浅谈风光互补发电技术在高速公路视频监控系统中的应用发展

许黄燕

摘 要：随着我国基础设施建设不断完善，越来越多高速公路扩建、改造、升级和投入使用，然而如何方便快捷、资源节约地进行有效监管和应急救援始终是一大难题。风光互补发电技术在离网型中小功率电器供电系统中已经广泛应用多年，文章通过对现有风光互补发电技术原理、系统优势分析并找出不足之处，综合各影响因素提出新的探索方向。具有跨时代意义的5G通信的启动，更推动技术革新，优化小型风光互补独立供电系统对高速公路视频监控发展具有重要意义。

关键词：风光互补发电;高速公路;视频监控系统

高速视频监控供电系统建设受自然条件严重制约，在很多无法依靠电网取电的重要高速路段，传统独立风电/光供电系统无法保证阴雨天的全天候实时监控需求。而新型风光互补供电技术解决了这个瓶颈，因此被广泛应用到高速视频监控设备的供电之中，但是尽管运行多年，仍存在诸多不足。

一、风光互补发电技术

风光互补发电技术是一种新型混合能源供电技术，该技术能够将风的机械能和太阳光的辐射能量转变为电能，储存在蓄电池之中，进而对监控系统进行供电。其主要构件有风力发电机、太阳能光伏电池组、风光互补控制器、蓄电池、逆变器等，风力发电机在自然风作用下产生转动，产生机械能量，并通过一系列转化成为电能;太阳能光伏电池组能将太阳辐射能量转变为电能;风光互补控制器能控制电力来源，在不同条件下选择不同的电能来源，是电气技术在新能源领域的新应用。

（一）技术原理

风光互补发电技术是一种混合型发电技术，利用风力发电机以自然风为动力来源，风轮吸收风能，使得风轮和风力发电机发生转动，从而实现风的动能到电能的转换;太阳能光伏电池板在太阳辐射下，吸收太阳能并将其转换为电能[1]。风的动能转换为电能需借助风光互补控制器，再将电能储存在蓄电池中，而太阳辐射得来的电能可以直接进行转换，储存在蓄电池之中。

（二）供电设计

因为对高速公路监控系统进行供电时，要考虑全天候24h进行监控，不受气候条件影响，因此必须进行特殊设计。设计时常采用倒推法，先选取合适功率的监控设备计算出所需荷载，进而确定蓄电池组容量和供电系统功率，再确定蓄电池数量和组装方式，综合实地环境优化方案，根据供电系统功率和分配方式确定风力发电机以及光伏电池板发电功率和型号，最后进行组装。

（三）考虑因素

尽管在进行方案设计时可以根据环境和用电要求设计出最佳方案，但风光互补发电技术仍需考虑多重因素：包括系统使用地点、日照辐射、该地平均风速;在无风无光阴雨天气能否保证24小时供电，风光互补立杆高度、监控安装高度;运维难易程度等。

（四）供电优势

风光互补发电技术在高速公路监控供电系统中，一方面可以实现全天候24h供电，解决供电瓶颈问题，不受天气条件影响，在晴天和连续阴雨天气都可以进行监控，确保高速运行和监管过程的安全。另一方面，因为太阳能和风能都是可再生新型能源，能够实现节约资源的目的，缓解资源紧张现状，降低应用成本，具有极好的社会效益和经济效益。

传统风能或太阳能单独发电受自然条件严重制约，无法满足监控系统全天候实时监控要求，但在时间和空间上却有很大互补性。二者组合的风光互补发电系统在安防项目应用上一直备受青睐，在电力供应和有线传输方面，无需大范围地建设输电网络和铺设光纤传输网络，降低成本，节省电费，且比电网供电更方便安全，有效地解决了高速公路的监控问题。

（五）不足之处

传统风光互补发电技术存在效率低、寿命短、造价高、更换电池组时导致设备断电、季节性障碍无法克服、大面积推广难等弊端，同时小型风力发电机的可靠性不高、供电不稳定，转换效率低。

（六）风光互补发电探索

出于成本考虑，长期以来小型风力发电机的限速保护上均只是通过空气动力学原理，采用简单机械控制方式对风机在大风状态下进行限速保护。机械限速结构特点是小型風机的机头或某个部件处于动态支撑的状态，这种结构在风洞的试验条件下，可以反映出良好的限速特性，但是在自然条件下，由于风速和风向的变化台复杂，一旦出现恶劣环境，小型风机的动态支撑部件随时可能损坏，从而导致机组损坏。

目前小型风机主要运动部件包括风轮、尾翼、限速保护机构。要彻底解决小型风机的可靠性问题必须解决限速保护问题。国内已经有一些厂家开始从这方面进行研究，目前最新的理念是采用全新的磁电限速保护。技术要点在于当风力机处于“过功率”状态时给发电机反向磁阻力矩，大幅增加消耗功率，降低风轮转速，从而降低定桨距风轮的风能利用率，减小风轮吸收的风能，从而进一步减低风轮转速。实际上达到的是减速而非限速，保护动作安全可靠。

而除上述新技术的逐步改进外，对于风能和太阳能的利用率较低，亦存在很大的探索空间，如何使得风能和太阳能得到更加深入的应用，将风光互补发电技术应用到更多领域，更广泛地利用可再生的清洁电能，是工程师们需要不断进行探索的新挑战。

二、风光互补发电在高速公路应用

（一）高速公路收费监控

在高速公路出口应用风光发电技术对视频监控系统进行供电，可以实现风能和电能的有效利用，节约能源;在高速公路进出口应用风光互补发电技术多是吸收风能和太阳能将电能储存起来，所以其常作为事故应急之用，一旦发生特殊天气停电等情况，可以及时启动备用电源，实现高速收费和监控系统的正常运行，不会对高速行车产生影响，对于收费站的收费员、监控室、财务室、收费所营区、机房等的监控也不会缺失[2]。

（二）道路交通监控应用

在高速公路中对过往车辆进行监控，可以确保道路交通安全和畅通，然而高速公路路况复杂，天气情况多变，利用传统的供电方式很难实现特殊地段和特殊天气的全程监控，利用风光互补发电技术，可以改变这一现状，利用风光互补发电技术，可以在晴天时，利用太阳能光伏电池板，吸收太阳辐射并转化为电能，实现监控系统的供电，在连续阴雨天气和夜间没有太阳时，可以利用风力发电机将风的机械能，转变为电能在阴雨天气和夜间对视频监控系统进行供电，这样就可以实现24h实时监控。

三、高速公路视频监控的意义

对于高速公路实行全程监控，对于确保高速公路运行过程中的安全，具有极其重要的作用和意义。首先，能够对高速行车状况进行有效的指导，对高速公路进行有效监控，可以对交通状况进行有效的指导，及时了解高速公路沿途天气状况并做好播报，让驾驶人员提前做好准备，确保行车过程的通畅;其次，可以对高速公路事故进行快捷有效的救援，减少人员伤亡和损失，利用监控系统，可以及时准确地对高速事故进行救援，保护车辆和行人的安全;再次，可以通过监控系统，对道路交通违法行为进行惩处，监控录像还可以作为道路交通事故责任认定的依据，以确保事故认定的准确性;最后通过监控系统，对每个监控设备进行标记，运用大数据、云计算、物联网技术，可以对道路行车进行导航，方便旅客的出行[3]。

四、结语

全程高速公路监控系统对于确保道路行车安全，及时做好应急救援，做好道路交通指导和导航，具有重要的意义。通过不断提出新理念，改进新技术，从而提高风光互补发电系统整体可靠性，同时综合考虑更多发展瓶颈因素，探索新思路，将成果逐步转化应用到智慧交通建设来，同时不断技术创新探索更深领域，让风光互补发电技术被更广泛应用到更多领域，提供更多的可再生清洁电能。

参考文献：

[1]王昱婷， 杨熹. 风光互补发电系统在高速公路中的应用研究[J]. 工业设计， 2017（6）：162-163.

[2]刘学. 风光互补发电系统在高速公路中的应用研究[D]. 长安大学， 2012.

[3]杨卫华， 蒋康乐， 孙文叶. 不同应用规模下风光互补发电储能系统优化与设计[J]. 节能， 2017（10）：4+41-44.