CN110797971A - 一种常火供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种常火供电系统，使得路灯线路能够24小时持续为5G小微基站供电，所述常火供电系统包括RTU设备、变压控制设备、智能管理控制设备、5G小微基站/其它物联网设备、通讯模块、高压交流400V电源和夜晚市电220V电源；所述常火供电系统夜晚采用原有路灯线路的220V交流电源供电，当白天路灯控制箱断开路灯线路的220V电压时，变压控制设备会将路灯箱内交流400V电源变压为直流36V安全电压，并自动将36V安全电压切换给路灯线路进行供电，从而给5G小微基站及其它大功率物联网设备进行白天供电。
Description
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，具体涉及到一种常火供电系统。
背景技术
移动通信自20世纪80年代诞生以来，经过三十多年的爆发式增长，已成为连接人类社会的基础信息网络。移动通信的发展不仅深刻改变了人们的生活方式，而且已成为推动国民经济发展、提供社会信息化水平的重要引擎。如今，未来的第五代移动通信(5G)已成为全球研发热点，中国制造2025规划纲要中明确提出，要全面突破第五代移动通信(5G)技术。5G组网采用宏站微站结合的方式，原有4G宏站作为5G宏站覆盖的基础，在此基础上只会适量增加，但是为了满足各类业务的需要，站点会离人越来越近，从而5G小微基站数量将会呈现几何式的增加。如果依然遵循原来的基站建设方式，无论是成本还是速度方面，都很难实现5G网络的快速建设，同时5G小微基站相比原有4G小微基站的整体功耗提升了数倍，如仍采用铁锂电池方案进行供电，因为功耗的成倍增加，锂电池的数量也需相应的大量增加，会大大增加建设成本，同时大量锂电池也会使整个系统的安全性降低，从而5G小微基站急需一个具有稳定电源供应和分布密集的站址资源，而路灯具有位置及供电系统两大优势，可解决5G小微基站建设的两个最大问题：布点及供电。
发明内容
为解决上述问题，本发明使用新型RTU、变压控制设备和智能管理控制设备，构建出一套24小时常火供电管理系统，让路灯线路可以24小时持续为5G小微基站供电，降低基站的建设成本，提升基站建设的速度。同时24小时常火供电管理系统也可为其他大功耗的物联网设备、监控设备提供稳定的电源，从而通过24小时常火供电管理系统的建设，路灯杆将成为5G网络建设和智慧城市发展的重要基础环节，市场前景非常广阔。
本发明具体为一种常火供电系统，所述常火供电系统使得路灯线路能够24小时持续为5G小微基站供电，所述常火供电系统包括RTU设备、变压控制设备、智能管理控制设备、5G小微基站/其它物联网设备、通讯模块、高压交流400V电源和夜晚市电220V电源，所述RTU设备和所述高压交流400V电源连接到所述变压控制设备，所述变压控制设备连接到所述智能管理控制设备，所述夜晚市电220V电源连接到所述智能管理控制设备，所述智能管理控制设备与所述5G小微基站/其它物联网设备双向连接，所述智能管理控制设备还与所述通讯模块双向连接；
所述常火供电系统夜晚采用原有路灯线路的220V交流电源供电，当白天路灯控制箱断开路灯线路的220V电压时，变压控制设备会将路灯箱内交流400V电源变压为直流36V安全电压，并自动将36V安全电压切换给路灯线路进行供电，从而给5G小微基站及其它大功率物联网设备进行白天供电；
所述RTU设备在白天路灯线路断电时控制变压控制设备将交流400V电压转换为36V安全电压；
所述智能管理控制设备会自动检测线路当前电源性质和电压幅值，并根据电压的不同分别控制不同设备给5G小微基站及其他物联网设备供电；
所述智能管理控制设备通过所述通讯模块接受RTU远程控制指令，并能将5G小微基站及其他物联网设备的状态和用电量上传给后台控制软件。
进一步的，所述RTU设备具有无线通讯接口，能够根据远程指令控制线路供电通断。
进一步的，所述智能管理控制设备具有无线通讯接口，带有备用锂电池，能够自动检测线路电压状态并完成分配，自动检测线路故障并完成上报，自动检测5G小微基站和其它物联网设备的状态和用电量并上报，能够实时控制路灯开关的智能控制终端；通过与RTU和变压控制设备进行配合，实现路灯线路24小时常火供电。
进一步的，所述RTU设备和所述智能管理控制设备采用4G和LoRa双套通讯机制。
进一步的，所述常火供电系统电路包括基站电源切换柜部分和基站电源部分，所述基站电源切换柜部分控制电路包括继电器KM1、继电器KM2、继电器1KM、断路器QF1、断路器QF2、断路器QF3、断路器QF、时间继电器KA1、时间继电器KA2和交直流变换模块。
进一步的，所述继电器KM1和所述继电器KM2实现电气互锁；当需要从交流电源切换至直流电源时，闭合QF1，1KM断开，时间继电器KA1与KA2线圈失电，KA1常开点瞬时断开，KA2常闭点延时2S闭合，以确保在KM1完全断开后再闭合KM2；当需要从直流电源切换至交流电源时，1KM吸合，时间继电器KA1与KA2线圈得电，KA2常闭点瞬时断开，KA1常开点延时2S闭合，以确保在KM2完全断开后再闭合KM1。
进一步的，所述基站电源部分包括DSP控制器、半桥DCDC变换器、滤波器、EMI辅助电源、功率因数校正模块、BOOST升压模块、告警及故障输出模块、RS485通讯模块和LED显示模块。
本发明的有益效果是：通过24小时常火供电管理系统的建设，路灯杆将成为5G网络建设和智慧城市发展的重要基础环节，市场前景非常广阔；智能管理控制设备能够对挂载在路灯杆上的小微基站的状态和用电量进行实施监控，也能对其上挂载的物联网设备进行统一的电源管理。从而优化设备用电，节约资源，也可以按时按量进行收费，创造出巨大的利益。
附图说明
图1为本发明一种常火供电系统的结构示意图；
图2为本发明一种常火供电系统的线路连接示意图；
图3为本发明基站电源切换柜的电气原理图；
图4为本发明基站电源的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明一种常火供电系统的具体实施方式做详细阐述。
如图1所示，本发明一种常火供电系统，使得路灯线路能够24小时持续为5G小微基站供电，所述常火供电系统包括RTU设备、变压控制设备、智能管理控制设备、5G小微基站/其它物联网设备、通讯模块、高压交流400V电源和夜晚市电220V电源，所述RTU设备和所述高压交流400V电源连接到所述变压控制设备，所述变压控制设备连接到所述智能管理控制设备，所述夜晚市电220V电源连接到所述智能管理控制设备，所述智能管理控制设备与所述5G小微基站/其它物联网设备双向连接，所述智能管理控制设备还与所述通讯模块双向连接。所述常火供电系统夜晚采用原有路灯线路的220V交流电源供电，当白天路灯控制箱断开路灯线路的220V电压时，变压控制设备会将路灯箱内交流400V电源变压为直流36V安全电压，并自动将36V安全电压切换给路灯线路进行供电，从而给5G小微基站及其它大功率物联网设备进行白天供电；所述RTU设备在白天路灯线路断电时控制变压控制设备将交流400V电压转换为36V安全电压；所述智能管理控制设备会自动检测线路当前电源性质和电压幅值，并根据电压的不同分别控制不同设备给5G小微基站及其他物联网设备供电；所述智能管理控制设备通过所述通讯模块接受RTU远程控制指令，并能将5G小微基站及其他物联网设备的状态和用电量上传给后台控制软件。
现有路灯供电体系出于安全和维护等方面的考虑，实行的是夜晚供电白天断电的方案，本发明通过新型RTU、变压控制设备和智能管理控制设备可以构建成一套安全可靠的常火供电系统。夜晚，5G小微基站仍然使用原有路灯线路的220V进行供电，不改变原有的路灯夜晚维护模式。当白天路灯控制箱断开路灯线路的220V电压时，变压控制设备会将路灯箱内交流400V变压为直流36V安全电压，并自动将36V安全电压切换给路灯线路进行供电，从而给5G小微基站和其他大功率物联网设备白天进行供电。综上所述路灯线路白天为36V直流供电，夜晚为220V交流供电。为了方便5G小微基站和其他大功率物联网设备的挂载，本系统的智能管理设备会自动检测线路当前电源性质和电压幅值，并自动调用相应模块为5G小微基站或其他大功率设备进行供电。同时智能管理控制设备也可以控制路灯的开关，当白天路灯线路有36V的供电时，钠灯也不会闪烁。
同时新型RTU和智能管理控制设备采用4G和LoRa双套通讯机制，智能管理控制设备会对路灯线路进行实时监测，当发现线路出现故障或者相关安全问题时，能及时发送指令给新型RTU，控制RTU会将相关故障上报，对于紧急情况RTU会控制相关设备进行断电。智能管理控制设备本身带有备用锂电池，在断电情况下也可以持续对相关线路进行监测，当发现故障排除后，立即通知新型RTU，RTU会控制相关设备重新给相关线路进行供电，从而提升整个路灯线路线路的安全可靠性，也便于路灯的故障维护。同时智能管理控制设备能够对挂载在路灯杆上的小微基站的状态和用电量进行实施监控，也能对其上挂载的物联网设备进行统一的电源管理。
常火供电管理系统由基站电源切换柜(路灯配电箱侧)以及基站电源(路灯侧)两部分组成，如图2所示。
表1常火供电管理系统组成
基站电源切换柜的电气原理图如图3所示，由路灯配电箱内的路灯控制器信号控制KM1与KM2的分合闸。
(1)交流换直流
闭合QF1，当1KM断开时，时间继电器KA1与KA2线圈失电，KA1常开点瞬时断开，KA2常闭点延时2S闭合，以确保在KM1完全断开后再闭合KM2。
(2)直流换交流
当1KM吸合时，时间继电器KA1与KA2线圈得电，KA2常闭点瞬时断开，KA1常开点延时2S闭合，以确保在KM2完全断开后再闭合KM1。
(3)KM1和KM2电气互锁。
(4)设备性能：
内置主动式PFC，功率因素>0.95，效率高达91％；有短路保护/过载保护/过电压保护/过热保护/风扇报警等多种保护模式；输出电压可动态调整；输出电流可动态调整。
基站电源的原理框图如图4所示：
(1)输入上电
整个系统的辅助供电由蓄电池提供，当辅助电源供电正常，DSP控制系统开始工作，通过三相交流输入电压检测及一路直流输入电压检测判断A、B、C及N线上的电压状态，来选择需要闭合的继电器对后级电路供电。
(2)交流转直流输出(AC-DC)
初始状态，所有继电器断开，当DSP控制系统判断为交流输入时，闭合交流继电器，DSP控制系统控制交流转直流电源开始工作，同时会根据蓄电池电压及充放电状态，进行电池管理(包括均充，浮充，保护等功能)
(3)直流转直流输出(DC-DC)
当DSP控制系统判断为直流输入时，闭合直流继电器，DSP控制系统控制直流转直流电源开始工作，同时也会根据蓄电池电压及充放电状态，进行电池管理(包括均充，浮充，保护等功能)
(4)输入交直流转换
1)输入交流转交流(缺相或过欠压)，假设当前供电为A相，已闭合的继电器为S1，当DSP检测到A相电压为0、欠压或过压三种情况中的任意一种时，控制当前闭合的继电器S1断开，AC-DC进入关机流程，同时检测B相和C相交流电压，通过已制定的控制策略，来选择闭合S2或S3，然后重新开始AC-DC开机流程。
2)输入交流转直流(交流断电，直流上电)，假设当前供电为A相，已闭合的继电器为S1，当DSP检测到A相电压为0，控制当前闭合的继电器S1断开，AC-DC进入关机流程，检测三相交流电压均为0，同时检测到直流电压达到可供电状态，通过已制定的控制策略，依次闭合S4，S5，S6，然后开始DC-DC开机流程。
3)输入直流转交流(直流断电，交流上电)，假设当前为直流供电状态，则此时S1，S2，S3断开，S4，S5，S6闭合，当DSP检测到直流供电电压下降至0，控制当前闭合的继电器S4，S5，S6断开，DC-DC进入关机流程，然后检测A，B，C三相交流电压，当至少有一相达到可供电状态，通过已制定的控制策略，闭合S1，S2，S3中的其中一个继电器闭合，再开始AC-DC开机流程。
(5)无输入电压
当DSP检测到无交流输入及直流输入，断开所有输入继电器，后级电源关机，根据已制定的控制策略，可选择是否由蓄电池对负载供电。
(6)状态上报与控制
所有电源工作状态(保护功能)，告警及故障可根据其重要等级以干接点或485通讯的方式上报，同时电源各状态可由上位机在规格范围内进行设置和控制。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (7)
1.一种常火供电系统，其特征在于，所述常火供电系统使得路灯线路能够24小时持续为5G小微基站供电，所述常火供电系统包括RTU设备、变压控制设备、智能管理控制设备、5G小微基站/其它物联网设备、通讯模块、高压交流400V电源和夜晚市电220V电源，所述RTU设备和所述高压交流400V电源连接到所述变压控制设备，所述变压控制设备连接到所述智能管理控制设备，所述夜晚市电220V电源连接到所述智能管理控制设备，所述智能管理控制设备与所述5G小微基站/其它物联网设备双向连接，所述智能管理控制设备还与所述通讯模块双向连接；
所述常火供电系统夜晚采用原有路灯线路的220V交流电源供电，当白天路灯控制箱断开路灯线路的220V电压时，变压控制设备会将路灯箱内交流400V电源变压为直流36V安全电压，并自动将36V安全电压切换给路灯线路进行供电，从而给5G小微基站及其它大功率物联网设备进行白天供电；
所述RTU设备在白天路灯线路断电时控制变压控制设备将交流400V电压转换为36V安全电压；
所述智能管理控制设备会自动检测线路当前电源性质和电压幅值，并根据电压的不同分别控制不同设备给5G小微基站及其他物联网设备供电；
所述智能管理控制设备通过所述通讯模块接受RTU远程控制指令，并能将5G小微基站及其他物联网设备的状态和用电量上传给后台控制软件。
2.根据权利要求1所述的一种常火供电系统，其特征在于，所述RTU设备具有无线通讯接口，能够根据远程指令控制线路供电通断。
3.根据权利要求1所述的一种常火供电系统，其特征在于，所述智能管理控制设备具有无线通讯接口，带有备用锂电池，能够自动检测线路电压状态并完成分配，自动检测线路故障并完成上报，自动检测5G小微基站和其它物联网设备的状态和用电量并上报，能够实时控制路灯开关的智能控制终端；通过与RTU和变压控制设备进行配合，实现路灯线路24小时常火供电。
4.根据权利要求1所述的一种常火供电系统，其特征在于，所述RTU设备和所述智能管理控制设备采用4G和LoRa双套通讯机制。
5.根据权利要求1所述的一种常火供电系统，其特征在于，所述常火供电系统电路包括基站电源切换柜部分和基站电源部分，所述基站电源切换柜部分控制电路包括继电器KM1、继电器KM2、继电器1KM、断路器QF1、断路器QF2、断路器QF3、断路器QF、时间继电器KA1、时间继电器KA2和交直流变换模块。
6.根据权利要求5所述的一种常火供电系统，其特征在于，所述继电器KM1和所述继电器KM2实现电气互锁；当需要从交流电源切换至直流电源时，闭合QF1，1KM断开，时间继电器KA1与KA2线圈失电，KA1常开点瞬时断开，KA2常闭点延时2S闭合，以确保在KM1完全断开后再闭合KM2；当需要从直流电源切换至交流电源时，1KM吸合，时间继电器KA1与KA2线圈得电，KA2常闭点瞬时断开，KA1常开点延时2S闭合，以确保在KM2完全断开后再闭合KM1。
7.根据权利要求5所述的一种常火供电系统，其特征在于，所述基站电源部分包括DSP控制器、半桥DCDC变换器、滤波器、EMI辅助电源、功率因数校正模块、BOOST升压模块、告警及故障输出模块、RS485通讯模块和LED显示模块。
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