一種通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)，包括市電、混合能源、混合能源管理器、DC/DC轉(zhuǎn)換控制器及蓄電池。所述混合能源包括柴油發(fā)電機組、風(fēng)能及太陽能；所述柴油發(fā)電機為變頻直流發(fā)電機組；所述市電及混合能源與所述混合能源管理器的輸入端連接，所述混合能源管理器的輸出端與所述DC/DC轉(zhuǎn)換控制器的輸入端連接，所述DC/DC轉(zhuǎn)換控制器的輸出端與負(fù)載連接，所述蓄電池與所述DC/DC轉(zhuǎn)換控制器的輸出端及負(fù)載連接。本實用新型的智能油電混合電源系統(tǒng)，實現(xiàn)了變頻直流發(fā)電機組與可再生能源之間的無縫切換，使得可再生能源有效利用的同時，還能減少大氣污染，對人類環(huán)境保護(hù)具有重大意義。
【專利說明】一種通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)【背景技術(shù)】
[0002]目前，無市電通信基站一般采用柴油發(fā)電機組供電。在中東、北非、東南亞和我國西部地區(qū)有十萬個以上的基站是用柴油發(fā)電機組供電。這些基站通常采用兩臺柴油發(fā)電機輪流供電的模式。傳統(tǒng)的無市電基站供電方式由兩臺柴油發(fā)電機組11、12、自動開關(guān)裝置(ATS) 20、蓄電池30和直流電壓控制柜40組成(如圖1所示)。自動開關(guān)裝置20控制兩臺柴油發(fā)電機組11、12交替給蓄電池30充電。這種傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機組在通信基站運用時，由于長期處于低負(fù)載狀態(tài)，相對能耗較大，效率較低，并且碳排放量大，不利于環(huán)保。
[0003]風(fēng)能和太陽能能源是目前技術(shù)開發(fā)最成熟的再生能源。但是，風(fēng)力資源的不確定性和太陽能的非連續(xù)性導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機和太陽能電池板輸出的電能功率是脈動的和非連續(xù)的，不加以控制無法直接用于人們的生產(chǎn)和生活用電的需要。因此這些新型能源需要單獨配置控制器才能接入混合能源系統(tǒng)，成本昂貴。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)，它實現(xiàn)了變頻直流發(fā)電機組與可再生能源之間的無縫切換，使得可再生能源有效利用的同時，還能減少大氣污染，對人類環(huán)境保護(hù)具有重大意義。
[0005]實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:一種通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)，包括市電、混合能源、混合能源管理器、DC/DC轉(zhuǎn)換控制器及蓄電池，其中，所述混合能源包括柴油發(fā)電機組、風(fēng)能及太陽能；所述柴油發(fā)電機為變頻直流發(fā)電機組；所述市電及混合能源與所述混合能源管理器的輸入端連接，所述混合能源管理器的輸出端與所述DC/DC轉(zhuǎn)換控制器的輸入端連接，所述DC/DC轉(zhuǎn)換控制器的輸出端與負(fù)載連接，所述蓄電池與所述DC/DC轉(zhuǎn)換控制器的輸出端及負(fù)載連接；所述混合能源管理器包括風(fēng)能、太陽能最大功率點跟蹤裝置、AC/DC轉(zhuǎn)換器和自動切換裝置，所述混合能源管理器通過對風(fēng)能、太陽能的最大功率點跟蹤，實現(xiàn)市電、柴油發(fā)電機組、風(fēng)能及太陽能的無縫切換，并能根據(jù)市電的供電質(zhì)量及蓄電池的電壓控制柴油發(fā)電機組的啟停，還能將市電、風(fēng)能及柴油發(fā)電機組提供的交流電壓轉(zhuǎn)換為第一直流電壓；所述DC/DC轉(zhuǎn)換控制器用于將所述混合能源管理器提供的第一直流電壓轉(zhuǎn)換為第二直流電壓給所述蓄電池充電并控制所述蓄電池的充放電；所述蓄電池用于儲存所述DC/DC轉(zhuǎn)換控制器提供的第二直流電壓的電能。
[0006]當(dāng)所述風(fēng)能及太陽能的最佳輸出功率大于負(fù)載的實際消耗功率時，所述DC/DC轉(zhuǎn)換控制器控制所述蓄電池存儲多余的電能；當(dāng)風(fēng)能及太陽能的最佳輸出功率小于負(fù)載的實際消耗功率時，所述DC/DC轉(zhuǎn)換控制器控制所述蓄電池釋放存儲的電能補充功率差額，蓄電池內(nèi)的電能釋放結(jié)束時，所述混合能源管理器啟動所述柴油發(fā)電機組對蓄電池充電并帶負(fù)載。[0007]上述的通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)，其中，所述變頻直流發(fā)電機組包括變頻發(fā)動機、永磁同步電機和控制模塊。
[0008]上述的通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)，其中，所述蓄電池為磷酸鐵鋰電池組。
[0009]上述的通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)，其中，所述第一直流電壓為300V，所述第二直流電壓為48V。
[0010]本實用新型的通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)，以變頻直流柴油發(fā)電機組為核心，將不同的能源通過統(tǒng)一的控制器加以調(diào)節(jié)調(diào)度，相互補足其發(fā)電缺失，實現(xiàn)變頻直流發(fā)電機組與可再生能源之間的無縫切換，輸出功率可自動調(diào)節(jié)為最佳狀態(tài)，使發(fā)電效率得到大大提高，極大地降低了油耗，節(jié)能達(dá)到30%?70%，并且設(shè)備的可靠性得以提高，設(shè)備的使用壽命得以極大增長，使用過程中不再需要基站空調(diào)進(jìn)行輔助降溫，不僅設(shè)備的硬件投資成本得以降低，而且日常的維護(hù)成本也得以降低。與傳統(tǒng)的由單一的柴油發(fā)電機組供電方式比較，除了成本降低外，更可以向客戶端提供高質(zhì)量以及穩(wěn)定的電量，使得可再生能源有效利用的同時，還減少污染物的排放，對人類環(huán)境保護(hù)具有重大意義。
[0011]【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的通信基站的電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0013]圖2為本實用新型的通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0014]圖3為本實用新型的通信基站智能油電混合電源系統(tǒng)的混合能源管理器的原理圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員能更好地理解本實用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對其【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)地說明:
[0016]請參閱圖2和圖3，本實用新型的通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)，包括市電1、混合能源2、混合能源管理器3、DC/DC轉(zhuǎn)換控制器4及蓄電池5。市電I及混合能源2與混合能源管理器3的輸入端連接，混合能源管理器3的輸出端與DC/DC轉(zhuǎn)換控制器4的輸入端連接，DC/DC轉(zhuǎn)換控制器4的輸出端與負(fù)載6連接，蓄電池5與DC/DC轉(zhuǎn)換控制器4的輸出端及負(fù)載6連接。
[0017]混合能源2包括柴油發(fā)電機組21、風(fēng)能22及太陽能23 ;其中，
[0018]柴油發(fā)電機組21為變頻直流發(fā)電機組并包括變頻發(fā)動機、永磁同步電機和控制模塊，其能根據(jù)負(fù)載功率的變化自動調(diào)整發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，從而改變發(fā)電機的輸出頻率和功率，使發(fā)電機組始終工作在最節(jié)能的狀態(tài)；變頻發(fā)動機的機械動力轉(zhuǎn)換為可變頻率和可變電壓的電源，經(jīng)過PWM升壓整流環(huán)節(jié)輸出穩(wěn)定的恒壓直流電，即使在非線性負(fù)載和不平衡負(fù)載的情況下，也能輸出持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷的電源；永磁同步電機采用無軸承結(jié)構(gòu)，簡單的機械結(jié)構(gòu)使電機具有長壽命，高效率和高可靠性；控制模塊適配RS485、RS232和USB通訊口，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控或與PC通訊，完全實現(xiàn)遙信、遙測和遙控功能，可讀、寫機組的運行參數(shù)，保證機組的穩(wěn)定運行；變頻直流發(fā)電機組的重量小于100公斤，滿足通信運營商搶修和維護(hù)便于搬運的要求；
[0019]風(fēng)能22為風(fēng)力發(fā)電機組；
[0020]太陽能23為光伏發(fā)電組件；[0021]混合能源管理器3包括風(fēng)能、太陽能最大功率點跟蹤裝置31、AC/DC轉(zhuǎn)換器32和自動切換裝置33 ;通過對風(fēng)能22、太陽能23的最大功率點跟蹤實現(xiàn)市電1、柴油發(fā)電機組21、風(fēng)能22及太陽能23的無縫切換，并能根據(jù)市電的供電質(zhì)量及蓄電池的電壓控制柴油發(fā)電機組21的啟停，還能將市電1、風(fēng)能22及柴油發(fā)電機組21提供的交流電壓轉(zhuǎn)換為第一直流電壓300V ；
[0022]DC/DC轉(zhuǎn)換控制器4用于將混合能源管理器3提供的第一直流電壓300V轉(zhuǎn)換為第二直流電壓48V給蓄電池5充電并控制蓄電池5的充放電；
[0023]蓄電池5為磷酸鐵鋰電池組，用于儲存DC/DC轉(zhuǎn)換控制器4提供的第二直流電壓48V的電能；相比傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，鋰離子電池具有更好的溫度適應(yīng)性和充電特性，并且具有體積小、質(zhì)量輕、工作電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長、無污染以及安全性能好等諸多優(yōu)點。
[0024]當(dāng)風(fēng)能22及太陽能23的最佳輸出功率大于負(fù)載6的實際消耗功率時，DC/DC轉(zhuǎn)換控制器4控制蓄電池5存儲多余的電能；當(dāng)風(fēng)能22及太陽能23的最佳輸出功率小于負(fù)載6的實際消耗功率時，DC/DC轉(zhuǎn)換控制器4控制蓄電池5釋放存儲的電能補充功率差額，蓄電池5內(nèi)的電能釋放結(jié)束時，混合能源管理器3啟動柴油發(fā)電機組21對蓄電池5充電并帶負(fù)載6。
[0025]本實用新型的用于通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)具有四種工作模式:
[0026]第一種工作模式為風(fēng)能22或太陽能23或市電I (單獨或者組合)給蓄電池5充電模式，時間為O?24小時，此時柴油發(fā)電機組21處于停機待機狀態(tài)，混合能源管理器3對風(fēng)能22和太陽能23進(jìn)行最大功率跟蹤，以控制風(fēng)能22及太陽能23單獨或協(xié)同工作，最大限度地利用免費的風(fēng)能22或太陽能23，當(dāng)風(fēng)能22和太陽能23疊加的能量不能滿足蓄電池5的充電及負(fù)載6的需要時，首先檢測市電I是否正常，如果市電I正常，采用市電I作為風(fēng)能和太陽能的補充電源，如果風(fēng)能22或者太陽能23輸出均低于起始值，則切換到市電1，由市電I單獨對蓄電池5充電并帶負(fù)載6，如果市電I不正?；蛘邤嚯姡瑒t切換到第二種工作模式；
[0027]第二種工作模式為柴油發(fā)電機組21運行給蓄電池5充電模式，運行時間為3?4小時；此時混合能源管理器3對風(fēng)能22及太陽能23進(jìn)行最大功率跟蹤，如果風(fēng)能能源22及太陽能23有少量能量可以利用，則采用柴油發(fā)電機組21作為風(fēng)能能源22或太陽能23的補充電源，如果風(fēng)能22或太陽能23輸出均低于起始值，則由變頻直流發(fā)電機組21單獨對蓄電池5充電并帶負(fù)載6。當(dāng)蓄電池5充電達(dá)到設(shè)定容量的85%?100%并且運行了最低充電時間，或者雖然蓄電池5充電沒有達(dá)到預(yù)定容量，但是柴油發(fā)電機組21運行時間已經(jīng)達(dá)到設(shè)定的最長充電運行時間時，進(jìn)入第三種工作模式；
[0028]第三種工作模式為蓄電池放電模式，運行時間為12?20小時；當(dāng)柴油發(fā)電機組21運行了設(shè)定的時間(3?4小時)，進(jìn)入停機程序，經(jīng)過冷卻延時后停機進(jìn)入備用模式，此時負(fù)載6的功率由蓄電池5放電提供，混合能源管理器3對風(fēng)能22及太陽能23進(jìn)行最大功率跟蹤，實時動態(tài)補充一部分或者全部負(fù)載能量；
[0029]第四種工作模式是強制柴油發(fā)電機組21定時開機模式；當(dāng)風(fēng)能22或太陽能23或市電I 一直正常，柴油發(fā)電機組21長時間沒有機會滿負(fù)載運行時，由混合能源管理器3控制柴油發(fā)電機組21定時強制開機，此時強制關(guān)斷或者降低風(fēng)能22、太陽能23及市電I的輸出，優(yōu)先保證柴油發(fā)電機組21能夠滿負(fù)載運行并運行設(shè)定的最低充電時間，以檢驗柴油發(fā)電機組21的啟動性能和滿負(fù)載帶載能力，并通過滿負(fù)載運行產(chǎn)生的缸內(nèi)高溫，清除缸內(nèi)積碳，杜絕由于柴油發(fā)電機組21長時間沒有滿負(fù)載運行可能產(chǎn)生的排煙管漏油等不良現(xiàn)象，并在對蓄電池5進(jìn)行充電后，柴油發(fā)電機組21自動停機；通過定期帶滿負(fù)載試運行的檢驗，可以確保柴油發(fā)電機組21始終維持最佳可用工況。
[0030]本實用新型的通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)中的變頻直流發(fā)電機組根據(jù)負(fù)載改變輸出功率，從而將不節(jié)能環(huán)保的低負(fù)載工況轉(zhuǎn)換為基本滿載的經(jīng)濟(jì)工況，極大地降低了油耗?；旌夏茉垂芾砥鲗崿F(xiàn)風(fēng)能、太陽能和柴油發(fā)電機組的無縫切換，具備最大功率跟蹤功能，向客戶端輸出穩(wěn)定、持續(xù)的高品質(zhì)電源。實驗證明，本實用新型的混合電源系統(tǒng)具有很高的可行性，不僅能滿足通信基站的用電要求，而且對人類的環(huán)保事業(yè)具有重大意義。
[0031]本【技術(shù)領(lǐng)域】中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新型，而并非用作為對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)，包括市電、混合能源、混合能源管理器、DC/DC轉(zhuǎn)換控制器及蓄電池，其特征在于，所述混合能源包括柴油發(fā)電機組、風(fēng)能及太陽能；所述柴油發(fā)電機為變頻直流發(fā)電機組；所述市電及混合能源與所述混合能源管理器的輸入端連接，所述混合能源管理器的輸出端與所述DC/DC轉(zhuǎn)換控制器的輸入端連接，所述DC/DC轉(zhuǎn)換控制器的輸出端與負(fù)載連接，所述蓄電池與所述DC/DC轉(zhuǎn)換控制器的輸出端及負(fù)載連接； 所述混合能源管理器包括風(fēng)能、太陽能最大功率點跟蹤裝置、AC/DC轉(zhuǎn)換器和自動切換裝置，所述混合能源管理器通過對風(fēng)能、太陽能的最大功率點跟蹤，實現(xiàn)市電、柴油發(fā)電機組、風(fēng)能及太陽能的無縫切換，并能根據(jù)市電的供電質(zhì)量及蓄電池的電壓控制柴油發(fā)電機組的啟停，還能將市電、風(fēng)能及柴油發(fā)電機組提供的交流電壓轉(zhuǎn)換為第一直流電壓； 所述DC/DC轉(zhuǎn)換控制器用于將所述混合能源管理器提供的第一直流電壓轉(zhuǎn)換為第二直流電壓給所述蓄電池充電并控制所述蓄電池的充放電； 所述蓄電池用于儲存所述DC/DC轉(zhuǎn)換控制器提供的第二直流電壓的電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)，其特征在于，所述變頻直流發(fā)電機組包括變頻發(fā)動機、永磁同步電機和控制模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄電池為磷酸鐵鋰電池組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信基站的智能油電混合電源系統(tǒng)，其特征在于，所述第一直流電壓為300V，所述第二直流電壓為48V。
【文檔編號】H02J9/08GK203406636SQ201320375684
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月27日
【發(fā)明者】莊衍平, 胡耀軍, 蔡行榮 申請人:上?？铺╇娫垂煞萦邢薰?br>