CN101436785A - 通信基站用混合直流供电电源控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通信基站用混合直流供电电源控制系统，所述太阳能发电机组通过通信线与电源管理控制器连接，放电电阻器与放电开关K1连接，风力发电机组通过通信线与电源管理控制器连接，电源管理控制器通过通信线与内燃发电机组连接，太阳能发电机组及风力发电机组分别与母线连接排连接，所述母线连接排分别与蓄电池组及用电设备连接，内燃发电机组连接母线连接排。本发明采用太阳能发电机组、风力发电机组和内燃发电机组三种供电方式组合，达到最佳节能减排效果。本发明优先采用太阳能发电和风力发电，在太阳能发电和风力发电不满足发电量的条件下，才启动内燃发电机组，降低了发电运行成本。

Description

通信基站用混合直流供电电源控制系统
技术领域
本发明涉及一种通信基站用混合直流供电电源控制系统，具体地说是用于无市电供电的通信基站的电源装置。
背景技术
在边远地区或山区，由于还没有完全普及220V公共电网，该地的通信基站一般用内燃发电机组来供电。内燃发电机组普遍为同步发电机组，转速为1500转，电压为220V。而通信基站用的用电设备都为48V直流蓄电池组供电，需采用外部等功率的充电器把同步发电机组的交流转换成直流电送给蓄电池组。为了提高通信基站供电的连续性，采用备用发电机组的方式供电，即用二台发电机组轮流连续工作供电。同时由于采用同步发电机组，输出电压的频率与发动机组转速成正比，发动机转速一般固定为1500转。
使用上述采用内燃机发电机组给通信基站供电的方式存在以下缺点：
1、全部用燃油的方式发电，具有较高的发电成本。2、发电机组长时间的轮流连续工作，且需对机组进行定期的维护，以致通信基站设备的工作可靠性没办法保证。3、同步发电机组不管是空载，还是满载都工作在固定的转速，发动机油耗没办法得到最佳的控制。4、配用等功率的充电器，在220V交流转换成48V直流时，损耗10％左右的功率。5、在选用同步发电机组功率时，由于发电机组是提供给充电器工作的，选用的发电机组功率需为充电器功率的1.5倍左右。在发电量相同的条件下，额定功率大的发电机组的油耗比额定功率小的发电机组的油耗大。
公开日为2006年10月12日，公开号为JP2006-280177A的日本专利申请公开了一种利用引擎发电机以及太阳能电池组合在一起给负载供电的电源装置。该电源装置中增加使用了太阳能电池作为负载的电源，提高了能源的综合利用率。但是该装置没有涉及使用其他能源，比如风能，还有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种可综合使用多种能源、发电成本低的通信基站用混合直流供电电源控制系统。
按照本发明提供的技术方案，一种通信基站用混合直流供电电源控
制系统，包括内燃发电机组、太阳能发电机组以及蓄电池组，特征是：所述太阳能发电机组通过通信线与电源管理控制器连接，放电电阻器与放电开关连接，风力发电机组通过通信线与电源管理控制器连接，电源管理控制器通过通信线与内燃发电机组连接，太阳能发电机组及风力发电机组分别与母线连接排连接，所述母线连接排分别与蓄电池组及用电设备连接，内燃发电机组连接母线连接排；
所述风力发电机组与内燃发电机组、太阳能发电机组及蓄电池组并联后给用电设备供电，所述风力发电机组、内燃发电机组以及太阳能发电机组由电源管理控制器控制，负责整体能源的管理和分配，进行信息的传送和命令的发送。
所述电源管理控制器采用CAN通信协议或RS485通信协议传送信息。
所述内燃发电机组包括发动机、多极永磁发电机、直流数码模块及发动机管理控制器，发动机依次连接多极永磁发电机及直流数码模块，直流数码模块分别与母线连接排及发动机管理控制器连接，发动机管理控制器连接发动机，所述发动机管理控制器对所述发动机、多极永磁发电机及直流数码模块进行控制。
所述太阳能发电机组包括太阳能电池组及DC-DC转换器，太阳能电池组连接DC-DC转换器，DC-DC转换器连接放电开关，太阳能电池组发出电能，由DC-DC转换器转换，通过母线连接排向用电设备供电量。
所述风力发电机组包括风力发电机及AC-DC转换器，风力发电机连接AC-DC转换器，所述风力发电机通过跟踪风向和风速以及目标的发电量的工作模式发出电能，由AC-DC转换器转换，通过母线连接排向用电设备供电量。
所述风力发电机采用直驱式风力发电机。
本发明与已有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用太阳能发电机组、风力发电机组和内燃发电机组三种供电方式组合，达到最佳节能节排效果。
2、本发明优先采用太阳能发电和风力发电，在太阳能发电和风力发电不满足发电量的条件下，才启动内燃发电机组，降低了发电运行成本。
3、若太阳能发电和风力发电有剩余，采用蓄电池组进行电能储能，达到能源的充分利用。
4、通过降低直流数码发电机组的使用频率，减少了燃油发电成本。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
图2为本发明中的电源管理控制器的原理方框图。
图3为本发明中的发动机管理控制器的原理方框图。
具体实施方式
下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：
如图1所示，包括直流数码发电机组11(柴油或汽油发动机2、多对极永磁发电机3、直流数码模块(型号：CSR-3Z-5K)9、发动机管理控制器17芯片型号为ATmega8L)；电源管理控制器12；太阳能发电机组13(太阳能电池组1、DC-DC转换器4)；风力发电机组14(风力发电机5、AC-DC转换器6)；蓄电池组7；用电设备8；母线连接排10；放电电阻器15；通信线16-1、16-2、16-3和放电开关K1等。
本发明太阳能发电机组13通过通信线16-1与电源管理控制器12连接，放电电阻器15与放电开关K1连接，风力发电机组14通过通信线16-3与电源管理控制器12连接，电源管理控制器12通过通信线16-2与内燃发电机组11连接，太阳能发电机组13及风力发电机组14分别与母线连接排10连接，所述母线连接排10分别与蓄电池组7及用电设备8连接，内燃发电机组11连接母线连接排10。所述用电设备主要包括直流供电的基站远端通信模块(BH—08)，直流供电的基站通信模块(CDMA2000—1X)。
所述风力发电机组14与内燃发电机组11、太阳能发电机组13及蓄电池组7并联后给用电设备8供电，所述风力发电机组14、内燃发电机组11以及太阳能发电机组13由电源管理控制器12芯片控制。所述电源管理控制器12采用CAN通信协议或RS485通信协议传送信息。
所述电源管理控制器12，负责整体能源的管理和分配。通过监控用电设备8的用电量W0，监测蓄电池组7的现有电量W1，监测风力发电机组14的发电量W2，监测太阳能发电机组13的发电量W3，监测直流数码发电机组11的发电量W4，进行能源的管理和分配。
如图2所示，电源管理控制器12由芯片(型号C164)12-1通过导线分别与CAN通讯12-2、EEPROM12-3、LCD显示12-4、面板-操作按键12-5以及蜂鸣器12-6连接。
所述内燃发电机组11包括发动机2、多极永磁发电机3、直流数码模块9及发动机管理控制器17，发动机2依次连接多极永磁发电机3及直流数码模块9，直流数码模块9分别与母线连接排10及发动机管理控制器17连接，发动机管理控制器17连接发动机2，所述发动机管理控制器17对所述发动机2、多极永磁发电机3及直流数码模块9进行控制。所述发动机2为柴油或汽油发动机。高效率的多对极永磁发电机3发出低压交流电，通过直流数码模块9可控整流后输出直流电量。若采用普通的220V同步发电机，需使用把220V交流变换成直流的充电器。直流数码发电机组11比同功率的普通的220V同步发电机组体积小，重量轻，节省燃料。直流数码发电机组11取消了充电器，无功率损耗，可以选用较小功率的数码直流发电机组。
如图3所示，发动机管理控制器17由芯片17-1通过导线分别与燃油量传感器17-2、机油压力传感器17-3、机油温度传感器17-4、水温传感器17-5、转速传感器17-6、启动马达继电器17-7、停机继电器17-8、CAN通讯17-9及控制发动机转速的步进电机M1连接，从而控制发动机2的运转。
所述太阳能发电机组13包括太阳能电池组1及DC-DC转换器4太阳能电池组1连接DC-DC转换器4，DC-DC转换器4连接放电开关K1，太阳能电池组1发出电能，由DC-DC转换器4转换，通过母线连接排10向用电设备8供电量。
所述风力发电机组14包括风力发电机5及AC-DC转换器6，风力发电机5连接AC-DC转换器6，所述风力发电机5通过跟踪风向和风速以及目标的发电量的工作模式发出电能，由AC-DC转换器6转换，通过母线连接排10向用电设备8供电量。所述风力发电机5采用直驱式风力发电机，其在低风速条件下也能发电，且其整体效率高。
所述用电设备8即负载由太阳能发电机组13、风力发电机组14、蓄电池组7以及内燃发电机组11分级供电，当上一级电源电量不足时，依次启动下一级电源。当所述太阳能发电机组13与风力发电机组14的发电量大于所述负载的用电量时，多余的电量用于给所述蓄电池组7充电。当所述蓄电池组7的电量低于下限值时，启动所述内燃发电机组11对所述负载供电以及对所述蓄电池组7充电。
本发明的具体工作过程如下：
1、在白天，太阳能发电机组13发电量W3>用电设备8用电量W0，说明太阳能充足，电源管理控制器12命令太阳能发电机组13以最大功率跟踪的方式工作，让太阳能发电机组13发出最大的电能，通过母线连接排10向用电设备8供W0电量。设定多余电能为Wx1＝W3-W0，把多余的电能Wx1给蓄电池组7充电，增加蓄电池组7电量W1值。让风力发电机组14发电量W2＝0，减少风力发电机组14的工作时间。
2、如太阳能发电机组13发电量W3<用电设备8用电量W0，设定风力发电机组14发电量W5＝用电设备8W0-太阳能发电机组13发电量W3，在风能满足发电条件下，电源管理控制器12命令风力发电机组14发电量为W5，风力发电机组14通过跟踪风向和风速以及目标的发电量W5的工作模式发出电能W5。
3、设定蓄电池组7的最大电量为Wmax，最小电量为Wmin。上述第1和第2项是在蓄电池组7电量W1<最大电量Wmax，即蓄电池组7为不满电量条件下工作。当蓄电池组7电量W1＝Wmax，电源管理控制器12发命令给DC-DC转换器4，让K1为工作状态，把多余的电能Wx1提供给电阻器15。4、当(风力发电机组14发电量W2+太阳能发电机组13发电量W3)<用电设备8用电量W0时，即太阳能和风能不能满足用电设备8的用电量W0。设定不足电量Wx2＝用电设备8用电量W0-(风力发电机组14发电量W2+太阳能发电机组13发电量3)，把不足电量Wx2取用蓄电池组7的电量W1。
5、上述第4项中，当蓄电池组7电量W1＝Wmin时，即蓄电池组7不能再放电时，电源管理控制器12命令直流数码发电机组11开始工作，直流数码发电机组11接到启动命令后，自动启动发电机组，送出直流数码发电机组11发电量W4。设定此时蓄电池组7需要的充电量为Wx3，则直流数码发电机组11发电量W4＝不足电量Wx2+蓄电池组7需要的充电量Wx3。直流数码发电机组11既向用电设备8供电，也向蓄电池组7充电。
6、上述第5项中，当蓄电池组7电量W1W1＝Wmax时，直流数码发电机组11通过降低发动机转速，降低油耗，降低噪声，工作在最佳状态，满足直流数码发电机组11发电量W4W4＝不足电量Wx2。
通过以上几种工作模式，使整个能源管理达到最节能最有效状态，且满足能源平衡公式：蓄电池组7电量W1+风力发电机组14发电量W2+太阳能发电机组13发电量W3+直流数码发电机组11发电量W4W4＝用电设备8用电量W0。

Claims (6)

1、通信基站用混合直流供电电源控制系统，包括内燃发电机组(11)、太阳能发电机组(13)以及蓄电池组(7)，其特征是：所述太阳能发电机组(13)通过通信线(16-1)与电源管理控制器(12)连接，放电电阻器(15)与放电开关(K1)连接，风力发电机组(14)通过通信线(16-3)与电源管理控制器(12)连接，电源管理控制器(12)通过通信线(16-2)与内燃发电机组(11)连接，太阳能发电机组(13)及风力发电机组(14)分别与母线连接排(10)连接，所述母线连接排(10)分别与蓄电池组(7)及用电设备(8)连接，内燃发电机组(11)连接母线连接排(10)；
所述风力发电机组(14)与内燃发电机组(11)、太阳能发电机组(13)及蓄电池组(7)并联后给用电设备(8)供电，所述风力发电机组(14)、内燃发电机组(11)以及太阳能发电机组(13)由电源管理控制器(12)控制，负责整体能源的管理和分配，进行信息的传送和命令的发送。
2、根据权利要求1所述的通信基站用混合直流供电电源控制系统，其特征在于所述电源管理控制器(12)采用CAN通信协议或RS485通信协议传送信息。
3、根据权利要求1所述的通信基站用混合直流供电电源控制系统，其特征在于所述内燃发电机组(11)包括发动机(2)、多极永磁发电机(3)、直流数码模块(9)及发动机管理控制器(17)，发动机(2)依次连接多极永磁发电机(3)及直流数码模块(9)，直流数码模块(9)分别与母线连接排(10)及发动机管理控制器(17)连接，发动机管理控制器(17)连接发动机(2)，所述发动机管理控制器(17)对所述发动机(2)、多极永磁发电机(3)及直流数码模块(9)进行控制。
4、根据权利要求1所述的通信基站用混合直流供电电源控制系统，其特征在于所述太阳能发电机组(13)包括太阳能电池组(1)及DC-DC转换器(4)，太阳能电池组(1)连接DC-DC转换器(4)，DC-DC转换器(4)连接放电开关K1，太阳能电池组(1)发出电能，由DC-DC转换器(4)转换，通过母线连接排(10)向用电设备(8)供电量。
5、根据权利要求1所述的通信基站用混合直流供电电源控制系统，其特征在于所述风力发电机组(14)包括风力发电机(5)及AC-DC转换器(6)，风力发电机(5)连接AC-DC转换器(6)，所述风力发电机(5)通过跟踪风向和风速以及目标的发电量的工作模式发出电能，由AC-DC转换器(6)转换，通过母线连接排(10)向用电设备(8)供电量。
6、根据权利要求5所述的通信基站用混合直流供电电源控制系统，其特征在于所述风力发电机(5)采用直驱式风力发电机。
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