CN104466994A - 通信电源错峰储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通信电源错峰储能系统，涉及通信电源领域。本发明根据电网负荷特性，利用监控单元对蓄电池组的充放电过程进行合理科学的自动控制管理，将蓄电池组储存的能量在电网用电峰值时段主动释放以满足通信网络设备用电需求，不足部分再由直流供电系统的整流器补给，在市电用电谷值时段，直流供电系统的整流器除满足通信网络设备用电需求外，还为亏电状态的蓄电池组进行充电，从而实现电网错峰用电，减少电网的峰谷负荷差，优化资源配置，有利于节能减排。

Description

通信电源错峰储能系统

技术领域

本发明涉及通信电源技术领域，特别涉及一种通信电源错峰储能系统。

背景技术

节能减排是我国的一项基本国策，业界也提出了各种节能减排技术，其中的电网错峰用电是一种新型智能电网节能发展方向。

在通信电源供电系统中，蓄电池组是一种为了保障通信网络设备供电而必备的重要储能设备。一般情况下，蓄电池组在通信电源供电系统中作为后备式储能设施，以备市电电网停电时，蓄电池组释放储存能量以保障通信网络设备的用电需求，确保通信网络设备用电不间断；当市电电网恢复后，通信电源供电系统恢复供电，并为蓄电池组进行补充充电，以备下一次循环中使用。

通信电源供电系统中作为后备储能设施的蓄电池组，长期以来，处于浮充充电状态，以备电网停电时释放能量以保障通信网络设备的用电需求。在此工况下，蓄电池组基本上处于静态储能状态。蓄电池组的这种使用模式无益于节能减排。

发明内容

本发明实施例所要解决的一个技术问题是：实现电网错峰用电，以响应节能减排的国策。

根据本发明实施例的一个方面，提出一种通信电源错峰储能系统，包括：整流器、监控单元以及蓄电池组；监控单元在电网峰值时段到达时发出指令启动峰放过程，控制整流器降低输出电压，使得蓄电池组按照预设放电电流值对通信网络设备进行供电，通信网络设备所需电量不足部分由整流器补给；监控单元在电网谷值时段到达时发出指令启动谷充过程，控制整流器提高输出电压，整流器根据监控单元预设的充电电流值为蓄电池组进行充电，同时对通信网络设备进行供电。

监控单元在以下任意一个条件成立后结束峰放过程：峰放过程结束时间到；蓄电池组放出容量达到预先设定值；蓄电池组端电压达到预设终止电压。

监控单元在峰放过程结束后，控制整流器输出电压维持在蓄电池组峰放结束时的电压，以使蓄电池组处于既不充电也不放电的状态。

监控单元在以下任意一个条件成立后结束谷充过程：谷充过程结束时间到；蓄电池组充入容量达到放出容量的预设倍数；蓄电池组已经充满电；均衡充电模式下达到预设的均充时间。

监控单元在第一类异常事件、第二类异常事件、或者第三类异常事件发生时，中止峰放和谷充循环过程；第一类异常事件包括：市电电网停电、市电电网交流不稳定、电压超限、频率超限、缺相；第二类异常事件包括：监控单元故障、整流器故障、高温告警、风扇告警、通讯告警；第三类异常事件包括：蓄电池组容量低于预设值、蓄电池组端电压低于预设值。

监控单元在启动峰放过程或谷充过程之前还判断以下条件是否满足，在以下条件均满足时再启动峰放过程或谷充过程：在预设时间内市电电网没有停电纪录且电气参数正常；在预设时间内所述通信电源错峰储能系统没有故障且输出正常；在预设时间内蓄电池组没有异常充放电纪录；监控单元没有发出中止峰放和谷充循环过程的指令。

通信电源错峰储能系统还包括：蓄电池质量在线实时监测单元，用于实时监测蓄电池组的工况，在蓄电池组或单体电池出现电压异常、温度异常或容量异常时，中止峰放和谷充的循环过程。

其中，峰放过程可以设置在电网峰值时段的后段，谷充过程可以设置在电网谷值时段的前段。

通信电源错峰储能系统还包括：管理单元，用于统计错峰储能历史数据和设置错峰储能参数。

本发明根据电网负荷特性，利用监控单元对蓄电池组的充放电过程进行合理科学的自动控制管理，将蓄电池组储存的能量在电网用电峰值时段主动释放以满足通信网络设备用电需求，不足部分再由直流供电系统的整流器补给，在市电用电谷值时段，直流供电系统的整流器除满足通信网络设备用电需求外，还为亏电状态的蓄电池组进行充电，从而实现电网错峰用电，减少电网的峰谷负荷差，优化资源配置，有利于节能减排。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为某一地区的电价曲线示意图

图2为本发明通信电源错峰储能系统一个实施例的示意图。

图3为本发明通信电源错峰储能系统“峰放过程”的原理示意图。

图4为本发明通信电源错峰储能系统“谷充过程”的原理示意图。

图5为本发明通信电源错峰储能系统再一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

现有的蓄电池组作为后备储能设施，长期处于浮充充电状态和静态储能状态，以备电网停电时释放能量以保障通信网络设备的用电需求。为了响应节能减排的国策，顺应电网错峰用电的新型智能电网节能发展方向，本发明提出一种基于蓄电池组实现的通信电源错峰储能系统。

电网在一天中不同时间段的用电负荷也是不同的。例如，通常情况下，凌晨至早上8点之间的时间段电网用电负荷通常比较低，下午两点至下午五点的时间段以及晚上七点至十点的时间段电网用电负荷通常比较高，其余时间段电网用电负荷比较适中。电网用电负荷比较高的时段可以称为电网峰值时段，电网用电负荷比较低的时段可以称为电网谷值时段。由于我国很多地区根据用电负荷情况制定了不同的电价，例如在用电负荷较高的时段电价通常也比较高，而在用电负荷较低的时段电价通常也比较低，通常分为电价较高的峰价电、电价较低的谷价电，以及在峰价电与谷价电之间的平价电。由于电价可以放映电网用电负荷情况，因此，可以根据电网公布的电价表来简单地确定电网峰值时段、电网谷值时段。图1为某一地区的电价曲线示意图，如图1所示，谷价电时段0:00-8:00是电网谷值时段，峰价电时段14:00-17:00以及19:00-22:00是电网峰值时段，其余时间是平价电时段。当然，也可以使用专门的用电负荷检测设备通过检测来精确地确定电网峰值时段、电网谷值时段。在确定出电网峰值时段、电网谷值时段之后，基于蓄电池组“峰放谷充”的主动充放电模式，就可以实现电网错峰用电。其中，“峰放谷充”是指蓄电池组在电网谷值时段充电，在电网峰值时段放电，为通信网络设备供电的工作模式。

图2为本发明通信电源错峰储能系统一个实施例的示意图。

如图2所示，通信电源错峰储能系统包括：整流器、监控单元以及蓄电池组。其中，整流器为直流供电系统的整流器，可以将电网的交流电转换为直流电。蓄电池组在本发明中为动态储能设备，例如可以是铅酸蓄电池组。

本发明的蓄电池组具有主动充放电管理模式，在该模式下，能够灵活设置调节整流器的输出电压，以确保通信电源错峰储能系统自动选择合适时段由蓄电池组或者由整流器负责给通信网络设备供电。下面分别结合图3和图4进行说明。

图3为本发明通信电源错峰储能系统“峰放过程”的原理示意图。“峰放过程”是指蓄电池组在电网峰值时段放电，为通信网络设备供电的工作模式。

如图3所示，负载电流I_load由蓄电池组预设放电电流I_batt和整流器补充供电电流I_rect组成。监控单元在电网峰值时段到达时发出指令启动峰放过程，控制整流器降低输出电压，在整流器的输出电压降低至小于蓄电池组的端电压时蓄电池组开始放电，蓄电池组按照预设放电电流值对通信网络设备进行供电，通信网络设备所需电量不足部分由整流器补给。

（1）峰放过程

a.蓄电池组预设放电电流值I_batt例如可以在0.1C₁₀至I_load区间连续可设，C₁₀表示蓄电池10小时放电率状况下的标准容量。

b.为了使蓄电池组保留一些容量，以便应付突发的停电等状况，可以规定蓄电池组在峰放过程最大放出容量，例如可以规定蓄电池组最大预设放出容量为不超过50%容量。

（2）峰放过程的正常结束条件

监控单元在以下任意一个条件成立后正常的结束峰放过程：

a.峰放过程结束时间到；

b.蓄电池组放出容量达到预先设定值；

c.蓄电池组端电压达到预设终止电压。

（3）峰放过程的异常中断条件

在以下任意一个异常条件成立后峰放过程被中断：

a.市电电网交流输入异常；

b.监控单元故障；

c.整流器异常、故障或通信障碍；

d.蓄电池组端电压到达预设故障电压。

监控单元在峰放过程结束后（这里是指正常结束），控制整流器输出电压维持在蓄电池组峰放结束时的电压，以使蓄电池组处于既不充电也不放电的状态，并等待电网谷值时段到来，转入谷充过程的准备阶段。

图4为本发明通信电源错峰储能系统“谷充过程”的原理示意图。“谷充过程”是指蓄电池组在电网谷值时段充电。

如图4所示，监控单元在电网谷值时段到达时发出指令启动谷充过程，控制整流器提高输出电压，整流器根据监控单元预设的充电电流值为蓄电池组进行充电，同时对通信网络设备进行供电。

（4）谷充过程

a.谷充过程可以采取浮充电压、限流充电模式；

b.充电电流可以设置，例如充电电流可以限制在0.1-0.2C₁₀区域之间。

（5）谷充过程的正常结束条件

监控单元在以下任意一个条件成立后结束谷充过程：

a.谷充过程结束时间到；

b.蓄电池组充入容量达到放出容量的预设倍数，例如充入容量达到放出容量的1.2倍；

c.蓄电池组已经充满电，例如充电后期电流小于0.005 C₁₀且充电电流连续3小时不变化，则表示已经充满电；

d.均衡充电模式下达到预设的均充时间，例如充电总时长达12小时。

所谓均衡充电，就是均衡电池特性的充电，是指在电池的使用过程中，因为电池的个体差异、温度差异等原因造成电池端电压不平衡，为了避免这种不平衡趋势的恶化，需要提高电池组的充电电压，对电池进行活化充电。一般是在下列情况下蓄电池需要均衡充电。1）市电停电后电池释放的能量超过总容量的15%。2）蓄电池长期处于浮充状态（电网稳定，长期不停电）。3）电池组中，出现了落后电池，在浮充状态下单体电压低于2.2V，更换新电池后。例如，48V通信电源蓄电池组由24节蓄电池串联而成。单节标称电压为2V，单节蓄电池的浮充充电电压值一般为2.23V，均衡充电电压一般为2.35V，蓄电池组的浮充电压一般设置为53.5V（2.23V×24），均充电压一般设置为56.4V（2.35V×24）。

（6）峰放谷充循环过程的中止条件

监控单元在第一类异常事件、第二类异常事件、或者第三类异常事件发生时，中止峰放和谷充循环过程。

第一类异常事件包括：市电电网停电、市电电网交流不稳定、电压超限、频率超限、缺相。

第二类异常事件包括：监控单元故障、整流器故障、高温告警、风扇告警、通讯告警。

第三类异常事件包括：蓄电池组容量低于预设值、蓄电池组端电压低于预设值。

通信电源错峰储能系统可以在峰放谷充循环前或循环过程中检测第一类异常事件是否发生，当第一类异常事件发生时，监控单元立即中止峰放和谷充循环过程，并转入正常浮充工作状态。

通信电源错峰储能系统可以在峰放谷充循环前或循环过程中检测第二类异常事件是否发生，当第二类异常事件发生时，监控单元立即中止峰放和谷充循环过程，直至维护人员维修故障完毕，人工重新启动峰放谷充循环过程。

通信电源错峰储能系统可以在峰放谷充循环前或循环过程中检测第三类异常事件是否发生，当第三类异常事件发生时，监控单元立即中止峰放和谷充循环过程，并转入正常浮充工作状态，直至维护人员维修故障完毕，人工重新启动峰放谷充循环过程。

通过跟踪电网的供电连续性与否，以及因此造成的蓄电池组的放电深度，智能判断通信电源错峰储能系统是否执行峰放谷充过程，以保证系统供电的安全性和可靠性，保证蓄电池组在每一峰放谷充周期前，均处于荷满状态。

（7）峰放谷充循环过程的初始条件

为了确保供电系统的供电安全性和可靠性，监控单元在启动峰放过程或谷充过程之前还可以判断以下条件是否满足，在以下条件均满足时再启动峰放过程或谷充过程：

a.在预设时间内市电电网没有停电纪录且电气参数正常；

b.在预设时间内所述通信电源错峰储能系统没有故障、并且输出正常；

c.在预设时间内蓄电池组没有异常充放电纪录；

d.监控单元没有发出中止峰放和谷充循环过程的指令。

另外，通信电源错峰储能系统还包括：管理单元，用于采集、存储和统计错峰储能历史数据和设置错峰储能参数。错峰储能历史数据例如包括蓄电池组的已有容量、上一次放电量和放电时长、上一次充电量和充电时长、错峰蓄能的次数、错峰蓄能周期开始时间和结束时间。错峰储能参数例如包括：蓄电池组错峰放电容量、蓄电池组错峰放电开始时间、蓄电池组错峰充电开始时间、错峰蓄能周期。

通信电源错峰储能系统具备可开放的智能数据接口，统计数据可接进动环监控系统，上述统计数据也可以实时或转存至动环监控系统的数据库。根据统计数据，可以预测蓄电池组的质量状态、使用寿命等信息，对于落后蓄电池组及时发出告警，以便及时更换新的蓄电池组。例如，蓄电池经历一次充电和放电，称为一次循环（或称一个周期）。在一定放电条件下，电池所能承受的循环次数，称为循环寿命。各种蓄电池使用循环次数都有差异，传统固定型铅酸电池约为500～600次，起动型铅酸电池约为300～500次，阀控式密封铅酸电池循环寿命为1000～1200次。根据记录的充电和放电等数据，可以预测出蓄电池组的寿命，方便蓄电池组的管理。

根据电网峰谷平的负载特性和时段，可以灵活设置蓄电池的充放电时段和充放电时长。为了确保通信电源错峰储能系统的供电安全，峰放过程可以设置在电网峰值时段的后段，谷充过程可以设置在电网谷值时段的前段。需要说明的是，后段和前段是以时段的中间时刻为界，中间时刻之前的时段为后段，中间时刻之后的时段为前段。因此，后段也称为后半段，前段也称为前半段。并且，还可以在每天的周期内，设置多组放电时段，合理安排各组时段的充放电的电量值和时长。

在通信电源错峰储能系统的供电安全范围内，可以灵活设置蓄电池组主动放电深度和充、放电电流大小。

图5为本发明通信电源错峰储能系统再一个实施例的示意图。

如图5所示，通信电源错峰储能系统包括：整流器、监控单元、蓄电池组，以及蓄电池质量在线实时监测单元，用于实时监测蓄电池组的工况，在蓄电池组或单体电池出现电压异常、温度异常或容量异常时，中止峰放和谷充的循环过程，还可以发出报警，直至维修人员人工干预，更换落后蓄电池。

其中，蓄电池质量在线实时监测单元根据监测的蓄电池单体的相关参数的变化规律，实现对蓄电池组容量和质量的实时监测和动态判断，可改变目前通信机房后备式蓄电池长期浮充状态下各种关键参数（比如电压、电流、内阻、容量）不详的局面，实现将蓄电池组维护管理从静态向动态演变，显著提高蓄电池组维护管控力度。

本发明的通信电源错峰储能系统根据电网负荷特性，利用监控单元对蓄电池组的充放电过程进行合理科学的自动控制管理，将蓄电池组储存的能量在电网用电峰值时段主动释放以满足通信网络设备用电需求，不足部分再由直流供电系统的整流器补给，在市电用电谷值时段，直流供电系统的整流器除满足通信网络设备用电需求外，还为亏电状态的蓄电池组进行充电，从而实现电网错峰用电，减少电网的峰谷负荷差，优化资源配置，有利于节能减排。

另外，根据各地电网实施的峰、平、谷电价差，充分利用通信局（站）后备式铅酸蓄电池组的蓄能能力，实施“峰放谷充”的工作逻辑，为通信局（站）有效减少电费开支，协助实现电网削峰填谷，均衡电网负荷，实现国家的节能减排目标。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种通信电源错峰储能系统，包括：整流器、监控单元以及蓄电池组；

监控单元在电网峰值时段到达时发出指令启动峰放过程，控制整流器降低输出电压，使得蓄电池组按照预设放电电流值对通信网络设备进行供电，通信网络设备所需电量不足部分由整流器补给；

监控单元在电网谷值时段到达时发出指令启动谷充过程，控制整流器提高输出电压，整流器根据监控单元预设的充电电流值为蓄电池组进行充电，同时对通信网络设备进行供电。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，监控单元在以下任意一个条件成立后结束峰放过程：

峰放过程结束时间到；

蓄电池组放出容量达到预先设定值；

蓄电池组端电压达到预设终止电压。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，监控单元在峰放过程结束后，控制整流器输出电压维持在蓄电池组峰放结束时的电压，以使蓄电池组处于既不充电也不放电的状态。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，监控单元在以下任意一个条件成立后结束谷充过程：

谷充过程结束时间到；

蓄电池组充入容量达到放出容量的预设倍数；

蓄电池组已经充满电；

均衡充电模式下达到预设的均充时间。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，监控单元在第一类异常事件、第二类异常事件、或者第三类异常事件发生时，中止峰放和谷充循环过程；

第一类异常事件包括：市电电网停电、市电电网交流不稳定、电压超限、频率超限、缺相；

第二类异常事件包括：监控单元故障、整流器故障、高温告警、风扇告警、通讯告警；

第三类异常事件包括：蓄电池组容量低于预设值、蓄电池组端电压低于预设值。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，监控单元在启动峰放过程或谷充过程之前还判断以下条件是否满足，在以下条件均满足时再启动峰放过程或谷充过程：

在预设时间内市电电网没有停电纪录且电气参数正常；

在预设时间内所述通信电源错峰储能系统没有故障且输出正常；

在预设时间内蓄电池组没有异常充放电纪录；

监控单元没有发出中止峰放和谷充循环过程的指令。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

蓄电池质量在线实时监测单元，用于实时监测蓄电池组的工况，在蓄电池组或单体电池出现电压异常、温度异常或容量异常时，中止峰放和谷充的循环过程。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，峰放过程设置在电网峰值时段的后段，谷充过程设置在电网谷值时段的前段。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：管理单元，用于统计错峰储能历史数据和设置错峰储能参数。