一種高壓直流遠供系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓直流遠供系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括微處理單片機、矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊、矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出采樣模塊、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊和矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊。采用了本發(fā)明的技術方案，能夠有效杜絕信路通供電斷的故障，增加了通訊設備的工作使用率，延長通訊設備壽命，易于控制，故障保護動作快，故障率低。
【專利說明】一種高壓直流遠供系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及通信電源【技術領域】，尤其涉及一種高壓直流遠供系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]隨著通信技術的發(fā)展，各種通信網(wǎng)絡終端設備大量增加，如樓道交換機、全球眼、WIFI無線覆蓋設備以及室內覆蓋系統(tǒng)中的微蜂窩、光端機、干放、直放站、3G基站等。由于系統(tǒng)集成商多、設備生產(chǎn)廠家多、設備種類多、數(shù)量多、安裝條件差等原因，其故障率遠遠高于機房內設備。
[0003]而在3G建設中，基于3G新一代移動通信的特點，普遍采用BBU+RRU的方式進行信號分布式覆蓋，其中系統(tǒng)終端設備(RRU、微蜂窩、光端機、光纖拉遠直放等)安裝條件差(安裝在屋頂、弱電井、樓道內)，取電困難且可靠性不高，由于受安裝環(huán)境限制，故障定位、檢查和排除也更為困難，將成為后期維護的一個難點。
[0004]所以目前移動通信基站存在的以下問題:建設易受場地限制，談站困難，拖延工期；采用UPS等保障供電時，電池受環(huán)境影響，壽命短，維護量大；建設投資大，空調能耗高；就近取電可靠性不高，易受雷電、浪涌侵入，維護不便；可靠市電引入困難，投資大，報裝時間長。
[0005]現(xiàn)有的通信系統(tǒng)中的遠程直流高壓供電系統(tǒng)主要有以下幾種組網(wǎng)方式:
[0006]一是點對點方式，該方式適用于網(wǎng)點少或負載功率較大，如大功率網(wǎng)點、基站，此時如果有必要也可以將若干個局端模塊、遠端模塊并聯(lián)使用。
[0007]二是星形結構(發(fā)散式供電系統(tǒng))，該組網(wǎng)方式適用于一個中心機房周圍有多個但在不同方向的網(wǎng)點或基站。
[0008]三是鏈式結構(級聯(lián)方式)，包括兩種結構，結構一的方式適用于在同一方向的較近距離內由多個網(wǎng)點或基站，而且多個負載點的總功率不太大，該方式的主要優(yōu)點是通過減少遠端供電設備，節(jié)省初期投資；結構二的組網(wǎng)方式一般適用于在同一方向有多個網(wǎng)點或基站，且基站(或網(wǎng)點)之間距離比較遠，該方式的主要優(yōu)點是節(jié)省主干線路上的遠供電源線、方便線路施工。
[0009]通過以上可以看出，目前已有的通信系統(tǒng)中的遠程高壓供電系統(tǒng)技術普遍存在如下問題:
[0010]供電方式單一，只能點對點來解決局部設備供電問題，并且對端局或中心局選取的要求較高，蓄電池容量配置必須足夠大，否則無法滿足遠程高壓供電放電要求。
[0011]遠程高壓供電系統(tǒng)技術由于對端局或中心局，如機房地板承重、面積等要求較高，需要較大蓄電池容量配置，而目前的現(xiàn)實是各移動基站普遍是采用民用建筑，根本無法達到配置要求的，所以無法大面積推廣使用。
[0012]目前在網(wǎng)運行的通信電源設備基本上仍處于各自為戰(zhàn)、點對點的供電模式，供電方式的落后已對網(wǎng)絡的運行質量造成很大影響。
【發(fā)明內容】

[0013]為了解決現(xiàn)有技術中現(xiàn)網(wǎng)基站分散供電、后備時間無法保障、電力監(jiān)控不力、無法進行系統(tǒng)維護的技術問題，本發(fā)明提出一種高壓直流遠供系統(tǒng)和方法。
[0014]本發(fā)明的一個方面，提供一種高壓直流遠供系統(tǒng)，包括微處理單片機、矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊、矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出采樣模塊、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊和矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊，其中，
[0015]微處理單片機用于完成信號采樣、數(shù)據(jù)處理，以及輸出控制與監(jiān)測；
[0016]矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊位于本局端蓄電池直流輸入和其他局端之間，用于控制其間的能量傳遞，根據(jù)需要調節(jié)能量傳遞方向，實現(xiàn)電能雙向流動；
[0017]矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出采樣模塊用于采集不同時間段電壓電流標稱的值，并自動計算出實際發(fā)送出功率大小值；
[0018]矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊用于分別以每30秒的時間間隔發(fā)送90-240V不同的電壓及10-100A不同的電流值至另一局端矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊，并利用高壓遠供直流電源線來建立功率輸出兼容性矩陣現(xiàn)場多總線結構數(shù)據(jù)信號的接收與發(fā)送傳輸通道；
[0019]矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊用于分別測量高壓遠供直流電源線在不同時間段的電壓及電流值，并提交給微處理單片機進行矩陣相關數(shù)據(jù)處理，再提交至矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊中內置現(xiàn)場多總線結構數(shù)據(jù)信號的接收與發(fā)送傳輸子模塊，進行本端局對另一端局電壓電流測量數(shù)據(jù)傳輸。
[0020]本發(fā)明的另一個方面，提供一種高壓直流遠供方法，在矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊、矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出采樣模塊、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊和矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊中創(chuàng)建以電壓電流為基礎兼容性矩陣，由微處理單片機推導出相應的功率逆矩陣，實現(xiàn)智能自愈矩陣級輸入輸出電壓電流及功率最佳適應和匹配性。
[0021]本發(fā)明的技術方案是直接將機房內穩(wěn)定的-48V電源經(jīng)遠供電源處理，以最大效率的方式通過光電復合電纜或電力線直接給遠方或接入端的通訊設備供電，不受通訊設備本地(接入端區(qū)域)任何停電情況的影響，相對于用電設備的室內機可稱為永久性供電，有效杜絕信路通供電斷的故障，增加了通訊設備的工作使用率。
[0022]而且本發(fā)明的技術方案不受當?shù)厥须姀碗s的負荷變化、晝夜變化、電站多樣化而產(chǎn)生電壓過高或過低；不受當?shù)卮笮驮O備開啟和關閉時而產(chǎn)生干擾、諧波、閃變和浪涌；杜絕當?shù)貜碗s電力網(wǎng)絡中的直接雷和感應雷損壞通訊設備，網(wǎng)絡干凈單一，供電電壓穩(wěn)定，延長通訊設備壽命，降低設備的故障率。
[0023]同時網(wǎng)絡采用對地懸浮技術設計，輸出電壓與大地不構成回路，無漏電流產(chǎn)生，保證用戶利益，單極對人身無傷害，采用直流電壓方式傳輸，易于控制，故障保護動作快，故障率低。
【專利附圖】

【附圖說明】[0024]圖1是本發(fā)明高壓直流遠供系統(tǒng)的結構示意圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明高壓直流遠供局端發(fā)送交直流雙向AC-DC交換器模塊工作流程圖；
[0026]圖3是本發(fā)明高壓直流遠供局端接收交直流雙向AC-DC交換器模塊工作流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖詳細描述本發(fā)明技術方案的【具體實施方式】。
[0028]圖1是本發(fā)明高壓直流遠供系統(tǒng)的結構示意圖。如圖1所示，該高壓直流遠供系統(tǒng)包括包括微處理單片機1、矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊2、矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出采樣模塊3、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊4、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊5、AC-DCIB交直流輸入板6、AC-DCMB交直流母板7、DCMB直流母板8和ALB告警控制采樣板9。
[0029]其中，微處理單片機是TMS320LF2407DSP芯片，用于完成信號采樣、數(shù)據(jù)處理，以及輸出控制與監(jiān)測。控制電路模塊進一步包括DSP外圍電路、故障信號處理電路、PWM輸出隔離電路和信號調理電路；采樣信號模塊進一步包括蓄電池電壓單元、變換器輸出電壓單元、電感電流單元和升降壓指令單元。
[0030]矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊位于本局端蓄電池直流輸入和其他局端之間，用于控制其間的能量傳遞，根據(jù)需要調節(jié)能量傳遞方向，實現(xiàn)電能雙向流動。
[0031]矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出采樣模塊用于采集不同時間段電壓電流標稱的值，并自動計算出實際發(fā)送出功率大小值。
[0032]矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊用于分別以每30秒的時間間隔發(fā)送90-240V不同的電壓及10-100A不同的電流值至另一局端矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊，并利用高壓遠供直流電源線來建立功率輸出兼容性矩陣現(xiàn)場多總線結構數(shù)據(jù)信號的接收與發(fā)送傳輸通道。
[0033]矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊用于分別測量高壓遠供直流電源線在不同時間段的電壓及電流值，并提交給微處理單片機進行矩陣相關數(shù)據(jù)處理，再提交至矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊中內置現(xiàn)場多總線結構數(shù)據(jù)信號的接收與發(fā)送傳輸子模塊，進行本端局對另一端局電壓電流測量數(shù)據(jù)傳輸。
[0034]本發(fā)明的核心是在矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊、矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出采樣模塊、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊和矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊中創(chuàng)建以電壓電流為基礎兼容性矩陣，由微處理單片機推導出相應的功率逆矩陣，實現(xiàn)智能自愈矩陣級輸入輸出電壓電流及功率最佳適應和匹配性。同時利用電壓電流矩陣實時波動變化范圍的區(qū)間，監(jiān)測直流供電網(wǎng)絡各類線路故障及雜散電流腐蝕。
[0035]以下為電壓電流矩陣庫實例。
[0036]電壓矩陣:
[0037]+-----------+--------------------------------------------------------
------+
[0038]I 53.5-100V電壓|輸入輸出電壓值:[0039]
【權利要求】
1.一種高壓直流遠供系統(tǒng)，其特征在于，包括微處理單片機、矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊、矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出采樣模塊、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊和矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊，其中， 微處理單片機用于完成信號采樣、數(shù)據(jù)處理，以及輸出控制與監(jiān)測； 矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊位于本局端蓄電池直流輸入和其他局端之間，用于控制其間的能量傳遞，根據(jù)需要調節(jié)能量傳遞方向，實現(xiàn)電能雙向流動； 矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出采樣模塊用于采集不同時間段電壓電流標稱的值，并自動計算出實際發(fā)送出功率大小值； 矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊用于分別以每30秒的時間間隔發(fā)送90-240V不同的電壓及10-100A不同的電流值至另一局端矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊，并利用高壓遠供直流電源線來建立功率輸出兼容性矩陣現(xiàn)場多總線結構數(shù)據(jù)信號的接收與發(fā)送傳輸通道； 矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊用于分別測量高壓遠供直流電源線在不同時間段的電壓及電流值，并提交給微處理單片機進行矩陣相關數(shù)據(jù)處理，再提交至矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊中內置現(xiàn)場多總線結構數(shù)據(jù)信號的接收與發(fā)送傳輸子模塊，進行本端局對另一端局電壓電流測量數(shù)據(jù)傳輸。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高壓直流遠供系統(tǒng)，其特征在于，微處理單片機是TMS320LF2407DSP 芯片。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種高壓直流遠供系統(tǒng)，其特征在于，還包括控制電路模塊和采樣信號模塊，控制電路模塊進一步包括DSP外圍電路、故障信號處理電路、PWM輸出隔離電路和信號調理電路；采樣信號模塊進一步包括蓄電池電壓單元、變換器輸出電壓單元、電感電流單元和升降壓指令單元。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種高壓直流遠供系統(tǒng)，其特征在于，還包括AC-DCIB交直流輸入板、AC-DCMB交直流母板和DCMB直流母板。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種高壓直流遠供系統(tǒng)，其特征在于，還包括ALB告警控制采樣板。
6.一種高壓直流遠供方法，適用于權利要求1所述的一種高壓直流遠供系統(tǒng)，其特征在于，在矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊、矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出采樣模塊、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊和矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊中創(chuàng)建以電壓電流為基礎兼容性矩陣，由微處理單片機推導出相應的功率逆矩陣，實現(xiàn)智能自愈矩陣級輸入輸出電壓電流及功率最佳適應和匹配性。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種高壓直流遠供方法，其特征在于，還包括利用電壓電流矩陣實時波動變化范圍的區(qū)間，監(jiān)測直流供電網(wǎng)絡各類線路故障及雜散電流腐蝕。
8.根據(jù)權利要求6所述的一種高壓直流遠供方法，其特征在于，由微處理單片機推導出相應的功率逆矩陣進一步包括: 電壓電流矩陣所形成的方程稱為矩陣方程； 電壓*電流=功率，其中，電流電壓為線性議程組的系數(shù)矩陣，功率為線性方程組的未知矩陣； 對于η階方陣電流電壓，如果有η階方陣電流電壓滿足， V*A=W，其中V是平均電壓，A是平均電流，W是逆矩陣功率。
9.根據(jù)權利要求6-8中任一權利要求所述一種高壓直流遠供方法，其特征在于，還包括以下步驟: AC-DCIB交直流輸入板、AC-DCMB交直流母板和DCMB直流母板啟動； 微處理單片機啟動矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊； 微處理單片機依據(jù)發(fā)送與接收的電壓電流的差異變化，計算不同時間段電壓電流至另一端局后功率變化值，并與矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出采樣模塊進行比對，找出發(fā)送前后功率變化差異最小的值； 微處理單片機依據(jù)功率變化差異最小的電壓電流及功率值，確定本局端局與另一端局高壓遠程供電最佳最合理電壓電流及輸出功率值，調整DCMB直流母板及矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊負載輸出電壓電流值； 微處理單片機將最終確定的電壓電流及輸出功率值，提交至ALB告警控制采樣板內的監(jiān)控模塊，并依據(jù)現(xiàn)場多總線結構數(shù)據(jù)信號的接收與發(fā)送傳輸通道上報監(jiān)控中心； 本局端局與另一端局的高壓直流遠程供電及現(xiàn)場多總線結構數(shù)據(jù)信號的接收與發(fā)送傳輸通道的數(shù)據(jù)配置與通信建立。
10.根據(jù)權利要求9所述一種高壓直流遠供方法，其特征在于，還包括以下步驟: 微處理單片機根據(jù)最終確定的電壓電流及輸出功率值實時波動變化范圍的區(qū)間超過10-20%，則發(fā)出高壓直流供電網(wǎng)絡線路故障告警信息。
11.根據(jù)權利要求9所述的一種高壓直流遠供方法，其特征在于，所述AC-DCIB交直流輸入板、AC-DCMB交直流母板和DCMB直流母板啟動進一步包括以下步驟: 本局端微處理單片機處理計算ALB告警控制采樣板，輸入電壓電流檢測模塊送入電壓、電流及各母板的工作信息； 當本局端各母板工作不正?；蛴懈婢到y(tǒng)自動關閉，矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊中的接收直流雙向DC-DC變換器旁路輸出啟動替代主設備工作； 本局端矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊中內置的矩陣電流/電壓調節(jié)器由微處理單片機控制矩陣開關調整輸出功率的大小。
12.根據(jù)權利要求9所述的一種高壓直流遠供方法，其特征在于，所述微處理單片機啟動矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊進一步包括以下步驟: 本局端矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊分別以每30秒的時間間隔發(fā)送90-240V不同的電壓及10-100A不同的電流值至另一局端矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊，并利用高壓遠供直流電源線來建立功率輸出兼容性矩陣現(xiàn)場多總線結構數(shù)據(jù)信號的接收與發(fā)送傳輸通道； 另一端局矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊分別測量高壓遠供直流電源線在不同時間段的電壓及電流值，并提交給微處理單片機進行矩陣相關數(shù)據(jù)處理，再提交至矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發(fā)送模塊中內置現(xiàn)場多總線結構數(shù)據(jù)信號的接收與發(fā)送傳輸子模塊中，進行本端局對另一端局電壓電流測量數(shù)據(jù)傳輸;本局端局矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊利用現(xiàn)場多總線結構數(shù)據(jù)信號的接收與發(fā)送傳輸通道進行發(fā)送至另一端局電壓電流數(shù)據(jù)測量結果的接收，并提交至微處理單片機； 矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出采樣模塊采集不同時間段電壓電流標稱的值，并計算出實際發(fā)送出功率大小值。
13.根據(jù)權利要求6-8中任一權利要求所述的一種高壓直流遠供方法，其特征在于，還包括以下步驟: AC-DCIB交直流輸入板、AC-DCMB交直流母板和DCMB直流母板啟動； 如另一端局傳輸高壓遠供直流電壓高于或低于本局端實際輸出電壓，本局端矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊中的參考電流生成模塊、信號檢測及電壓調節(jié)器和信號檢測模塊將實測的電壓電流值提交微處理單片機； 微處理單片機根據(jù)傳送的電壓電流值計算相應功率逆矩陣，并與矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出采樣模塊內置的功率逆矩陣庫進行比對，確定接收電壓電流值及功率是否在正常的范圍內； 矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊通過現(xiàn)場多總線結構數(shù)據(jù)信號的接收與發(fā)送傳輸通道上報由于供電線路故障系統(tǒng)自保護的告警信息至監(jiān)控中心。
14.根據(jù)權利要求13所述的一種高壓直流遠供方法，其特征在于，所述AC-DCIB交直流輸入板、AC-DCMB交直流母板和DCMB直流母板啟動進一步包括以下步驟: 本局端微處理單片機處理計算ALB告警控制采樣板，輸入電壓電流檢測模塊送入電壓、電流及各母板的工作信息； 當本局端各母板工作不正常或有告警系統(tǒng)自動關閉，矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊中的接收直流雙向DC-DC變換器旁路輸出啟動替代主設備工作。
15.根據(jù)權利要求13所述的一種高壓直流遠供方法，其特征在于，所述微處理單片機根據(jù)傳送的電壓電流值計算相應功率逆矩陣，并與矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出采樣模塊內置的功率逆矩陣庫進行比對，確定接收電壓電流值及功率是否在正常的范圍內進一步包括以下步驟: 如果接收的電壓電流值及功率在正常的范圍內，微處理單片機打開矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊內接收直流雙向DC-DC變換器的輸出電壓并與本局端設備輸出電壓一致； 如果接收的電壓電流值及功率不在正常的范圍內，微處理單片機啟動局端發(fā)送交直流雙向AC-DC變換器模塊工作流程，重新進行二次傳送的電壓電流值測試，檢查遠程直流高壓供電線路是否存在各類故障； 如果遠程直流高壓供電線路有線路故障告警，矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊中的接收直流雙向DC-DC變換器停止接收另一端局輸入電壓電流； 矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊改為由本局端蓄電池直流輸入或者本局端發(fā)送交直流雙向ac-dc變換器輸入,并由旁路輸出給負載供電。
【文檔編號】H02J13/00GK103580281SQ201210273258
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月2日 優(yōu)先權日:2012年8月2日
【發(fā)明者】包靜 申請人:中國移動通信集團甘肅有限公司