CN101447687A - 通信基站用混合交流供电电源控制系统 - Google Patents

通信基站用混合交流供电电源控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通信基站用混合交流供电电源控制系统，包括发动机、永磁发电机，其特征是：所述发动机、蓄电池组、AC－DC转换器、DC－DC转换器、DC－AC转换器及第一电流传感器分别与主控制器相连接，所述蓄电池组连接DC－DC转换器，DC－DC转换器与DC－AC转换器相连接，发动机连接永磁发电机，永磁发电机连接AC－DC转换器，AC－DC转换器与DC－AC转换器相连接，DC－AC转换器通过第一电流传感器与用电设备相连接。本发明由发电机组与蓄电池组联合供电，能短时提供两倍的额定功率来启动电感负载，不需要使用大功率的发电机组。

Description

通信基站用混合交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交流供电电源控制系统，具体地说是具有短时过载能力的交流电源系统。
背景技术
为了保持通信的畅通，使通信基站在市电停电时也能正常运转，通信基站都配备有内燃发电机组等应急电源。通信基站的用电设备，除了使用长时间小功率工作的通信设备外，还包括一些辅助设备，例如空调等电感负载。启动电感负载时，会产生瞬时间的大电流，使发电机组发生瞬时的过载状态，发动机和发电机的转数降低，导致发电机的输出降低，从而陷入更甚的过载状态。因此，电感负载只能使用相当于发动机驱动式发电机的额定值的1/3左右的负载。为了正常启动电感负载，只能配备大功率的发电机组。
另外，通信设备都是长时间小功率工作的负载，当通信设备负荷低时，例如在晚上时，因工作量比白天大大减少，致使通信设备所需要的电源电量也大大地减少。但是为了保证固定的电压和频率，发电机组需持续地以固定的转速工作，其油耗和额定功率工作时基本相等，这就造成了能源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种通信基站用混合交流供电电源控制系统，该电源控制系统能驱动相等功率的电感负载，并且在通信设备用电量减小时可节约能源。
按照本发明提供的技术方案，一种通信基站用混合交流供电电源控制系统，包括发动机、永磁发电机，特征是：所述发动机、蓄电池组、AC-DC转换器、DC-DC转换器、DC-AC转换器及第一电流传感器分别与主控制器相连接，所述蓄电池组连接DC-DC转换器，DC-DC转换器与DC-AC转换器相连接，发动机连接永磁发电机，永磁发电机连接AC-DC转换器，AC-DC转换器与DC-AC转换器相连接，DC-AC转换器通过第一电流传感器与用电设备相连接；
所述主控制器分别采集第一电流传感器、蓄电池组、DC-DC转换器、AC-DC转换器及DC-AC转换器的信号，通过上述采集的信号，进行合理的功率分配；
所述发动机驱动永磁发电机，永磁发电机经过AC-DC转换器转换后的直流电压以及蓄电池组由DC-DC转换器进行升压的直流电压，这两种直流电压通过DC-AC转换器转换为交流电后与用电设备相连接；
所述AC-DC转换器对永磁发电机的输出进行可控整流，通过控制可控硅导通角来控制整流的电压；
所述DC-DC转换器使蓄电池组的电压升压，并将升压后的直流电压输出到AC-DC转换器的输出侧；
所述AC-DC转换器的输出侧的直流通过DC-DC转换器向蓄电池组进行充电。
所述DC-DC转换器为双向直流转换器。
本发明与已有技术相比具有以下优点：
1、本发明由发电机组与蓄电池组联合供电，能短时提供两倍的额定功率来启动电感负载，不需要使用大功率的发电机组。
2、本发明提供三种工作模式，由主控制器进行三种工作模式的智能切换，同时主控制器根据负载功率的大小控制发动机相应的转速，根据蓄电池组电量间歇地运转发动机发电来补充电池的电量。根据上述智能切换、改变转速、间歇运转三个特点，此发电机组比普通定转速同步发电机省油20％以上，节省燃料。
3、本发明由主控制器检测蓄电池组的电量，蓄电池组不会处于过度的放电和过度的充电，延长了蓄电池组的使用寿命。
4、主控制器根据负载功率的大小控制发动机相应的转速，使发动机不是一直处于高速动转状态，可降低发电机组的噪声。
附图说明
图1为本发明的结构方框原理图。
图2为本发明中的主控制器的原理方框图。
图3为本发明中的发动机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、图2所示，包括发动机1、永磁发电机2、蓄电池组3、DC-DC转换器4、AC-DC转换器5、DC-AC转换器6、用电设备7、主控制器8(芯片型号为XC164CM)、第一电流传感器9、第二电流传感器10、第三电流传感器11、交流电压12、直流电压13、LCD显示和用户操作按键14、发动机控制器15、蓄电池组温度传感器16、蓄电池组电流传感器17、蓄电池组电压传感器18及EEP-ROM保存数据19。
用电设备7：主要包括蓄电池充电器，基站空调，基站通信电源模块(型号：ADC-4850)及照明等。
本发明发电机2为三相多极永磁发电机，发电机2连接于发动机1上。所述发动机1、蓄电池组3、AC-DC转换器5、DC-DC转换器4、DC-AC转换器6及第一电流传感器9分别与主控制器8相连接，所述蓄电池组3连接DC-DC转换器4，DC-DC转换器4与DC-AC转换器6相连接，发动机1连接永磁发电机2，永磁发电机2连接AC-DC转换器5，AC-DC转换器5与DC-AC转换器6相连接，DC-AC转换器6通过第一电流传感器9与用电设备7相连接。
所述发动机1驱动永磁发电机2，永磁发电机2经过AC-DC转换器5转换后的直流电压以及蓄电池组3由DC-DC转换器4进行升压的直流电压，这两种直流电压通过DC-AC转换器6转换为交流电后与用电设备7相连接。
所述AC-DC转换器5对永磁发电机2的输出进行可控整流，通过控制可控硅导通角来控制整流的电压；所述DC-DC转换器4为双向直流转换器，使蓄电池组3的电压升压，并将升压后的直流电压输出到AC-DC转换器5的输出侧；AC-DC转换器5的输出侧的直流通过DC-DC转换器4向蓄电池组3进行充电。当蓄电池组3对负载的电力供给能力下降时，DC-DC转换器4停止从蓄电池组3获取输出。
所述DC-AC转换器6为直流逆变交流的逆变器，采用SPWM调制技术，电感滤波技术，把直流电转换为50HZ的交流电，产生小于3％畸变的正弦波，能满足高要求交流电源质量的用电设备7。带容性或电感性负载的能力是普通同步发电机的1.2～1.5倍。
所述主控制器8为微机控制器芯片型号为XC164CM，采集电流传感器9、蓄电池组3、DC-DC转换器4、AC-DC转换器5、DC-AC转换器6的信号。通过上述采集的信号，进行合理的功率分配。
如图2所示，主控制器8通过导线分别与第一电流传感器9、第二电流传感器10、第三电流传感器11、交流电压12、直流电压13、LCD显示和用户操作按键14、发动机控制器15、蓄电池组温度传感器16、蓄电池组电流传感器17、蓄电池组电压传感器18及EEP-ROM保存数据19连接。
所述主控制器8通过CAN或RS485的通信方式与发动机控制器进行通信，从而控制发动机1工作。主控制器8检测所述蓄电池组3的电量，当所述蓄电池组3的电量低于最小值时，自动启动所述发电机2，对所述蓄电池组3进行充电。
如图3所示，发动机控制器15由芯片(型号为ATmega8L)15-1通过导线分别与燃油量传感器15-2、机油压力传感器15-3、机油温度传感器15-4、水温传感器15-5、转速传感器15-6、启动马达继电器15-7、停机继电器15-8、CAN通讯15-9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。
本发明的主控制器8通过第一电流传感器9检测用电设备7的功率，根据用电设备7的功率提供三种工作模式：
小功率供电模式：由蓄电池组3经过DC-DC转换器4，电源升压送至DC-AC转换器6转换成交流电源，称为蓄电池组供电路线。
额定功率供电模式：由发动机1带动永磁发电机2工作，产生交流电，通过AC-DC转换器5转换成直流电，送至DC-AC转换器6转换成交流电源，称为发电机组供电路线。
超功率供电模式：上述蓄电池组供电路线加上述发电机组供电路线，根据蓄电池组3最大允许放电电流，提供最大的输出功率。
本发明的工作过程如下：
设定发电机组额定功率为P0，DC-DC转换器4的最大输出功率为P1，用电设备的功率为P2。本发明的一个实施例，取P0＝6000W，P1＝6000W。为了保证蓄电池组3的寿命和DC-DC转换器4的可靠运行，DC-DC转换器4的输出最大功率与时间的关系如表1所示。按照此关系表运行，即能满足短时间启动的电感负载，又能保证DC-DC转换器4长时间可靠地工作。
表1
 
时间 功率P1(W)
0秒～5秒 6000
5秒～30秒 5500
30秒～5分钟 5000
5分钟～30分钟 4000
30分钟以上 3000
主控制器8根据上述的P0和P1的值，和采集到的用电设备7功率P2，具体工作如下：
1、如果用电设备7功率P2连续半小时小于3000W，主控制器8命令发动机1停机，由DC-DC转换器4输出功率P1，并且P1＝P2。
2、如果用电设备7功率P2短时间P2>P0时，主控制器8命令发电机组额定功率P0和DC-DC转换器4输出功率P1同时供给用电设备7功率P2，以满足用电设备7功率P2要求。例如在通信基站启用空调时，由发电机组额定功率P0和DC-DC转换器4输出功率P1同时供给空调启动，启动成功后，空调需要的功率将下降，此时关闭DC-DC转换器4输出功率P1，由发电机组额定功率P0供电。
3、在以上第1项和第2项中，如发电机组额定功率P0在满足用电设备7功率P2的条件下还有多余的功率，则把多余的功率送给蓄电池组3充电。

Claims (4)

1、通信基站用混合交流供电电源控制系统，包括发动机(1)、永磁发电机(2)，其特征是：所述发动机(1)、蓄电池组(3)、AC-DC转换器(5)、DC-DC转换器(4)、DC-AC转换器(6)及第一电流传感器(9)分别与主控制器(8)相连接，所述蓄电池组(3)连接DC-DC转换器(4)，DC-DC转换器(4)与DC-AC转换器(6)相连接，发动机(1)连接永磁发电机(2)，永磁发电机(2)连接AC-DC转换器(5)，AC-DC转换器(5)与DC-AC转换器(6)相连接，DC-AC转换器(6)通过第一电流传感器(9)与用电设备(7)相连接；
所述主控制器(8)分别采集第一电流传感器(9)、蓄电池组(3)、DC-DC转换器(4)、AC-DC转换器(5)及DC-AC转换器(6)的信号，通过上述采集的信号，进行合理的功率分配；
所述发动机(1)驱动永磁发电机(2)，永磁发电机(2)经过AC-DC转换器(5)转换后的直流电压以及蓄电池组(3)由DC-DC转换器(4)进行升压的直流电压，这两种直流电压通过DC-AC转换器(6)转换为交流电后与用电设备(7)相连接；
所述AC-DC转换器(5)对永磁发电机(2)的输出进行可控整流，通过控制可控硅导通角来控制整流的电压；
所述DC-DC转换器(4)使蓄电池组(3)的电压升压，并将升压后的直流电压输出到AC-DC转换器(5)的输出侧；
所述AC-DC转换器(5)的输出侧的直流通过DC-DC转换器(4)向蓄电池组(3)进行充电。
2、根据权利要求1所述的通信基站用混合交流供电电源控制系统，其特征在于所述DC-DC转换器(4)为双向直流转换器。
3、根据权利要求1所述的通信基站用混合交流供电电源控制系统，其特征在于所述主控制器(8)通过导线分别与第一电流传感器(9)、第二电流传感器(10)、第三电流传感器(11)、交流电压(12)、直流电压(13)、LCD显示和用户操作按键(14)、发动机控制器(15)、蓄电池组温度传感器(16)、蓄电池组电流传感器(17)、蓄电池组电压传感器(18)及EEP-ROM保存数据(19)连接。
4、根据权利要求3所述的通信基站用混合交流供电电源控制系统，其特征在于所述发动机控制器(15)由芯片(15-1)通过导线分别与燃油量传感器(15-2)、机油压力传感器(15-3)、机油温度传感器(15-4)、水温传感器(15-5)、转速传感器(15-6)、启动马达继电器(15-7)、停机继电器(15-8)、CAN通讯(15-9)及控制发动机转速的步进电机(M1)连接，控制发动机(2)运转。
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