光伏下的導(dǎo)航臺UPS輔助供電系統(tǒng)設(shè)計

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目前飛機(jī)在降落過程中絕大部分需要機(jī)場導(dǎo)航設(shè)備的引導(dǎo)，這些導(dǎo)航設(shè)備包括了MB(markerbeacon)設(shè)備。MB設(shè)備最遠(yuǎn)安裝在距離跑道端7500m處。一般機(jī)場安裝最遠(yuǎn)的MB設(shè)備采用了農(nóng)村電網(wǎng)供電。然而農(nóng)村電網(wǎng)夏季時有斷電的情況，短時間斷電依靠UPS(uninterruptedpowersupply)供電，長時間斷電一般采用汽油機(jī)發(fā)電供電，存在污染耗能等缺點。對此，設(shè)計了一套光伏輔助供電系統(tǒng)來延長UPS的供電時間，解決這些缺點。它包括了UPS，后備電池，光伏板，光伏控制器，以及大功率切換器和HC5900控制器。通過設(shè)計此系統(tǒng)，能及時解決夏季斷電的情況，保證了MB設(shè)備的正常使用，提高了飛機(jī)降落的安全性，同時也減少了耗能和環(huán)境污染。目前，許多機(jī)場依然采用ILS和MB以及DME相互配合的方式引導(dǎo)飛機(jī)著陸。所以導(dǎo)航設(shè)備的穩(wěn)定，安全，對飛機(jī)安全著陸顯得特別重要。MB設(shè)備提供給飛機(jī)距離跑道端的距離信息。長沙機(jī)場最遠(yuǎn)的MB設(shè)備安裝在距離跑道端7500m的位置，因為距離遠(yuǎn)，所以目前長沙機(jī)場最遠(yuǎn)的外導(dǎo)航臺（里面主要裝MB設(shè)備）采用了農(nóng)村電網(wǎng)供電。農(nóng)村電網(wǎng)存在供電不穩(wěn)定，尤其夏季時有斷電的情況，斷電短時間只能依靠ups供電，長時間斷電一般采用人工油機(jī)發(fā)電供電，產(chǎn)生環(huán)境污染等缺點。對此設(shè)計了一套UPS光伏輔助供電系統(tǒng)來解決這些問題。整個控制系統(tǒng)設(shè)計流程圖，如圖1所示。整個系統(tǒng)設(shè)計流程：當(dāng)市電斷電時，UPS后備電池先給UPS供電，進(jìn)而給MB設(shè)備供電，同時通過傳感器檢測UPS后備電池電壓，當(dāng)UPS后備電池的電壓低于45V時，大功率切換器將UPS后備電池斷開UPS，迅速將光伏電池接上給UPS（大功率切換器動作時間技術(shù)參數(shù)小于25ms），同時讓光伏給后備電池充電，并設(shè)有55V充電保護(hù)電壓。同樣，當(dāng)傳感器檢測到光伏電池低于45V，大功率切換器又會將光伏電池斷開，將UPS后備電池接上UPS。同時讓光伏給光伏電池充電，也設(shè)有55V保護(hù)電壓。

1系統(tǒng)組成和工作原理

系統(tǒng)組成框架圖如圖2所示。由圖2所示，整個系統(tǒng)包括了：UPS、后備和光伏電池、大功率切換器、光伏組件、HC5900遠(yuǎn)程控制器。系統(tǒng)通過HC5900控制器可以實現(xiàn)后備電池和光伏電池，以及光伏給后備電池或者光伏電池充電來回切換，達(dá)到延長UPS工作時間，進(jìn)而保證MB設(shè)備斷電長時間工作的目的。系統(tǒng)部分硬件如圖3-5所示。

1.1光伏板

光伏供電計算：UPS后備電池的額定電壓為48V，根據(jù)光伏充電電壓公式得出光伏電池的充電電壓為：Vmax=V額×1.43倍；即光伏充電電壓為Vmax=68.64.考慮到電池保護(hù)電壓最后確定光伏充電電壓為：57.5V。年發(fā)電量計算公式(kWh)=當(dāng)?shù)啬昕傒椛淠?KWH/㎡)(4190～5016)×光伏方陣面積(㎡)A(4)×組件轉(zhuǎn)換效率η(0.17)×修正系數(shù)K(0.46)=1300～1600，P=H·A·η·K，則可以求得：平均每天產(chǎn)生發(fā)電量h=1500/365=4.1(kWh)。上面公式中，光伏方陣面積A=4(㎡)，南方地區(qū)年總輻射能量=(4190～5016)(KWH/㎡)，組件轉(zhuǎn)換率η=0.17，修正系數(shù)K=K1×K2×K3×K4×K5=0.46。K1組件長期運(yùn)行的衰減系數(shù)，取0.8；K2灰塵遮擋組件及溫度升高造成組件功率下降修正，取0.82，K3為線路修正，取0.95；K4為逆變器效率，取0.85根據(jù)廠家數(shù)據(jù)；K5為光伏方陣朝向及傾斜角修正系數(shù)，取0.9左右。在光伏工作的實際工作中，小組成員通過電表連續(xù)監(jiān)測4~10月得到實際光伏平均每個月產(chǎn)生的發(fā)電量如表1所示：得到的4-10月平均月發(fā)電量h1=3.8(kWh)。斷電時，對于功率100W的MB指點標(biāo)設(shè)備能滿足斷電連續(xù)供電5h的要求。光伏充電過程中，系統(tǒng)持續(xù)可靠，并在光伏充電器口位置加載了過壓，過流保護(hù)裝置使光伏充電電更加平穩(wěn)可靠，平常在市電不斷的情況下，可以將光伏產(chǎn)生的電能作為日常燈光照明使用，在斷電情況下可以優(yōu)先給MB設(shè)備供電。在連續(xù)7個月的監(jiān)測當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)簡單可靠，可以連續(xù)滿足導(dǎo)航臺供電需求。

1.2HC5900控制器和JQX-62F大功率切換器，UPS裝置

如上圖5所示，HC5900控制器，Y0-Y1為繼電器輸出端子，能承載24V或者220V交流負(fù)載。輸入部分X0-X1為報警輸入端子，當(dāng)X與COM之間短路時，為信號輸入有效。A0和A1為模擬輸入端子，支持4-20ma直流電輸入。整個HC5900控制是系統(tǒng)的控制中心，控制輸出端，連接上位機(jī)。如上圖6所示，JQX-62F大功率切換器，采用24V電源供電，切換時間小于25ms，耐直流值100A，滿足UPS后備電池組和光伏電池組切換，和UPS供電要求。UPS后備電池的切換依賴大功率切換器動作，而大功率切換器工作受HC5900控制器控制，最終人可以通過手機(jī)APP或者自動設(shè)置遠(yuǎn)程遙控HC5900控制器，繼而控制大功率切換器工作，最終控制UPS后備電池的切換，保持UPS在消耗完自身后備電池工作的情況下，能正常切換光伏電池，最終保持UPS持續(xù)工作。（其中繼電器動作電池切換短，滿足UPS后備電池斷電維持工作時間，不影響UPS工作）。

2控制系統(tǒng)軟件程序設(shè)計

根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計流程，控制系統(tǒng)軟件設(shè)計主要由兩部分組成：（1）手機(jī)組態(tài)APP遠(yuǎn)程控制軟件組態(tài)設(shè)計；（2）HC5900控制器數(shù)據(jù)配置。手機(jī)組態(tài)APP遠(yuǎn)程控制軟件組態(tài)設(shè)計包括了：創(chuàng)建設(shè)備，配置傳感器，設(shè)置觸發(fā)器，以及配置通信協(xié)議等組態(tài)設(shè)計，最終通過連接傳感器和HC5900控制器，實現(xiàn)了手機(jī)組態(tài)APP遠(yuǎn)程控制光伏電池和后備電池自動切換，達(dá)到延長UPS工作時間，進(jìn)而延長指點標(biāo)的工作時間。手機(jī)組態(tài)APP如圖7和圖8所示：HC59000控制器數(shù)據(jù)配置依靠控制器數(shù)據(jù)配置軟件通過232口連接HC5900控制器對傳感器模擬量采集、以及GPRS參數(shù)開關(guān)量進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。HC59000控制器數(shù)據(jù)配置軟件如圖9所示。通過對系統(tǒng)連接各個模塊，實現(xiàn)了在斷電時，通過光伏和光伏電池組延長UPS工作時間，最終保證了MB設(shè)備在斷電時也能長時間工作。整個系統(tǒng)具有花費(fèi)成本低，環(huán)保，信號穩(wěn)定可靠等特點，解決了農(nóng)網(wǎng)不穩(wěn)定，斷電引起的問題。在日照時間長，光源足的地方，尤其是中國西北等地，有很具有推廣價值，可以很大程度上保證導(dǎo)航設(shè)備的正常供電，保證飛機(jī)降落安全，具有很大的航空技術(shù)價值。

作者：朱群強(qiáng) 肖文君 單位：湖南勞動人事職業(yè)學(xué)院