專利名稱：一種風光市電互補通訊基站供電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風光市電互補通訊基站供電系統(tǒng)，特別涉及一種為移動通訊基站供電的分布式供電系統(tǒng)，屬于新能源應用領域。
背景技術：
目前通訊基站所用的供電系統(tǒng)多為電網(wǎng)提供的市電，經過整流和DC/DC變換即開 關電源向通訊模塊供電。隨著節(jié)能減排力度的逐漸加大，通訊基站的節(jié)能減排也日益受到 人們的重視。為了在邊遠地區(qū)實現(xiàn)無線通訊的覆蓋，大多采用風光互補獨立供電系統(tǒng)向通訊設 備提供電力。這種供電方式存在許多問題，因為風能和太陽能都是非常不穩(wěn)定的，為了提高 供電可靠性，就需要加大風力發(fā)電設備和太陽能電池的額定容量，同時還要增加蓄電池的 容量。即使這樣，在極端情況下，例如長時間陰天無風條件下，仍然無法保證供電的穩(wěn)定與可靠。為了更好地實現(xiàn)通訊基站節(jié)能減排指標，同時保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的運行，提出了 風光市電互補供電系統(tǒng)。這樣可以充分利用通訊基站現(xiàn)有設備實現(xiàn)清潔能源的高效利用， 同時由于市電能夠可靠地避免因氣象條件引起的供電不足的問題，無論是風力發(fā)電系統(tǒng)、 太陽能發(fā)電系統(tǒng)，還是蓄電的容量均可以大幅度降低。但是風、光、市電互補發(fā)電系統(tǒng)存在 一個優(yōu)先利用的問題，在實際應用當中，需要優(yōu)先利用清潔能源，只有當清潔能源不足以供 給的時候市電需要自動補充，實現(xiàn)一種自適應供電。這種自適應控制必須在低成本條件下 實現(xiàn)，而且風光市電互補系統(tǒng)必須安裝施工便利，不需要特別的維護工作。
發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術所存在的問題，提出了一種風光市電互補通訊基站供電系 統(tǒng)。主要目的就是在風光條件較好時利用風力發(fā)電機和太陽能電池向通信負載供電，一旦 風力發(fā)電和太陽能發(fā)電所輸出的電能無法滿足通信負載要求時，通過電網(wǎng)向負載提供不足 的電能部分。其中風能和太陽能作為優(yōu)先供電能源，風光和市電互補控制需要自適應調節(jié)， 并且要平滑過渡。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明由市電、油機、交流配電、開關電源、開關電源控制器、開關電源檢測電流傳 感器、風光互補輸出電流傳感器、蓄電池、直流配電、交流負載、通訊負載、太能電池、風力發(fā) 電機、風光互補控制器、蓄電池電流傳感器、蓄電池溫度傳感器、負載電流傳感器組成。市電 和油機通過互鎖的轉換器與交流配電裝置相連接，交流負載由交流配電裝置提供電能，交 流配電裝置的其中一路與開關電源相連接，開關電源輸出端連接到直流母線上，直流母線 分別與直流配電裝置和蓄電池相連接，直流配電裝置向通訊負載供電，風力發(fā)電機和太陽 能電池通過風光互補控制器將電能輸出到直流母線，開關電源檢測電流傳感器信號與開關 電源控制器相連接，風光互補輸出電流傳感器與風光互補控制器相連接，另外蓄電池電流傳感器、蓄電池溫度傳感器、負載電流傳感器分別與開關電源控制器和風光互補控制器相 連接。所述風光互補控制器由太陽能電池變換器、全數(shù)字控制器、通訊接口、鍵盤顯示 器、制動模塊、整流模塊、泄荷模塊、風力發(fā)電變換器組成。太陽能電池與太陽能電池變換 器相連，風力發(fā)電機通過整流模塊整流后與風力發(fā)電變換器相連，太陽能電池變換器和風 力發(fā)電變換器的輸出并聯(lián)后與直流母線相連接，制動模塊并聯(lián)在風力發(fā)電機和整流模塊之 間，泄荷模塊并聯(lián)在整流模塊和風力發(fā)電變換器之間，全數(shù)字控制器輸出控制接口分別與 太陽能電池變換器、制動模塊、泄荷模塊、風力發(fā)電變換器連接，通訊接口、鍵盤顯示器分別 與全數(shù)字控制器連接，全數(shù)字控制器還接收分別來自風光互補輸出電流傳感器、蓄電池電 流傳感器、蓄電池溫度傳感器、負載電流傳感器的信號。所述全數(shù)字控制器中控制模塊由蓄電池模型、給定加法器、誤差減法器、復合調節(jié) 器組成。蓄電池電壓Ubatt和蓄電池溫度Tbatt為蓄電池模型的輸入信號，蓄電池模型的輸出 信號為蓄電池給定電流Ibatt—&，負載電流l·和蓄電池給定電流Ibatt-M經過給定加法器得 到給定電流iMf，給定電流Iref通過誤差減法器減去風光互補輸出電流Iwp后得到誤差信號 erri輸入給復合調節(jié)器，并得到控制變量D，控制變量D輸入給太陽能變換器和風力發(fā)電變 換器得到調節(jié)后的風光互補輸出電流IWP。所述開關電源控制器中控制模塊由蓄電池模型、給定加法器、誤差減法器、PI調節(jié) 器、電流加法器組成。蓄電池電壓Ubatt和蓄電池溫度Tbatt為蓄電池模型的輸入信號，蓄電 池模型的輸出信號為蓄電池給定電流Ibatt—ref，負載電流l·和蓄電池給定電流Ibatt—經過給 定加法器得到給定電流Iref，給定電流Im通過誤差減法器減去反饋電流Isb后得到誤差信 號erri輸入給PI調節(jié)器，并得到控制變量D，控制變量D輸入給開關電源得到調節(jié)后的開 關電源輸出電流Is。由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點和效果本發(fā)明的一個效果在于，通過風能和太陽能發(fā)電優(yōu)先向負載供電。本發(fā)明的另外一個效果在于，風力發(fā)電和太陽能發(fā)電不能滿足負載需求時，由市 電通過開關電源向負載提供部分電能。本發(fā)明的另外一個效果在于，市電的補充是自適應調節(jié)實現(xiàn)的，可以平滑過渡。本發(fā)明的另外一個效果在于，風光互補發(fā)電和開關電源分別獨立控制，可靠性高。
圖1是本發(fā)明中的風光市電互補通訊基站供電系統(tǒng)框圖；圖2是風光互補控制器內部結構框圖；圖3是風光互補控制結構框圖；圖4是開關電源控制結構框具體實施例方式實施例一種風光市電互補通訊基站供電系統(tǒng)，包括市電101、油機102、交流配電103、開關電源104、開關電源控制器105、開關電源檢 測電流傳感器106、風光互補輸出電流傳感器107、蓄電池108、直流配電109、交流負載110、通訊負載111、太能電池112、風力發(fā)電機113、風光互補控制器114、蓄電池電流傳感器115、 蓄電池溫度傳感器116、負載電流傳感器117組成。市電101和油機102通過互鎖的轉換器 與交流配電103相連接，交流負載110由交流配電103提供電能，交流配電103的其中一路 與開關電源104相連接，開關電源104輸出端連接到直流母線上，直流母線分別與直流配電 109和蓄電池108相連接，直流配電109向通訊負載111供電，風力發(fā)電機113和太陽能電 池112通過風光互補控制器114將電能輸出到直流母線，開關電源檢測電流傳感器106信 號與開關電源控制器105相連接，風光互補輸出電流傳感器107與風光互補控制器114相 連接，另外蓄電池電流傳感器115、蓄電池溫度傳感器116、負載電流傳感器117分別與開關 電源控制器105和風光互補控制器114相連接。
其中風光互補控制器114由太陽能電池變換器201、全數(shù)字控制器202、通訊接口 203、鍵盤顯示器204、制動模塊205、整流模塊206、泄荷模塊207、風力發(fā)電變換器208組 成。太陽能電池112與太陽能電池變換器201相連，風力發(fā)電機113通過整流模塊206整 流后與風力發(fā)電變換器208相連，太陽能電池變換器201和風力發(fā)電變換器208的輸出并 聯(lián)后與直流母線相連接，制動模塊205并聯(lián)在風力發(fā)電機113和整流模塊206之間，泄荷模 塊207并聯(lián)在整流模塊206和風力發(fā)電變換器208之間，全數(shù)字控制器202輸出控制接口 分別與太陽能電池變換器201、制動模塊205、泄荷模塊207、風力發(fā)電變換器208連接，通訊 接口 203、鍵盤顯示器204分別與全數(shù)字控制器202連接，全數(shù)字控制器202還接收分別來 自風光互補輸出電流傳感器107、蓄電池電流傳感器115、蓄電池溫度傳感器116、負載電流 傳感器117的信號。所述全數(shù)字控制器202中控制模塊由蓄電池模型301、給定加法器302、誤差減法 器303、復合調節(jié)器304組成。蓄電池電壓Ubatt和蓄電池溫度Tbatt為蓄電池模型301的輸 入信號，蓄電池模型301的輸出信號為蓄電池給定電流Ibatt ref，負載電流L和蓄電池給定 電流經過給定加法器302得到給定電流1&，給定電流通過誤差減法器303減 去風光互補輸出電流Iwp后得到誤差信號erri輸入給復合調節(jié)器304，并得到控制變量D， 控制變量D輸入給太陽能變換器201和風力發(fā)電變換器208得到調節(jié)后的風光互補輸出電
Iwpo所述開關電源控制器105中控制模塊由蓄電池模型401、給定加法器402、誤差減 法器403、PI調節(jié)器404、電流加法器405組成。蓄電池電壓Ubatt和蓄電池溫度Tbatt為蓄電 池模型401的輸入信號，蓄電池模型401的輸出信號為蓄電池給定電流Ibatt ，負載電流込 和蓄電池給定電流Ibatt—&經過給定加法器得到給定電流1&，給定電流通過誤差減法 器403減去反饋電流Isb后得到誤差信號erri輸入給PI調節(jié)器404并得到控制變量D，控 制變量D輸入給開關電源104并得到調節(jié)后的開關電源輸出電流Is。本實施例上述內容具體解釋如下如圖1所示，風光互補控制器114和開關電源104同時向直流母線提供電流，直流 母線的電流一部分提供給通訊負載111，另外一部分給蓄電池108充電，形成了風力發(fā)電、 太陽能發(fā)電和市電互補的通訊基站供電系統(tǒng)。風光互補控制器114和開關電源104提供的 電流之和等于蓄電池的充電電流與通訊負載電流之和。通過檢測直流母線電壓可以得到蓄電池電壓Ubatt，通過開關電源檢測電流傳感器 106可以得到風光互補控制器114和開關電源104提供的電流之和ISB，風光互補輸出電流傳感器107僅檢測風光互補控制器的輸出電流，通過蓄電池電流傳感器115可以得到蓄電池108的充放電電流，通過蓄電池溫度傳感器116可以檢測出蓄電池108的溫度，通過負載 電流傳感器117可以得到通訊負載111的電流。為了更好地利用蓄電池108，必須按照蓄電池的特性曲線進行充放電控制，根據(jù)蓄 電池的特性曲線建立蓄電池模型301、401、501，根據(jù)蓄電池電壓Ubatt和蓄電池溫度Tbatt利 用蓄電池模型301、401、501可以得到蓄電池的充電電流給定值Ibatt ref。如圖2所示，風光互補控制器114中的太陽能電池變換器201和風力發(fā)電變換器 208均由升降壓DC/DC變換器組成，可以實現(xiàn)最大功率點追蹤功能。當風速較大時，風力發(fā) 電機113所提供的能量超過用電需求，為了防止風機轉速過高，就需要利用全數(shù)字控制器 202控制泄荷模塊207將一部分能量釋放掉。在系統(tǒng)故障時，或者出現(xiàn)極端氣象條件下需要 將風機制動時，可以通過全數(shù)字控制器202控制制動模塊205將風力發(fā)電機113的輸出短 接制動。通訊接口 203用于對風光互補發(fā)電系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控，鍵盤顯示器204用于對參 數(shù)進行設定和顯示。風光互補控制器114和開關電源104是分別獨立控制的，相互之間沒有控制信號 的聯(lián)系。其中風力發(fā)電控制如圖3所示，蓄電池電壓Ubatt和蓄電池溫度Tbatt輸入給蓄電池 模型301得到蓄電池給定電流Ibatt &，將負載電流込和蓄電池給定電流Ibatt—Mf相加得到系 統(tǒng)所需的總電流，即給定電流Iref。風光互補發(fā)電系統(tǒng)通過控制盡量使得輸出電流滿足給定 電流，給定電流Iref減去風光互補輸出電流Iwp后得到誤差信號erri輸入給復合調節(jié)器 304。當風光互補發(fā)電系統(tǒng)捕獲的能量能夠滿足系統(tǒng)需求的總能量時，復合調節(jié)器304工作 在比例積分(PI)調節(jié)器模式，計算出控制變量D，控制變量D輸入給太陽能變換器201和風 力發(fā)電變換器208得到調節(jié)后的風光互補輸出電流IWP，并使Iwp跟蹤給定電流IMf。當風光 互補發(fā)電系統(tǒng)捕獲的能量不能滿足系統(tǒng)需求的總能量時，復合調節(jié)器304工作在最大功率 點追蹤(MPPT)模式，計算出控制變量D，控制變量D輸入給太陽能變換器201和風力發(fā)電變 換器208得到調節(jié)后的風光互補輸出電流IWP，這時Iwp無法跟蹤給定電流Iref,即Iwp < Iref, 其電流的差值需要開關電源自動補充。開關電源的控制如圖4所示，蓄電池電壓Ubatt和蓄電池溫度Tbatt輸入給蓄電池模 型401得到蓄電池給定電流Ibatt %，將負載電流込和蓄電池給定電流Ibatt—相加得到系 統(tǒng)所需的總電流，即給定電流IMf。給定電流Iref減去開關電源反饋電流Isb后得到誤差信 號erri輸入給PI調節(jié)器404，其中Isb = IS+IWP。PI調節(jié)器404計算出控制變量D，控制變 量D輸入給開關電源104得到調節(jié)后的開關電源輸出電流Is，并使Is跟蹤給定電流與 風光互補輸出電流Iwp之差，即市電對風光互補發(fā)電能量不足部分進行補充，這樣就自動實 現(xiàn)了風光互補發(fā)電優(yōu)先的功能，而且這種補充是平滑過渡并自動實現(xiàn)的。上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人 士能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。故凡依本發(fā)明 之精神實質、形狀、原理所作的變化或修飾，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
一種風光市電互補通訊基站供電系統(tǒng)，其特征在于它由市電(101)、油機(102)、交流配電(103)、開關電源(104)、開關電源控制器(105)、開關電源檢測電流傳感器(106)、風光互補輸出電流傳感器(107)、蓄電池(108)、直流配電(109)、交流負載(110)、通訊負載(111)、太能電池(112)、風力發(fā)電機(113)、風光互補控制器(114)、蓄電池電流傳感器(115)、蓄電池溫度傳感器(116)、負載電流傳感器(117)組成。市電(101)和油機(102)通過互鎖的轉換器與交流配電(103)相連接，交流負載(110)由交流配電(103)提供電能，交流配電(103)的其中一路與開關電源(104)相連接，開關電源(104)輸出端連接到直流母線上，直流母線分別與直流配電(109)和蓄電池(108)相連接，直流配電(109)向通訊負載(111)供電，風力發(fā)電機(113)和太陽能電池(112)通過風光互補控制器(114)將電能輸出到直流母線，開關電源檢測電流傳感器(106)信號與開關電源控制器(105)相連接，風光互補輸出電流傳感器(107)與風光互補控制器(114)相連接，另外蓄電池電流傳感器(115)、蓄電池溫度傳感器(116)、負載電流傳感器(117)分別與開關電源控制器(105)和風光互補控制器(114)相連接。
2.如權利要求1所述的一種風光市電互補通訊基站供電系統(tǒng)，其特征在于風光互補 控制器(114)由太陽能電池變換器(201)、全數(shù)字控制器(202)、通訊接口(203)、鍵盤顯 示器(204)、制動模塊(205)、整流模塊(206)、泄荷模塊(207)、風力發(fā)電變換器(208)組 成。太陽能電池(112)與太陽能電池變換器(201)相連，風力發(fā)電機(113)通過整流模塊(206)整流后與風力發(fā)電變換器(208)相連，太陽能電池變換器(201)和風力發(fā)電變換器 (208)的輸出并聯(lián)后與直流母線相連接，制動模塊(205)并聯(lián)在風力發(fā)電機(113)和整流模 塊(206)之間，泄荷模塊(207)并聯(lián)在整流模塊(206)和風力發(fā)電變換器(208)之間，全數(shù) 字控制器(202)輸出控制接口分別與太陽能電池變換器(201)、制動模塊(205)、泄荷模塊(207)、風力發(fā)電變換器(208)連接，通訊接口(203)、鍵盤顯示器(204)分別與全數(shù)字控制 器(202)連接，全數(shù)字控制器(202)還接收分別來自風光互補輸出電流傳感器(107)、蓄電 池電流傳感器(115)、蓄電池溫度傳感器(116)、負載電流傳感器(117)的信號。
3.如權利要求1所述的一種風光市電互補通訊基站供電系統(tǒng)，其特征在于全數(shù)字控 制器(202)中控制模塊由蓄電池模型(301)、給定加法器(302)、誤差減法器(303)、復合調 節(jié)器(304)組成。蓄電池電壓Ubatt和蓄電池溫度Tbatt為蓄電池模型(301)的輸入信號，蓄 電池模型(301)的輸出信號為蓄電池給定電流Ibatt ref，負載電流込和蓄電池給定電流Ibatt經過給定加法器(302)得到給定電流Iref，給定電流Iref通過誤差減法器(303)減去風光 互補輸出電流Iwp后得到誤差信號erri輸入給復合調節(jié)器(304)，并得到控制變量D，控制 變量D輸入給太陽能變換器(201)和風力發(fā)電變換器(208)得到調節(jié)后的風光互補輸出電 Iwpo
4.如權利要求1所述的一種風光市電互補通訊基站供電系統(tǒng)，其特征在于開關電源 控制器(105)中控制模塊由蓄電池模型(401)、給定加法器(402)、誤差減法器(403)、PI 調節(jié)器(404)、電流加法器(405)組成。蓄電池電壓Ubatt和蓄電池溫度Tbatt為蓄電池模型 (401)的輸入信號，蓄電池模型(401)的輸出信號為蓄電池給定電流Ibatt &，負載電流Il和 蓄電池給定電流Ibatt—經過給定加法器得到給定電流1&，給定電流Iref通過誤差減法器 (403)減去反饋電流Isb后得到誤差信號erri輸入給PI調節(jié)器(404)并得到控制變量D， 控制變量D輸入給開關電源(104)并得到調節(jié)后的開關電源輸出電流Is。
全文摘要
本發(fā)明公開一種風光市電互補通訊基站供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)由市電、油機、交流配電、開關電源、開關電源控制器、開關電源檢測電流傳感器、風光互補輸出電流傳感器、蓄電池、直流配電、交流負載、通訊負載、太能電池、風力發(fā)電機、風光互補控制器、蓄電池電流傳感器、蓄電池溫度傳感器、負載電流傳感器組成。本發(fā)明利用風能和太陽能作為優(yōu)先供電能源，市電作為補充，保證了系統(tǒng)的供電可靠性，風光和市電互補控制為自適應調節(jié)，并且是平滑過渡。
文檔編號H02J9/06GK101814769SQ20101011936
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月8日 優(yōu)先權日2010年3月8日
發(fā)明者冬雷, 周韜 申請人:北京凱華網(wǎng)聯(lián)新能源技術有限公司;冬雷