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光伏下的导航台UPS辅助供电系统设计

时间:2021-01-05 09:34来源:未知 作者:admin 点击:
目前飞机在降落过程中绝大部分需要机场导航设备的引导,这些导航设备包括了MB(markerbeacon)设备。MB设备最远安装在距离跑道端7500m处。一般机场安装最远的MB设备采用了农村电网供电。然而农村电网夏季时有断电的情况,短时间断电依靠UPS(uninterruptedpower
  
  目前飞机在降落过程中绝大部分需要机场导航设备的引导,这些导航设备包括了MB(markerbeacon)设备。MB设备最远安装在距离跑道端7500m处。一般机场安装最远的MB设备采用了农村电网供电。然而农村电网夏季时有断电的情况,短时间断电依靠UPS(uninterruptedpowersupply)供电,长时间断电一般采用汽油机发电供电,存在污染耗能等缺点。对此,设计了一套光伏辅助供电系统来延长UPS的供电时间,解决这些缺点。它包括了UPS,后备电池,光伏板,光伏控制器,以及大功率切换器和HC5900控制器。通过设计此系统,能及时解决夏季断电的情况,保证了MB设备的正常使用,提高了飞机降落的安全性,同时也减少了耗能和环境污染。目前,许多机场依然采用ILS和MB以及DME相互配合的方式引导飞机着陆。所以导航设备的稳定,安全,对飞机安全着陆显得特别重要。MB设备提供给飞机距离跑道端的距离信息。长沙机场最远的MB设备安装在距离跑道端7500m的位置,因为距离远,所以目前长沙机场最远的外导航台(里面主要装MB设备)采用了农村电网供电。农村电网存在供电不稳定,尤其夏季时有断电的情况,断电短时间只能依靠UPS供电,长时间断电一般采用人工油机发电供电,产生环境污染等缺点。对此设计了一套UPS光伏辅助供电系统来解决这些问题。整个控制系统设计流程图,如图1所示。整个系统设计流程:当市电断电时,UPS后备电池先给UPS供电,进而给MB设备供电,同时通过传感器检测UPS后备电池电压,当UPS后备电池的电压低于45V时,大功率切换器将UPS后备电池断开UPS,迅速将光伏电池接上给UPS(大功率切换器动作时间技术参数小于25ms),同时让光伏给后备电池充电,并设有55V充电保护电压。同样,当传感器检测到光伏电池低于45V,大功率切换器又会将光伏电池断开,将UPS后备电池接上UPS。同时让光伏给光伏电池充电,也设有55V保护电压。
  
  1系统组成和工作原理
  
  系统组成框架图如图2所示。由图2所示,整个系统包括了:UPS、后备和光伏电池、大功率切换器、光伏组件、HC5900远程控制器。系统通过HC5900控制器可以实现后备电池和光伏电池,以及光伏给后备电池或者光伏电池充电来回切换,达到延长UPS工作时间,进而保证MB设备断电长时间工作的目的。系统部分硬件如图3-5所示。
  
  1.1光伏板
  
  光伏供电计算:UPS后备电池的额定电压为48V,根据光伏充电电压公式得出光伏电池的充电电压为:Vmax=V额×1.43倍;即光伏充电电压为Vmax=68.64.考虑到电池保护电压最后确定光伏充电电压为:57.5V。年发电量计算公式(kWh)=当地年总辐射能(KWH/㎡)(4190~5016)×光伏方阵面积(㎡)A(4)×组件转换效率η(0.17)×修正系数K(0.46)=1300~1600,P=H·A·η·K,则可以求得:平均每天产生发电量h=1500/365=4.1(kWh)。上面公式中,光伏方阵面积A=4(㎡),南方地区年总辐射能量=(4190~5016)(KWH/㎡),组件转换率η=0.17,修正系数K=K1×K2×K3×K4×K5=0.46。K1组件长期运行的衰减系数,取0.8;K2灰尘遮挡组件及温度升高造成组件功率下降修正,取0.82,K3为线路修正,取0.95;K4为逆变器效率,取0.85根据厂家数据;K5为光伏方阵朝向及倾斜角修正系数,取0.9左右。在光伏工作的实际工作中,小组成员通过电表连续监测4~10月得到实际光伏平均每个月产生的发电量如表1所示:得到的4-10月平均月发电量h1=3.8(kWh)。断电时,对于功率100W的MB指点标设备能满足断电连续供电5h的要求。光伏充电过程中,系统持续可靠,并在光伏充电器口位置加载了过压,过流保护装置使光伏充电电更加平稳可靠,平常在市电不断的情况下,可以将光伏产生的电能作为日常灯光照明使用,在断电情况下可以优先给MB设备供电。在连续7个月的监测当中,发现系统简单可靠,可以连续满足导航台供电需求。
  
  1.2HC5900控制器和JQX-62F大功率切换器,UPS装置
  
  如上图5所示,HC5900控制器,Y0-Y1为继电器输出端子,能承载24V或者220V交流负载。输入部分X0-X1为报警输入端子,当X与COM之间短路时,为信号输入有效。A0和A1为模拟输入端子,支持4-20ma直流电输入。整个HC5900控制是系统的控制中心,控制输出端,连接上位机。如上图6所示,JQX-62F大功率切换器,采用24V电源供电,切换时间小于25ms,耐直流值100A,满足UPS后备电池组和光伏电池组切换,和UPS供电要求。UPS后备电池的切换依赖大功率切换器动作,而大功率切换器工作受HC5900控制器控制,最终人可以通过手机APP或者自动设置远程遥控HC5900控制器,继而控制大功率切换器工作,最终控制UPS后备电池的切换,保持UPS在消耗完自身后备电池工作的情况下,能正常切换光伏电池,最终保持UPS持续工作。(其中继电器动作电池切换短,满足UPS后备电池断电维持工作时间,不影响UPS工作)。
  
  2控制系统软件程序设计
  
  根据控制系统设计流程,控制系统软件设计主要由两部分组成:(1)手机组态APP远程控制软件组态设计;(2)HC5900控制器数据配置。手机组态APP远程控制软件组态设计包括了:创建设备,配置传感器,设置触发器,以及配置通信协议等组态设计,最终通过连接传感器和HC5900控制器,实现了手机组态APP远程控制光伏电池和后备电池自动切换,达到延长UPS工作时间,进而延长指点标的工作时间。手机组态APP如图7和图8所示:HC59000控制器数据配置依靠控制器数据配置软件通过232口连接HC5900控制器对传感器模拟量采集、以及GPRS参数开关量进行参数设置。HC59000控制器数据配置软件如图9所示。通过对系统连接各个模块,实现了在断电时,通过光伏和光伏电池组延长UPS工作时间,最终保证了MB设备在断电时也能长时间工作。整个系统具有花费成本低,环保,信号稳定可靠等特点,解决了农网不稳定,断电引起的问题。在日照时间长,光源足的地方,尤其是中国西北等地,有很具有推广价值,可以很大程度上保证导航设备的正常供电,保证飞机降落安全,具有很大的航空技术价值。
  
  作者:朱群强 肖文君 单位:湖南劳动人事职业学院
(责任编辑:admin)
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