CN106849343B - 通信基站用风光柴储独立供电切换系统及供电切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通信基站用风光柴储独立供电切换系统，它包括风力发电机、光伏发电阵列、蓄电池组、柴油发电机组、通信基站负荷、微网监控系统、数字信号处理器、交流负载、DC/AC变流器和可控负载，其中，风力发电机的电能输出端连接第一AC/DC变流器的交流电源输入端，第一AC/DC变流器的直流电源输出端连接第一DC/DC转换器的输入端，光伏发电阵列的电能输出端连接第二DC/DC转换器的输入端，蓄电池组的电能输出端连接第三DC/DC转换器的输入端，柴油发电机组的电能输出端连接第二AC/DC变流器的交流电源输入端；本发明使得柴油机接入或退出系统时，直流母线电压一直维持稳定。

Description

通信基站用风光柴储独立供电切换系统及供电切换方法
技术领域
本发明涉及直流微网系统技术领域，具体涉及一种通信基站用风光柴储独立供电切换系统及供电切换方法。
背景技术
随着手机的普及化，对于移动信号的覆盖面要求也越来越广泛，通信基站的建设渐渐由城市中心遍及到偏远地区。一些偏远地区由于地理位置的限制而难以接入市电，通常我们选择利用当地丰富的风光等资源互补发电。由于风光等自然资源的发电量受气候、季节的影响较大，所以还需加入储能装置蓄电池来稳定整个系统。当蓄电池故障或遇到连续阴雨天，风光发电量和蓄电池储存的电量不能满足负载正常运行时，还需准备柴油机作为辅助电源。但是柴油机每次接入或退出发电系统时，直流母线电压都会受到波动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通信基站用风光柴储独立供电切换系统及供电切换方法，本发明使得柴油机接入或退出系统时，直流母线电压一直维持稳定。
为解决上述技术问题，本发明公开的一种通信基站用风光柴储独立供电切换系统，其特征在于：它包括风力发电机、光伏发电阵列、蓄电池组、柴油发电机组、通信基站负荷、微网监控系统、数字信号处理器、交流负载和可控负载，其中，风力发电机的电能输出端连接第一AC(交流)/DC(直流)变流器的交流电源输入端，第一AC/DC变流器的直流电源输出端连接第一DC/DC转换器的输入端，光伏发电阵列的电能输出端连接第二DC/DC转换器的输入端，蓄电池组的电能输出端连接第三DC/DC转换器的输入端，柴油发电机组的电能输出端连接第二AC/DC变流器的交流电源输入端；
所述第一DC/DC转换器的输出端、第二DC/DC转换器的输出端、第三DC/DC转换器的输出端、第二AC/DC变流器的直流电源输出端、通信基站负荷的电能输入端和微网监控系统的直流母线电压检测端均接入直流母线；
微网监控系统的风力发电机输出功率测量端连接风力发电机的输出功率测量端，微网监控系统的光伏发电阵列输出功率测量端连接光伏发电阵列的输出功率测量端，微网监控系统的蓄电池电量测量端连接蓄电池组的电量测量端，微网监控系统的通信基站负载功率测量端连接通信基站负荷的功率测量端，微网监控系统的交流负载功率测量端连接交流负载的功率测量端；
交流负载的交流电源输入端连接DC/AC变流器的交流电源输出端，DC/AC变流器的直流电源输入端接入直流母线；所述可控负载的电源输入端接入直流母线；
微网监控系统的测量结果输出端连接数字信号处理器的信号输入端，数字信号处理器的第一控制信号输出端连接柴油发电机组的工作状态控制端，数字信号处理器的第二控制信号输出端连接可控负载的控制端。
一种上述通信基站用风光柴储独立供电切换系统的供电切换方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：微网监控系统检测风力发电机、光伏发电阵列和蓄电池组的输出功率总和，微网监控系统检测通信基站负荷和交流负载的实时输出功率之和；
然后，判断风力发电机、光伏发电阵列和蓄电池组的输出功率总和是否≥通信基站负荷和交流负载的实时输出功率之和，如果是，则进入步骤2，如果否，则进入步骤3；
步骤2：开启蓄电池组的第三DC/DC转换器的电压电流双闭环控制模式，该模式为判断风力发电机与光伏发电阵列的输出功率总和是否＞通信基站负荷和交流负载的实时输出功率之和，风力发电机与光伏发电阵列的输出功率总和为PDG，通信基站负荷和交流负载的实时输出功率之和为PL，如果PDG-PL＞0，说明风力发电机与光伏发电阵列的输出功率满足通信基站负荷和交流负载的需求，此时蓄电池组处于充电状态，检测蓄电池组的电量，如果蓄电池组的电量≥自身满电量的90％，则投入可控负载来消耗蓄电池组的剩余能量，如果蓄电池组的电量＜自身满电量的90％，则蓄电池组继续充电；
如果PDG-PL＜0，说明此时风力发电机与光伏发电阵列的输出功率不能满足通信基站负荷和交流负载的需求，此时蓄电池组处于放电状态，检测蓄电池组的电量，如果蓄电池组的电量≤自身满电量的30％，则控制蓄电池组停止放电，并转入步骤3；如果蓄电池组的电量＞自身满电量的30％则控制蓄电池组继续放电；
步骤3：控制柴油发电机组启动，开启蓄电池组的第三DC/DC转换器的电流单闭环控制模式，得到柴油发电机组的柴油机输出功率Pde，此时柴油发电机组为通信基站负荷和交流负载供电，柴油发电机组为蓄电池组充电，即Pb＝Pde-PL，Pb为蓄电池的输入功率，同时检测蓄电池组的电量，如果蓄电池组的电量≥自身满电量的90％，则蓄电池组停止充电，并转入步骤2；如果蓄电池组的电量＜自身满电量的90％则蓄电池组继续充电。
本发明提供的通信基站用风光柴储供电系统的无缝切换方案把风能、太阳能、蓄电池和柴油机有绪的结合起来，解决了偏远地区通信基站供电困难的问题。同时根据柴油机接入或退出系统来切换蓄电池端变流器的控制模式，有效地维持了直流母线电压的稳定，保证了基站电源的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明无缝切换方案的流程图。
其中，1—风力发电机、2—光伏发电阵列、3—蓄电池组、4—柴油发电机组、5—通信基站负荷、6—微网监控系统、7—第一AC/DC变流器、8—第一DC/DC转换器、9—直流母线、10—第二DC/DC转换器、11—第三DC/DC转换器、12—第二AC/DC变流器、13—数字信号处理器、14—DC/AC变流器、15—可控负载、16—交流负载。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明的通信基站用风光柴储独立供电切换系统，如图1～2所示，它包括风力发电机1、光伏发电阵列2、蓄电池组3、柴油发电机组4、通信基站负荷5(基站电源等级为48V)、微网监控系统6、数字信号处理器13、交流负载16和可控负载15，其中，风力发电机1的电能输出端连接第一AC/DC变流器7的交流电源输入端，第一AC/DC变流器7的直流电源输出端连接第一DC/DC转换器8的输入端，光伏发电阵列2的电能输出端连接第二DC/DC转换器10的输入端，蓄电池组3的电能输出端连接第三DC/DC转换器11的输入端，柴油发电机组4的电能输出端连接第二AC/DC变流器12的交流电源输入端；
所述第一DC/DC转换器8的输出端、第二DC/DC转换器10的输出端、第三DC/DC转换器11的输出端、第二AC/DC变流器12的直流电源输出端、通信基站负荷5的电能输入端和微网监控系统6的直流母线电压检测端均接入直流母线9；
微网监控系统6的风力发电机输出功率测量端连接风力发电机1的输出功率测量端，微网监控系统6的光伏发电阵列输出功率测量端连接光伏发电阵列2的输出功率测量端，微网监控系统6的蓄电池电量测量端连接蓄电池组3的电量测量端，微网监控系统6的通信基站负载功率测量端连接通信基站负荷5的功率测量端，微网监控系统6的交流负载功率测量端连接交流负载16的功率测量端；
交流负载16的交流电源输入端连接DC/AC变流器14的交流电源输出端，DC/AC变流器14的直流电源输入端接入直流母线9；所述可控负载15的电源输入端接入直流母线9；
微网监控系统6的测量结果输出端连接数字信号处理器13的信号输入端，数字信号处理器13的第一控制信号输出端连接柴油发电机组4的工作状态控制端，数字信号处理器13的第二控制信号输出端连接可控负载15的控制端。
上述技术方案中，所述数字信号处理器13的第三控制信号输出端连接第三DC/DC转换器11的控制端，数字信号处理器13通过控制第三DC/DC转换器11中开关管的通断来控制蓄电池组3的充电或放电。
通信基站风光柴储独立供电系统的无缝切换方案分为如下两种情况：当柴油发电机组4无需接入系统时，即风力发电机1、光伏发电阵列2和蓄电池组3储存的电能总和能满足负荷需求时，此时蓄电池组3双向变流器采用电压电流双闭环控制。这种情况中，风力发电机1和光伏发电阵列2始终工作在最大功率输出模式，蓄电池组3作为稳压源来维持直流母线电压稳定。当柴油发电机组4接入系统时，即风力发电机1和光伏发电阵列2总发电量和蓄电池组3存储的电能总和已经不能满足负荷需求了，此时蓄电池组3端第三DC/DC转换器11采用电流单闭环控制。这种情况下，由柴油发电机组4作为电压源来维持直流母线电压稳定，同时为负载供电并为蓄电池组3充电。
当柴油发电机组4未接入系统时，第三DC/DC转换器11采用双闭环控制。通过给定48V电压(基站电源等级为48V)与采集到的直流母线电压相比较，其差量经PI(比例积分)调节限幅后作为蓄电池电流的参考信号，再将其与实际蓄电池电流进行比较，得到的差值通过PI调节后通过调制器得到PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)波去控制第三DC/DC转换器11的开关管，这种情况下由蓄电池做稳压源维持直流母线电压稳定。当柴油机接入系统后，第三DC/DC转换器11采用电流单闭环控制。根据蓄电池最佳充电曲线来设定蓄电池充电电流的给定值，将其与实际采样的蓄电池电流值对比，得到的差值经PI调节后通过调制器得到PWM波来控制双向DC/DC的开关管。此时柴油机作为稳压源来维持直流母线恒定。
一种上述通信基站用风光柴储独立供电切换系统的供电切换方法，它包括如下步骤：
步骤1：微网监控系统6检测风力发电机1、光伏发电阵列2和蓄电池组3的输出功率总和，微网监控系统6检测通信基站负荷5和交流负载16的实时输出功率之和；
然后，判断风力发电机1、光伏发电阵列2和蓄电池组3的输出功率总和是否≥通信基站负荷5和交流负载16的实时输出功率之和，如果是，则进入步骤2，如果否，则进入步骤3；
步骤2：开启蓄电池组3的第三DC/DC转换器11的电压电流双闭环控制模式，该模式为判断风力发电机1与光伏发电阵列2的输出功率总和是否＞通信基站负荷5和交流负载16的实时输出功率之和，风力发电机1与光伏发电阵列2的输出功率总和为PDG，通信基站负荷5和交流负载16的实时输出功率之和为PL，如果PDG-PL＞0，说明风力发电机1与光伏发电阵列2的输出功率满足通信基站负荷5和交流负载16的需求，此时蓄电池组3处于充电状态，检测蓄电池组3的电量，如果蓄电池组3的电量≥自身满电量的90％，则投入可控负载15来消耗蓄电池组3的剩余能量，如果蓄电池组3的电量＜自身满电量的90％，则蓄电池组3继续充电；
如果PDG-PL＜0，说明此时风力发电机1与光伏发电阵列2的输出功率不能满足通信基站负荷5和交流负载16的需求，此时蓄电池组3处于放电状态，检测蓄电池组3的电量，如果蓄电池组3的电量≤自身满电量的30％，则控制蓄电池组3停止放电，并转入步骤3；如果蓄电池组3的电量＞自身满电量的30％则控制蓄电池组(3)继续放电；
步骤3：控制柴油发电机组4启动，开启蓄电池组3的第三DC/DC转换器11的电流单闭环控制模式，得到柴油发电机组4的柴油机输出功率Pde，此时柴油发电机组4为通信基站负荷5和交流负载16供电，柴油发电机组4为蓄电池组3充电，即Pb＝Pde-PL，Pb为蓄电池的输入功率，同时检测蓄电池组3的电量，如果蓄电池组3的电量≥自身满电量的90％，则蓄电池组3停止充电，并转入步骤2；如果蓄电池组3的电量＜自身满电量的90％则蓄电池组3继续充电。
上述技术方案的步骤1中，微网监控系统6将检测得到的风力发电机1、光伏发电阵列2和蓄电池组3的输出功率总和，以及通信基站负荷5和交流负载16的实时输出功率之和发送给数字信号处理器13；
数字信号处理器13判断风力发电机1、光伏发电阵列2和蓄电池组3的输出功率总和是否≥通信基站负荷5和交流负载16的实时输出功率之和。
上述技术方案的步骤2和步骤3中数字信号处理器13通过控制第三DC/DC转换器11中开关管的通断，控制蓄电池组3的充电或放电。
上述技术方案的步骤2中，数字信号处理器13控制可控负载15工作来消耗蓄电池组3的剩余能量。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种通信基站用风光柴储独立供电切换系统的供电切换方法，通信基站用风光柴储独立供电切换系统包括风力发电机(1)、光伏发电阵列(2)、蓄电池组(3)、柴油发电机组(4)、通信基站负荷(5)、微网监控系统(6)、数字信号处理器(13)、交流负载(16)和可控负载(15)，其中，风力发电机(1)的电能输出端连接第一AC/DC变流器(7)的交流电源输入端，第一AC/DC变流器(7)的直流电源输出端连接第一DC/DC转换器(8)的输入端，光伏发电阵列(2)的电能输出端连接第二DC/DC转换器(10)的输入端，蓄电池组(3)的电能输出端连接第三DC/DC转换器(11)的输入端，柴油发电机组(4)的电能输出端连接第二AC/DC变流器(12)的交流电源输入端；
所述第一DC/DC转换器(8)的输出端、第二DC/DC转换器(10)的输出端、第三DC/DC转换器(11)的输出端、第二AC/DC变流器(12)的直流电源输出端、通信基站负荷(5)的电能输入端和微网监控系统(6)的直流母线电压检测端均接入直流母线(9)；
微网监控系统(6)的风力发电机输出功率测量端连接风力发电机(1)的输出功率测量端，微网监控系统(6)的光伏发电阵列输出功率测量端连接光伏发电阵列(2)的输出功率测量端，微网监控系统(6)的蓄电池组电量测量端连接蓄电池组(3)的电量测量端，微网监控系统(6)的通信基站负荷功率测量端连接通信基站负荷(5)的功率测量端，微网监控系统(6)的交流负载功率测量端连接交流负载(16)的功率测量端；
交流负载(16)的交流电源输入端连接DC/AC变流器(14)的交流电源输出端，DC/AC变流器(14)的直流电源输入端接入直流母线(9)；所述可控负载(15)的电源输入端接入直流母线(9)；
微网监控系统(6)的测量结果输出端连接数字信号处理器(13)的信号输入端，数字信号处理器(13)的第一控制信号输出端连接柴油发电机组(4)的工作状态控制端，数字信号处理器(13)的第二控制信号输出端连接可控负载(15)的控制端；
其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：微网监控系统(6)检测风力发电机(1)、光伏发电阵列(2)和蓄电池组(3)的输出功率总和，微网监控系统(6)检测通信基站负荷(5)和交流负载(16)的实时输出功率之和；
然后，判断风力发电机(1)、光伏发电阵列(2)和蓄电池组(3)的输出功率总和是否≥通信基站负荷(5)和交流负载(16)的实时输出功率之和，如果是，则进入步骤2，如果否，则进入步骤3；
步骤2：开启蓄电池组(3)的第三DC/DC转换器(11)的电压电流双闭环控制模式，该模式为判断风力发电机(1)与光伏发电阵列(2)的输出功率总和是否＞通信基站负荷(5)和交流负载(16)的实时输出功率之和，风力发电机(1)与光伏发电阵列(2)的输出功率总和为PDG，通信基站负荷(5)和交流负载(16)的实时输出功率之和为PL，如果PDG-PL＞0，说明风力发电机(1)与光伏发电阵列(2)的输出功率满足通信基站负荷(5)和交流负载(16)的需求，此时蓄电池组(3)处于充电状态，检测蓄电池组(3)的电量，如果蓄电池组(3)的电量≥自身满电量的90％，则投入可控负载(15)来消耗蓄电池组(3)的剩余能量，如果蓄电池组(3)的电量＜自身满电量的90％，则蓄电池组(3)继续充电；
如果PDG-PL＜0，说明此时风力发电机(1)与光伏发电阵列(2)的输出功率不能满足通信基站负荷(5)和交流负载(16)的需求，此时蓄电池组(3)处于放电状态，检测蓄电池组(3)的电量，如果蓄电池组(3)的电量≤自身满电量的30％，则控制蓄电池组(3)停止放电，并转入步骤3；如果蓄电池组(3)的电量＞自身满电量的30％则控制蓄电池组(3)继续放电；
步骤3：控制柴油发电机组(4)启动，开启蓄电池组(3)的第三DC/DC转换器(11)的电流单闭环控制模式，得到柴油发电机组(4)的柴油机输出功率Pde，此时柴油发电机组(4)为通信基站负荷(5)和交流负载(16)供电，柴油发电机组(4)为蓄电池组(3)充电，即Pb＝Pde-PL，Pb为蓄电池的输入功率，同时检测蓄电池组(3)的电量，如果蓄电池组(3)的电量≥自身满电量的90％，则蓄电池组(3)停止充电，并转入步骤2；如果蓄电池组(3)的电量＜自身满电量的90％则蓄电池组(3)继续充电。
2.根据权利要求1所述的供电切换方法，其特征在于：所述数字信号处理器(13)的第三控制信号输出端连接第三DC/DC转换器(11)的控制端，数字信号处理器(13)通过控制第三DC/DC转换器(11)中开关管的通断，控制蓄电池组(3)的充电或放电。
3.根据权利要求1所述的供电切换方法，其特征在于：所述步骤1中，微网监控系统(6)将检测得到的风力发电机(1)、光伏发电阵列(2)和蓄电池组(3)的输出功率总和，以及通信基站负荷(5)和交流负载(16)的实时输出功率之和发送给数字信号处理器(13)；
数字信号处理器(13)判断风力发电机(1)、光伏发电阵列(2)和蓄电池组(3)的输出功率总和是否≥通信基站负荷(5)和交流负载(16)的实时输出功率之和。
4.根据权利要求1所述的供电切换方法，其特征在于：所述步骤2和步骤3中数字信号处理器(13)通过控制第三DC/DC转换器(11)中开关管的通断来控制蓄电池组(3)的充电或放电。
5.根据权利要求1所述的供电切换方法，其特征在于：所述步骤2中，数字信号处理器(13)控制可控负载(15)工作来消耗蓄电池组(3)的剩余能量。
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