn)足高速公路供電技術(shù)的發(fā)展。本文首先從增設(shè)用電設(shè)備和設(shè)備負(fù)載特點(diǎn)角度分析高速公路用電需求，其次介紹智慧供電的原理、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，最后探討新能源分布式供電技術(shù)在高速公路中的應(yīng)用。

高速公路智慧供電技術(shù)作為一種創(chuàng)新的電力解決方案，旨在通過(guò)集成物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化和高效化。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、故障診斷和預(yù)測(cè)性維護(hù)等手段，智慧供電技術(shù)能夠顯著提高供電系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，降低運(yùn)維成本，為高速公路的安全、順暢運(yùn)行提供強(qiáng)有力的電力保障。因此，探索和應(yīng)用一種新型的、高效的智慧供電技術(shù)，對(duì)于解決高速公路供電問(wèn)題，提升供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，具有重大的背景和意義。

一、高速公路的用電需求分析

（一）高速公路增設(shè)用電設(shè)施與設(shè)備

隨著交通運(yùn)輸技術(shù)和服務(wù)的不斷升級(jí)，高速公路的用電設(shè)施與設(shè)備不斷增加。交通信號(hào)設(shè)備中包括紅綠燈、信號(hào)標(biāo)志、交通指示牌等，用于保障道路交通的安全和順暢。照明系統(tǒng)中用于照明高速公路的道路、隧道和橋梁等區(qū)域，確保夜間行車(chē)的安全。監(jiān)控和安全設(shè)備包含視頻監(jiān)控系統(tǒng)、雷達(dá)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)道路交通情況，提供實(shí)時(shí)的安全預(yù)警。隨著電動(dòng)交通工具的普及，高速公路上需要提供充電設(shè)施，滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)輛的充電需求。還有變電站、維修設(shè)備、氧氣供應(yīng)設(shè)備等，用于支持高速公路運(yùn)營(yíng)和維護(hù)工作。以上設(shè)施與設(shè)備都需要電力供應(yīng)來(lái)保障其正常運(yùn)行，因此，高速公路的用電需求與這些設(shè)施的增設(shè)與規(guī)模相關(guān)。

（二）高速公路的用電負(fù)載特點(diǎn)

高速公路的用電負(fù)載特點(diǎn)與其交通流量、設(shè)備種類(lèi)和用電模式等因素相關(guān)。不同區(qū)域和時(shí)段的交通流量會(huì)導(dǎo)致用電負(fù)載的差異性。例如，高峰時(shí)段道路上的交通量大，對(duì)用電負(fù)載的需求也較高。智慧供電系統(tǒng)需要能夠根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行智能調(diào)度，保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在高速公路上，車(chē)輛短時(shí)間內(nèi)集中通過(guò)某一區(qū)域的情況較常見(jiàn)，尤其在進(jìn)出口、收費(fèi)站等區(qū)域，這種短時(shí)高負(fù)荷可能導(dǎo)致用電需求的突變，需要供電系統(tǒng)具備快速響應(yīng)和調(diào)整的能力。高速公路的用電設(shè)施和設(shè)備對(duì)供電的可靠性有較高的要求，以確保道路交通的安全和順暢。供電系統(tǒng)需要具備快速恢復(fù)和備份機(jī)制，以應(yīng)對(duì)可能的供電故障和中斷。

二、智慧供電技術(shù)介紹

（一）智慧供電的原理

高速公路智慧供電是基于智能電網(wǎng)技術(shù)和先進(jìn)的供電系統(tǒng)，為高速公路提供高效、可靠的電力供應(yīng)。其原理主要涉及智能電網(wǎng)、能源管理、充電樁等方面的應(yīng)用。其中，智能電網(wǎng)是一種新興的電力系統(tǒng)，基于信息化、數(shù)字化和自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的控制和管理。在高速公路智慧供電中，智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)揮了重要的作用。通過(guò)智能電網(wǎng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力設(shè)備的監(jiān)測(cè)、控制和管理。智能電網(wǎng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高速公路電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和電力負(fù)荷情況，及時(shí)調(diào)整供電策略，保證電力供應(yīng)的穩(wěn)定和可靠性。高速公路智慧供電系統(tǒng)通過(guò)對(duì)能源的管理和調(diào)控，實(shí)現(xiàn)電力的高效調(diào)配和利用。能源管理主要包括對(duì)電力負(fù)荷的評(píng)估、優(yōu)化發(fā)電設(shè)備的工作模式和節(jié)能措施等。通過(guò)對(duì)電力需求的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和靈活調(diào)度，能夠在高速公路供電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電力的合理分配和利用，提高電力供應(yīng)的效率和可靠性。高速公路智慧供電系統(tǒng)還包括充電樁技術(shù)，可以提供對(duì)電動(dòng)車(chē)輛的充電服務(wù)。這些對(duì)于滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的電動(dòng)車(chē)輛需求、減少環(huán)境污染和促進(jìn)新能源發(fā)展具有重要意義。智慧供電系統(tǒng)通過(guò)合理規(guī)劃和布局充電樁，結(jié)合電力負(fù)荷情況和人流量，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)輛的快速充電和高效使用，促進(jìn)綠色出行。

（二）智慧供電的特點(diǎn)

高速公路智慧供電是基于智能電網(wǎng)技術(shù)和先進(jìn)的供電系統(tǒng)，為高速公路提供高效、可靠的電力供應(yīng)。

1.高效調(diào)配和利用

高速公路智慧供電系統(tǒng)通過(guò)智能電網(wǎng)技術(shù)和能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力的高效調(diào)配和利用。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析電力負(fù)荷情況，智慧供電系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行功率優(yōu)化調(diào)度，避免供應(yīng)過(guò)?；虿蛔愕那闆r，提高供電系統(tǒng)的效率。智慧供電系統(tǒng)結(jié)合儲(chǔ)能技術(shù)，能夠?qū)⒍嘤嗟碾娔苓M(jìn)行儲(chǔ)存，在用電高峰時(shí)段釋放，實(shí)現(xiàn)電力資源的合理調(diào)度和利用，提高供電的穩(wěn)定性和靈活性。智慧供電系統(tǒng)可以整合多種能源，如傳統(tǒng)電力、風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等，實(shí)現(xiàn)能源的多元化供應(yīng)，降低對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴(lài)，并提高電力供應(yīng)的靈活性。智慧供電系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)供電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和電力負(fù)荷情況，通過(guò)智能控制和優(yōu)化算法，調(diào)整供電策略，提高供電效率。

2.安全可靠

高速公路智慧供電系統(tǒng)具備高度的安全可靠性，智慧供電系統(tǒng)通過(guò)智能電網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備和電力負(fù)荷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。一旦發(fā)生故障，系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)，并自動(dòng)恢復(fù)供電，減少因故障引起的停電時(shí)間和影響。智慧供電系統(tǒng)能夠自主進(jìn)行故障檢測(cè)和預(yù)警，提前預(yù)測(cè)設(shè)備的可能故障，并采取相應(yīng)的維護(hù)措施，減少供電中斷的風(fēng)險(xiǎn)。智慧供電系統(tǒng)可以設(shè)置備用電源和備用供電路徑，當(dāng)主要供電路線發(fā)生故障時(shí)，能夠自動(dòng)切換到備用供電，保障電力供應(yīng)的連續(xù)性。智慧供電系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整電力質(zhì)量，保障供電的穩(wěn)定性和可靠性。例如，通過(guò)調(diào)整電壓和頻率，控制電力波動(dòng)，避免對(duì)用電設(shè)備的影響。

3.經(jīng)濟(jì)性高

高速公路智慧供電系統(tǒng)具備較高的經(jīng)濟(jì)性，主要表現(xiàn)在智慧供電系統(tǒng)通過(guò)智能電網(wǎng)技術(shù)對(duì)電力的調(diào)度和管理，實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化利用。通過(guò)合理規(guī)劃供電策略和電力分配，減少電力的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約。智慧供電系統(tǒng)能夠通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精確預(yù)測(cè)電力負(fù)荷，合理調(diào)整供電策略和供電設(shè)備的運(yùn)行模式，降低供電成本。例如，在用電低谷時(shí)段可采用低成本的電力供應(yīng)方式。智慧供電系統(tǒng)通過(guò)集中管理和控制，簡(jiǎn)化供配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少設(shè)備數(shù)量和占地面積，降低建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。智慧供電系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)警，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的異常和故障，采取有效措施進(jìn)行維修和修復(fù)，減少設(shè)備損失和停電時(shí)間，降低故障帶來(lái)的損失。

（三）智慧供電的優(yōu)勢(shì)

1.降低電纜和項(xiàng)目造價(jià)

在傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)中，為了滿(mǎn)足高速公路上各種設(shè)備和區(qū)域的電力需求，通常需要大量的電纜線路鋪設(shè)。然而，高速公路智慧供電通過(guò)使用智能設(shè)備和通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)分布式能源管理和控制。這樣，可以減少電纜的使用量和鋪設(shè)工程，降低項(xiàng)目的造價(jià)。智慧供電系統(tǒng)中的智能電網(wǎng)技術(shù)和能源管理系統(tǒng)能夠精確調(diào)整電力分配和管理，使得電力供應(yīng)更加高效和靈活。

2.保障供電質(zhì)量與可靠性

高速公路智慧供電系統(tǒng)采用現(xiàn)代化的供電設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和電力負(fù)荷情況。通過(guò)智能電網(wǎng)技術(shù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決供電系統(tǒng)中的故障和問(wèn)題，保障供電質(zhì)量和可靠性。智慧供電系統(tǒng)中的自動(dòng)化控制和智能調(diào)度系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力設(shè)備和電力負(fù)荷的精確控制，降低因電力故障引起的停電時(shí)間和影響。

三、新能源分布式供電技術(shù)在高速公路智慧供電中的應(yīng)用

高速公路智慧供電系統(tǒng)中，新能源分布式供電技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，特別是在太陽(yáng)能和風(fēng)能方面的應(yīng)用，為高速公路的供電提供了清潔、高效、可持續(xù)的解決方案。

（一）太陽(yáng)能供電

太陽(yáng)能供電系統(tǒng)主要由三個(gè)主要組成部分：太陽(yáng)能電池板、逆變器和蓄電池。這個(gè)系統(tǒng)的工作原理是，首先，太陽(yáng)能電池板會(huì)吸收并轉(zhuǎn)化太陽(yáng)光能，生成直流電。然后，逆變器將這種直流電轉(zhuǎn)換成交流電，以滿(mǎn)足各種設(shè)備的供電需求。最后，蓄電池負(fù)責(zé)儲(chǔ)存電能，以確保在夜間或陰雨天時(shí)，設(shè)備仍然能夠得到穩(wěn)定的電力供應(yīng)。在高速公路智慧供電的實(shí)際應(yīng)用中，太陽(yáng)能供電技術(shù)被廣泛應(yīng)用于路燈、交通信號(hào)燈、監(jiān)控設(shè)備、可變情報(bào)板等設(shè)施上?？紤]到這些設(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行且分布廣泛，使用太陽(yáng)能供電方式不僅可以大幅度降低運(yùn)營(yíng)成本，還能減少對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴(lài)。除此之外，太陽(yáng)能供電技術(shù)還具有顯著的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)的化石能源相比，太陽(yáng)能供電RgEz1JnGVjO+o2cmShJqfQ==在供電過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生任何污染物，從而降低了對(duì)環(huán)境的破壞。這對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境和推動(dòng)綠色交通發(fā)展具有重要的意義。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，太陽(yáng)能供電在高速公路智慧供電中的應(yīng)用將會(huì)更加成熟和完善。

（二）風(fēng)能供電

風(fēng)能供電系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、電力電子轉(zhuǎn)換裝置以及儲(chǔ)能設(shè)備構(gòu)成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)首先將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，隨后通過(guò)電力電子轉(zhuǎn)換裝置將機(jī)械能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電能，產(chǎn)生的電能除了滿(mǎn)足高速公路沿線的電力需求外，多余的電能還可以?xún)?chǔ)存到儲(chǔ)能設(shè)備中，以備不時(shí)之需。高速公路沿線的路燈作為關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施，風(fēng)能供電系統(tǒng)能夠?yàn)槠涮峁┓€(wěn)定、可靠的電力供應(yīng)，同時(shí)有助于減少碳排放，實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)。其次，風(fēng)能供電系統(tǒng)還用于監(jiān)控系統(tǒng)的電力供應(yīng)。由于高速公路監(jiān)控系統(tǒng)需要大量電力來(lái)維持運(yùn)作，風(fēng)能供電系統(tǒng)為其提供了可靠的電力來(lái)源從而確保監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。最后，該系統(tǒng)還被用于充電樁的電力供應(yīng)。通過(guò)風(fēng)能供電系統(tǒng)為電動(dòng)汽車(chē)的充電樁提供電力，既可以滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)的充電需求，又可以推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（三）儲(chǔ)能系統(tǒng)

作為新能源分布式供電技術(shù)的核心，儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要職責(zé)是在供電需求較低時(shí)儲(chǔ)存能量，并在供電需求增加時(shí)釋放能量，從而平衡電網(wǎng)負(fù)荷，確保供電穩(wěn)定。此系統(tǒng)主要包括電池儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能和機(jī)械儲(chǔ)能等多種形式。其中，由于電池儲(chǔ)能具有高能量密度和高效的充放電性能，因此被廣泛采用。在高速公路的智能化供電過(guò)程中，儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用尤為重要。由于高速公路的供電需求具有明顯的周期性，白天車(chē)流量大，供電需求高；而夜間車(chē)流量小，供電需求低。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在白天車(chē)流量高峰期釋放多余的電力，并在夜間車(chē)流量低谷期儲(chǔ)存電力，從而確保高速公路的供電穩(wěn)定，并提高電力使用效率。同時(shí)，這種系統(tǒng)的使用還能有效降低供電成本和提高供電可靠性。傳統(tǒng)的供電方式需要依賴(lài)遠(yuǎn)距離輸電和大規(guī)模的電網(wǎng)建設(shè)，而新能源分布式供電技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自給自足，減少對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴(lài)，從而降低供電成本。同時(shí)，由于新能源分布式供電技術(shù)利用的是可再生能源，因此可以有效減少碳排放，對(duì)環(huán)境保護(hù)也有積極作用。

四、結(jié)論

太陽(yáng)能、風(fēng)能和儲(chǔ)能作為新能源分布式智慧供電技術(shù)的重要組成部分，在高速公路上具有廣泛的應(yīng)用前景。通過(guò)充分利用太陽(yáng)能、風(fēng)能和儲(chǔ)能，高速公路可以獲得綠色、可再生的電力供應(yīng)，降低對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴(lài)，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。隨著技術(shù)的發(fā)展和成本的下降，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電在高速公路智慧供電領(lǐng)域的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大，為高速公路的可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

作者單位：甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司

基金項(xiàng)目：甘肅省重點(diǎn)研發(fā)科技計(jì)劃項(xiàng)目（22YF11GA298）和甘肅省交通運(yùn)輸廳重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2022-32）。