智慧供電系統(tǒng)在高速公路機(jī)電工程中的應(yīng)用研究

摘要 為提高高速公路機(jī)電工程的建設(shè)水平，實現(xiàn)高速公路安全可靠運(yùn)營，文章對智慧供電系統(tǒng)在高速公路機(jī)電工程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，主要以山西某高速公路機(jī)電工程為例，分別從照明系統(tǒng)及通信系統(tǒng)等多個方面對智慧供電系統(tǒng)在高速公路機(jī)電工程中的應(yīng)用進(jìn)行了深入探討。結(jié)果表明，案例工程對智慧供電系統(tǒng)的運(yùn)用合理可行。由此可見，通過科學(xué)運(yùn)用智慧供電系統(tǒng)，能夠確保高速公路機(jī)電工程充分發(fā)揮應(yīng)有效用。

關(guān)鍵詞 智慧供電系統(tǒng)；高速公路；機(jī)電工程

中圖分類號 U417 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）05-0061-03

0 引言

深入研究智慧供電系統(tǒng)在高速公路機(jī)電工程中的應(yīng)用，一方面可以完善相關(guān)理論，豐富研究成果，另一方面能為高速公路機(jī)電工程實際運(yùn)用智慧供電系統(tǒng)提供充足指導(dǎo)和依據(jù)。傳統(tǒng)供電系統(tǒng)存在效率低及能耗大等多種缺點，無法滿足新時期高速公路機(jī)電工程的現(xiàn)實需要，此次研究可以彌補(bǔ)智慧供電系統(tǒng)在高速公路工程實踐研究方面存在的空白或不足，進(jìn)一步提高智慧供電系統(tǒng)的運(yùn)用成效，是供電系統(tǒng)能夠在機(jī)電工程中穩(wěn)定發(fā)揮自身價值和作用的關(guān)鍵，為高速公路機(jī)電工程實現(xiàn)高質(zhì)量健康發(fā)展提供助力。

1 智慧供電系統(tǒng)概述

智慧供電系統(tǒng)指的是一種依托先進(jìn)的通信技術(shù)、控制技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)等多種手段而誕生的智能化、自動化供電管理模式，能夠借助對供電設(shè)備、線路、用電負(fù)荷等方面的長效性實時動態(tài)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)供電系統(tǒng)存在的問題和不足，并智能化地進(jìn)行優(yōu)化或告警，從而可以促使供電系統(tǒng)實現(xiàn)運(yùn)行的穩(wěn)定、安全、高效及經(jīng)濟(jì)。此類系統(tǒng)一般采用分層架構(gòu)設(shè)計，主要涉及感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、應(yīng)用層（具體如圖1所示），各層間借助標(biāo)準(zhǔn)接口完成通信及數(shù)據(jù)交互。相較于傳統(tǒng)的供電模式，其具備的優(yōu)勢包括以下幾個方面：

（1）借助實時監(jiān)測及預(yù)警，幫助相關(guān)工作人員及時發(fā)現(xiàn)并有效處理一系列供電故障和隱患，能夠顯著降低停電問題的出現(xiàn)概率或者縮短停電時間，有助于提高供電的可靠性。

（2）可以結(jié)合實時用電需求，科學(xué)高效地完成能源的合理調(diào)配，有助于減少能源浪費(fèi)。

（3）通過開展遠(yuǎn)程監(jiān)控及自動化管理，可以在較大程度上節(jié)省人工巡檢和維修成本。

（4）能夠提高能源的整體利用效率，大幅度減少碳排放，促使供電系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保[1]。

2 案例概述

案例為我國山西省某高速公路工程，該工程全長大約為318.62 km，設(shè)計雙向四車道，車速設(shè)定為120 km/h，整體路基寬度設(shè)計為26 m。該工程于近幾年完成施工建設(shè)，機(jī)電工程較為先進(jìn)，涉及內(nèi)容包括監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)及隧道機(jī)電系統(tǒng)等。為了確保這些機(jī)電設(shè)備設(shè)施能夠穩(wěn)定發(fā)揮出應(yīng)有效果，實現(xiàn)高速公路的安全運(yùn)行，運(yùn)用智慧供電系統(tǒng)，系統(tǒng)的關(guān)鍵功能模塊具體如表1所示。通過對智慧供電系統(tǒng)的合理運(yùn)用，可以大幅度提高工程整體的運(yùn)營成效，因此該文主要以該工程為例，針對智慧供電系統(tǒng)在高速公路機(jī)電工程中的應(yīng)用做出深入分析和探討。

3 智慧供電系統(tǒng)在高速公路機(jī)電工程中的應(yīng)用分析

3.1 系統(tǒng)介紹

采用的智慧供電系統(tǒng)主要為分布式智慧節(jié)能供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)輸入主要采用三相380 V（可以選擇10 kV或6 kV）電壓，對于輸出采用的是上端電源柜主要為3.3 kV

的單相電壓，然后通過電纜的方式完成用電端電能的輸送工作。用電端3.3 kV電壓能夠借助下端電源箱，合理地轉(zhuǎn)變?yōu)?80 V或220 V電壓，即可為負(fù)載進(jìn)行供電。對于該智慧供電系統(tǒng)來講，其上位機(jī)內(nèi)部安裝的串并聯(lián)變換器，能夠做到對市電電壓及電流方面的有效補(bǔ)償。通常情況下，當(dāng)市電電壓波動處于±15%時，實際負(fù)載電壓被該系統(tǒng)調(diào)控在±1%的范圍內(nèi)，使負(fù)載電壓變得更加穩(wěn)定可靠。此外，該智慧供電系統(tǒng)還能結(jié)合帶載負(fù)荷和傳輸距離等，完成實際傳輸電壓方面的智能化選擇工作。

3.2 在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用

照明系統(tǒng)屬于高速公路機(jī)電工程中的一個關(guān)鍵組成內(nèi)容，不但會對高速公路的行車安全性、美觀性產(chǎn)生直接影響，還會對高速公路的運(yùn)營管理及節(jié)能降耗等工作產(chǎn)生影響。通過對智慧供電系統(tǒng)的合理運(yùn)用，能夠?qū)φ彰髟O(shè)備進(jìn)行實時的動態(tài)監(jiān)測及智能化控制，最終可以提升高速公路照明系統(tǒng)的靈活性及節(jié)能水平[2]。在案例工程中，智慧供電系統(tǒng)在照明系統(tǒng)中發(fā)揮的作用具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）光控。可以結(jié)合環(huán)境光照強(qiáng)度方面的變化，對照明設(shè)備（如圖2）的開關(guān)及亮度做出自動化調(diào)節(jié)，以有效地防止出現(xiàn)照明過度或不足問題，有助于節(jié)約電能，并能進(jìn)一步延長設(shè)備的使用壽命，充分發(fā)揮照明設(shè)備所具備的價值和作用。

（2）時控。結(jié)合時間表或提前預(yù)設(shè)的一系列計劃指令，智慧供電系統(tǒng)可以對照明設(shè)備實施定時開關(guān)，也可以對其亮度做出適當(dāng)調(diào)節(jié)，從而使得高速公路照明設(shè)備能夠結(jié)合不同時段的具體照明需要提供可靠的照明服務(wù)，既可以提高照明效果，還能在較大程度上持續(xù)降低整體運(yùn)行成本，有助于提高高速公路的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）感應(yīng)控制。智慧供電系統(tǒng)可以結(jié)合公路車輛的實際流量、速度、方向等多種信息，實時動態(tài)地對照明設(shè)備的亮度或顏色進(jìn)行調(diào)節(jié)，以提供個性化的照明服務(wù)，有助于增強(qiáng)行車安全性及舒適性。

（4）實現(xiàn)照明設(shè)備的遠(yuǎn)程管理。智慧供電系統(tǒng)可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將照明設(shè)備和相應(yīng)云平臺進(jìn)行連接，這樣可以對照明設(shè)備開展遠(yuǎn)程監(jiān)測及智能化調(diào)控，做到及時發(fā)現(xiàn)故障問題并處理，也可以有效收集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，為制定各項決策提供可靠支持和幫助。

（5）測算功能。智慧供電系統(tǒng)運(yùn)用先進(jìn)高效的控制算法，并且采用功率轉(zhuǎn)換器，將電能快速地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷汉碗娏鳎瑫r可以高效地完成輸出功率方面的測算及調(diào)整工作。如此，不但能夠減少能源浪費(fèi)，大幅度提高實際能效，還能確保照明設(shè)備有效免受過載或短路等問題的影響，進(jìn)一步增強(qiáng)照明系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性[3]。

3.3 在全程監(jiān)測與控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

全程監(jiān)測與控制系統(tǒng)主要指的是在高速公路工程中安裝的用來對交通實際運(yùn)行狀況、各類設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測和控制的各種設(shè)備組成的系統(tǒng)，可以借助視頻或數(shù)據(jù)信號等多種形式，將上述各類信息高效地傳輸至指揮中心，通過這種措施可以幫助相關(guān)工作人員動態(tài)直觀地查看高速公路實時的運(yùn)行情況。案例工程采用的智慧供電系統(tǒng)能夠為全程監(jiān)測與控制系統(tǒng)提供以下幾種服務(wù)：

穩(wěn)定的電源供應(yīng)。智慧供電系統(tǒng)能夠為視頻監(jiān)控提供較為穩(wěn)定及可靠的電源支持，同時可以智能化地完成電源管理，包括遠(yuǎn)程開關(guān)控制、遠(yuǎn)程開展監(jiān)控設(shè)備電流及電壓的監(jiān)測工作，并能根據(jù)電流、電壓變化完成故障報警等，以保障視頻監(jiān)控設(shè)備的穩(wěn)定正常運(yùn)行，并能得到合理高效的維護(hù)。

交通信號控制。在高速公路機(jī)電工程中，交通信號控制設(shè)備也屬于一個重點內(nèi)容，通過在重要路口或危險路段、擁擠路段等合理地安裝交通信號指示設(shè)備，可以結(jié)合實時交通流量及預(yù)測模型，智能化地完成信號指示的配時和轉(zhuǎn)換，以達(dá)到對交通流量進(jìn)行高效引導(dǎo)和分流的目的，有助于增強(qiáng)高速公路運(yùn)行的安全性及通行能力。對于智慧供電系統(tǒng)來講，能夠為交通信號控制設(shè)備提供較為穩(wěn)定、可靠的電源，并且可以完成電源方面的智能化管控，從而促使交通信號指示設(shè)備穩(wěn)定正常地工作，充分發(fā)揮出應(yīng)有的交通控制作用。

氣象監(jiān)測設(shè)備（如圖3所示）。氣象監(jiān)測設(shè)備主要用來對高速公路的環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、海域降雨量等氣象參數(shù)進(jìn)行采集，然后再通過光纖等通信技術(shù)將數(shù)據(jù)信號傳輸至指揮中心，借助這種方法實現(xiàn)對高速公路氣象情況的動態(tài)監(jiān)測，對高速公路的運(yùn)營做出相應(yīng)調(diào)控。智慧供電系統(tǒng)能夠為氣象監(jiān)測設(shè)備提供較為穩(wěn)定及可靠的電源支持，還能完成電源方面的智能化管控，包括電壓電流監(jiān)測、故障隱患監(jiān)測預(yù)警等，確保氣象監(jiān)測設(shè)備充分發(fā)揮出應(yīng)有價值和作用。

3.4 在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

對于現(xiàn)代高速公路機(jī)電工程來講，通信系統(tǒng)屬于一個重要的組成內(nèi)容，發(fā)揮著信息傳輸及通信等作用。通過智慧供電系統(tǒng)在高速公路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠以遠(yuǎn)程方式實現(xiàn)對通信設(shè)備的監(jiān)控及管理，可有效地對通信設(shè)備是否存在故障問題做出精準(zhǔn)的判斷和告警。比如借助傳感器及智能終端設(shè)備，智慧供電系統(tǒng)能夠?qū)Ω鞣N通信設(shè)備的整體運(yùn)行狀態(tài)做出長效性監(jiān)測，獲取各種參數(shù)信息，包括電壓、電流等，同時還可以對這些數(shù)據(jù)信息做出自動化分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常，迅速給出告警提示，并智能化地采取對應(yīng)措施完成修復(fù)工作，在最大限度上防止通信出現(xiàn)中斷問題或引發(fā)不必要的安全事故。除此之外，智慧供電系統(tǒng)還能結(jié)合具體需求及條件，科學(xué)高效地對通信設(shè)備的輸出電壓及功率做出調(diào)節(jié)，提高能源的整體利用率，達(dá)到節(jié)約成本的目的[4]。

3.5 在消防系統(tǒng)中的應(yīng)用

消防系統(tǒng)也屬于智慧供電系統(tǒng)在高速公路機(jī)電工程中的一個主要應(yīng)用方向。消防系統(tǒng)可以看作是高速公路實現(xiàn)穩(wěn)定、高效、安全運(yùn)行的關(guān)鍵措施，在整個高速公路運(yùn)營期間承擔(dān)著重要的保障任務(wù)，關(guān)系著高速公路運(yùn)營的安全性，而智慧供電系統(tǒng)則可以為消防系統(tǒng)提供相對穩(wěn)定及可靠的電力支持，使得消防系統(tǒng)切實發(fā)揮出應(yīng)有的價值和作用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）智慧供電系統(tǒng)中的智能電表或傳感器設(shè)備，能夠?qū)Ω咚俟废老到y(tǒng)中各類設(shè)備設(shè)施的電能使用情況做出實時的動態(tài)監(jiān)測，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的異常情況迅速做出針對性的處理或告警，以顯著提高消防系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性。

（2）智慧供電系統(tǒng)還可以結(jié)合消防設(shè)備的實際用電需求，完成供電策略方面的智能化調(diào)整，使消防設(shè)備得到充足的電能。例如在高速公路運(yùn)營期間，消防設(shè)備因為一些原因突然急需較多的電能時，作為智慧供電系統(tǒng)不但可以優(yōu)化電能分配，持續(xù)地向消防系統(tǒng)輸送大量電能，還可以自動啟動備用電源，通過這種方式確保消防設(shè)備的穩(wěn)定正常運(yùn)行，切實發(fā)揮出應(yīng)有的價值和作用。

（3）智慧供電系統(tǒng)還可以借助分析一系列歷史數(shù)據(jù)及實時動態(tài)數(shù)據(jù)，對消防設(shè)備的實際電能需求做出有效預(yù)測，然后基于智能化指導(dǎo)提前落實好相關(guān)準(zhǔn)備工作，從而在消防系統(tǒng)急需電能時，迅速給予充足的電能供應(yīng)，防止由于電能不足而造成消防設(shè)備在真正需要運(yùn)行時難以發(fā)揮出應(yīng)有效用[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，通過此次分析驗證了該工程對智能化供電系統(tǒng)的運(yùn)用較為適宜可行，可以提高智慧供電系統(tǒng)應(yīng)用的合理性及有效性，切實保障高速公路機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定高效運(yùn)行。該研究基于現(xiàn)有研究成果，創(chuàng)新性地提出智慧供電系統(tǒng)在實際工程多個不同系統(tǒng)中的應(yīng)用措施，能夠解決因為系統(tǒng)運(yùn)用不合理或模塊功能設(shè)計不適宜等而引發(fā)的智慧供電系統(tǒng)運(yùn)用效果不佳、機(jī)電工程運(yùn)行不夠穩(wěn)定可靠等問題，保證高速公路機(jī)電系統(tǒng)切實發(fā)揮出應(yīng)有效用，值得推廣及借鑒。

參考文獻(xiàn)

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