一种通信基站的智能油电混合电源系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种通信基站的智能油电混合电源系统，包括市电、混合能源、混合能源管理器、DC/DC转换控制器及蓄电池。所述混合能源包括柴油发电机组、风能及太阳能；所述柴油发电机为变频直流发电机组；所述市电及混合能源与所述混合能源管理器的输入端连接，所述混合能源管理器的输出端与所述DC/DC转换控制器的输入端连接，所述DC/DC转换控制器的输出端与负载连接，所述蓄电池与所述DC/DC转换控制器的输出端及负载连接。本实用新型的智能油电混合电源系统，实现了变频直流发电机组与可再生能源之间的无缝切换，使得可再生能源有效利用的同时，还能减少大气污染，对人类环境保护具有重大意义。
【专利说明】一种通信基站的智能油电混合电源系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种通信基站的智能油电混合电源系统【背景技术】
[0002]目前，无市电通信基站一般采用柴油发电机组供电。在中东、北非、东南亚和我国西部地区有十万个以上的基站是用柴油发电机组供电。这些基站通常采用两台柴油发电机轮流供电的模式。传统的无市电基站供电方式由两台柴油发电机组11、12、自动开关装置(ATS) 20、蓄电池30和直流电压控制柜40组成(如图1所示)。自动开关装置20控制两台柴油发电机组11、12交替给蓄电池30充电。这种传统的柴油发电机组在通信基站运用时，由于长期处于低负载状态，相对能耗较大，效率较低，并且碳排放量大，不利于环保。
[0003]风能和太阳能能源是目前技术开发最成熟的再生能源。但是，风力资源的不确定性和太阳能的非连续性导致风力发电机和太阳能电池板输出的电能功率是脉动的和非连续的，不加以控制无法直接用于人们的生产和生活用电的需要。因此这些新型能源需要单独配置控制器才能接入混合能源系统，成本昂贵。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种通信基站的智能油电混合电源系统，它实现了变频直流发电机组与可再生能源之间的无缝切换，使得可再生能源有效利用的同时，还能减少大气污染，对人类环境保护具有重大意义。
[0005]实现上述目的的技术方案是:一种通信基站的智能油电混合电源系统，包括市电、混合能源、混合能源管理器、DC/DC转换控制器及蓄电池，其中，所述混合能源包括柴油发电机组、风能及太阳能；所述柴油发电机为变频直流发电机组；所述市电及混合能源与所述混合能源管理器的输入端连接，所述混合能源管理器的输出端与所述DC/DC转换控制器的输入端连接，所述DC/DC转换控制器的输出端与负载连接，所述蓄电池与所述DC/DC转换控制器的输出端及负载连接；所述混合能源管理器包括风能、太阳能最大功率点跟踪装置、AC/DC转换器和自动切换装置，所述混合能源管理器通过对风能、太阳能的最大功率点跟踪，实现市电、柴油发电机组、风能及太阳能的无缝切换，并能根据市电的供电质量及蓄电池的电压控制柴油发电机组的启停，还能将市电、风能及柴油发电机组提供的交流电压转换为第一直流电压；所述DC/DC转换控制器用于将所述混合能源管理器提供的第一直流电压转换为第二直流电压给所述蓄电池充电并控制所述蓄电池的充放电；所述蓄电池用于储存所述DC/DC转换控制器提供的第二直流电压的电能。
[0006]当所述风能及太阳能的最佳输出功率大于负载的实际消耗功率时，所述DC/DC转换控制器控制所述蓄电池存储多余的电能；当风能及太阳能的最佳输出功率小于负载的实际消耗功率时，所述DC/DC转换控制器控制所述蓄电池释放存储的电能补充功率差额，蓄电池内的电能释放结束时，所述混合能源管理器启动所述柴油发电机组对蓄电池充电并带负载。[0007]上述的通信基站的智能油电混合电源系统，其中，所述变频直流发电机组包括变频发动机、永磁同步电机和控制模块。
[0008]上述的通信基站的智能油电混合电源系统，其中，所述蓄电池为磷酸铁锂电池组。
[0009]上述的通信基站的智能油电混合电源系统，其中，所述第一直流电压为300V，所述第二直流电压为48V。
[0010]本实用新型的通信基站的智能油电混合电源系统，以变频直流柴油发电机组为核心，将不同的能源通过统一的控制器加以调节调度，相互补足其发电缺失，实现变频直流发电机组与可再生能源之间的无缝切换，输出功率可自动调节为最佳状态，使发电效率得到大大提高，极大地降低了油耗，节能达到30%?70%，并且设备的可靠性得以提高，设备的使用寿命得以极大增长，使用过程中不再需要基站空调进行辅助降温，不仅设备的硬件投资成本得以降低，而且日常的维护成本也得以降低。与传统的由单一的柴油发电机组供电方式比较，除了成本降低外，更可以向客户端提供高质量以及稳定的电量，使得可再生能源有效利用的同时，还减少污染物的排放，对人类环境保护具有重大意义。
[0011]【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为现有技术的通信基站的电源系统的结构框图；
[0013]图2为本实用新型的通信基站的智能油电混合电源系统的结构框图；
[0014]图3为本实用新型的通信基站智能油电混合电源系统的混合能源管理器的原理图。
【具体实施方式】
[0015]为了使本【技术领域】的技术人员能更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对其【具体实施方式】进行详细地说明:
[0016]请参阅图2和图3，本实用新型的通信基站的智能油电混合电源系统，包括市电1、混合能源2、混合能源管理器3、DC/DC转换控制器4及蓄电池5。市电I及混合能源2与混合能源管理器3的输入端连接，混合能源管理器3的输出端与DC/DC转换控制器4的输入端连接，DC/DC转换控制器4的输出端与负载6连接，蓄电池5与DC/DC转换控制器4的输出端及负载6连接。
[0017]混合能源2包括柴油发电机组21、风能22及太阳能23 ;其中，
[0018]柴油发电机组21为变频直流发电机组并包括变频发动机、永磁同步电机和控制模块，其能根据负载功率的变化自动调整发动机的转速，从而改变发电机的输出频率和功率，使发电机组始终工作在最节能的状态；变频发动机的机械动力转换为可变频率和可变电压的电源，经过PWM升压整流环节输出稳定的恒压直流电，即使在非线性负载和不平衡负载的情况下，也能输出持续、稳定、不间断的电源；永磁同步电机采用无轴承结构，简单的机械结构使电机具有长寿命，高效率和高可靠性；控制模块适配RS485、RS232和USB通讯口，可实现远程监控或与PC通讯，完全实现遥信、遥测和遥控功能，可读、写机组的运行参数，保证机组的稳定运行；变频直流发电机组的重量小于100公斤，满足通信运营商抢修和维护便于搬运的要求；
[0019]风能22为风力发电机组；
[0020]太阳能23为光伏发电组件；[0021]混合能源管理器3包括风能、太阳能最大功率点跟踪装置31、AC/DC转换器32和自动切换装置33 ;通过对风能22、太阳能23的最大功率点跟踪实现市电1、柴油发电机组21、风能22及太阳能23的无缝切换，并能根据市电的供电质量及蓄电池的电压控制柴油发电机组21的启停，还能将市电1、风能22及柴油发电机组21提供的交流电压转换为第一直流电压300V ；
[0022]DC/DC转换控制器4用于将混合能源管理器3提供的第一直流电压300V转换为第二直流电压48V给蓄电池5充电并控制蓄电池5的充放电；
[0023]蓄电池5为磷酸铁锂电池组，用于储存DC/DC转换控制器4提供的第二直流电压48V的电能；相比传统的铅酸蓄电池，锂离子电池具有更好的温度适应性和充电特性，并且具有体积小、质量轻、工作电压高、比能量大、循环寿命长、无污染以及安全性能好等诸多优点。
[0024]当风能22及太阳能23的最佳输出功率大于负载6的实际消耗功率时，DC/DC转换控制器4控制蓄电池5存储多余的电能；当风能22及太阳能23的最佳输出功率小于负载6的实际消耗功率时，DC/DC转换控制器4控制蓄电池5释放存储的电能补充功率差额，蓄电池5内的电能释放结束时，混合能源管理器3启动柴油发电机组21对蓄电池5充电并带负载6。
[0025]本实用新型的用于通信基站的智能油电混合电源系统具有四种工作模式:
[0026]第一种工作模式为风能22或太阳能23或市电I (单独或者组合)给蓄电池5充电模式，时间为O?24小时，此时柴油发电机组21处于停机待机状态，混合能源管理器3对风能22和太阳能23进行最大功率跟踪，以控制风能22及太阳能23单独或协同工作，最大限度地利用免费的风能22或太阳能23，当风能22和太阳能23叠加的能量不能满足蓄电池5的充电及负载6的需要时，首先检测市电I是否正常，如果市电I正常，采用市电I作为风能和太阳能的补充电源，如果风能22或者太阳能23输出均低于起始值，则切换到市电1，由市电I单独对蓄电池5充电并带负载6，如果市电I不正常或者断电，则切换到第二种工作模式；
[0027]第二种工作模式为柴油发电机组21运行给蓄电池5充电模式，运行时间为3?4小时；此时混合能源管理器3对风能22及太阳能23进行最大功率跟踪，如果风能能源22及太阳能23有少量能量可以利用，则采用柴油发电机组21作为风能能源22或太阳能23的补充电源，如果风能22或太阳能23输出均低于起始值，则由变频直流发电机组21单独对蓄电池5充电并带负载6。当蓄电池5充电达到设定容量的85%?100%并且运行了最低充电时间，或者虽然蓄电池5充电没有达到预定容量，但是柴油发电机组21运行时间已经达到设定的最长充电运行时间时，进入第三种工作模式；
[0028]第三种工作模式为蓄电池放电模式，运行时间为12?20小时；当柴油发电机组21运行了设定的时间(3?4小时)，进入停机程序，经过冷却延时后停机进入备用模式，此时负载6的功率由蓄电池5放电提供，混合能源管理器3对风能22及太阳能23进行最大功率跟踪，实时动态补充一部分或者全部负载能量；
[0029]第四种工作模式是强制柴油发电机组21定时开机模式；当风能22或太阳能23或市电I 一直正常，柴油发电机组21长时间没有机会满负载运行时，由混合能源管理器3控制柴油发电机组21定时强制开机，此时强制关断或者降低风能22、太阳能23及市电I的输出，优先保证柴油发电机组21能够满负载运行并运行设定的最低充电时间，以检验柴油发电机组21的启动性能和满负载带载能力，并通过满负载运行产生的缸内高温，清除缸内积碳，杜绝由于柴油发电机组21长时间没有满负载运行可能产生的排烟管漏油等不良现象，并在对蓄电池5进行充电后，柴油发电机组21自动停机；通过定期带满负载试运行的检验，可以确保柴油发电机组21始终维持最佳可用工况。
[0030]本实用新型的通信基站的智能油电混合电源系统中的变频直流发电机组根据负载改变输出功率，从而将不节能环保的低负载工况转换为基本满载的经济工况，极大地降低了油耗。混合能源管理器实现风能、太阳能和柴油发电机组的无缝切换，具备最大功率跟踪功能，向客户端输出稳定、持续的高品质电源。实验证明，本实用新型的混合电源系统具有很高的可行性，不仅能满足通信基站的用电要求，而且对人类的环保事业具有重大意义。
[0031]本【技术领域】中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。
【权利要求】
1.一种通信基站的智能油电混合电源系统，包括市电、混合能源、混合能源管理器、DC/DC转换控制器及蓄电池，其特征在于，所述混合能源包括柴油发电机组、风能及太阳能；所述柴油发电机为变频直流发电机组；所述市电及混合能源与所述混合能源管理器的输入端连接，所述混合能源管理器的输出端与所述DC/DC转换控制器的输入端连接，所述DC/DC转换控制器的输出端与负载连接，所述蓄电池与所述DC/DC转换控制器的输出端及负载连接； 所述混合能源管理器包括风能、太阳能最大功率点跟踪装置、AC/DC转换器和自动切换装置，所述混合能源管理器通过对风能、太阳能的最大功率点跟踪，实现市电、柴油发电机组、风能及太阳能的无缝切换，并能根据市电的供电质量及蓄电池的电压控制柴油发电机组的启停，还能将市电、风能及柴油发电机组提供的交流电压转换为第一直流电压； 所述DC/DC转换控制器用于将所述混合能源管理器提供的第一直流电压转换为第二直流电压给所述蓄电池充电并控制所述蓄电池的充放电； 所述蓄电池用于储存所述DC/DC转换控制器提供的第二直流电压的电能。
2.根据权利要求1所述的通信基站的智能油电混合电源系统，其特征在于，所述变频直流发电机组包括变频发动机、永磁同步电机和控制模块。
3.根据权利要求1所述的通信基站的智能油电混合电源系统，其特征在于，所述蓄电池为磷酸铁锂电池组。
4.根据权利要求1所述的通信基站的智能油电混合电源系统，其特征在于，所述第一直流电压为300V，所述第二直流电压为48V。
【文档编号】H02J9/08GK203406636SQ201320375684
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】庄衍平, 胡耀军, 蔡行荣 申请人:上海科泰电源股份有限公司