CN111817864A - 通信基站能源控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种通信基站能源控制系统，包括能源综合控制模块、交流配电单元、基站环境设备、锂电池组、双向变流器、通信负荷分路及直流通信设备；能源综合控制模块与交流配电单元、基站环境设备、双向变流器、锂电池组及通信负荷分路均双向通信；能源综合控制模块包括壳体及设置于壳体内的一块或多块电路板；电路板上设置有供电单元、电磁兼容单元、控制器、电压互锁单元、温度信号输入接口、开关驱动单元、存储器、显示接口、通信接口、干接点、均衡控制单元、电压采集接口及电流采集接口。如此集成监控、控制、通信协调、数据存储等功能于一体、集成度高、占地空间小、便于维护。

Description

通信基站能源控制系统
技术领域
本发明涉及通信基站电源技术领域，特别是一种通信基站能源控制系统。
背景技术
传统基站能源供应为市电接入，电池组作为后备电源在市电断电时接入系统，保障通信设备正常运转。
能源控制系统是基站能源供给的中心，设计合理高效的能源控制系统对整个通信基站的安全稳定运行有着重要作用。现有的基站能源控制系统为各个子系统相互独立的多层结构，相互之间使用各自的通讯方式进行信号传递。这种控制系统在基站这种复杂环境中控制命令传输路线较复杂，信号易丢失。设备集成度较低，占地空间大，线路复杂，维护成本高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种集成监控、控制、通信协调、数据存储等功能于一体、集成度高、占地空间小、便于维护的通信基站能源控制系统，以解决上述问题。
一种通信基站能源控制系统，包括能源综合控制模块、与外部电网连接的交流配电单元、基站环境设备、锂电池组、与交流配电单元、基站环境设备及锂电池组均连接的双向变流器、与双向变流器及锂电池组均连接的通信负荷分路及与通信负荷分路连接的直流通信设备；能源综合控制模块与交流配电单元、基站环境设备、双向变流器、锂电池组及通信负荷分路均双向通信；能源综合控制模块包括壳体及设置于壳体内的一块或多块电路板；电路板上设置有供电单元、电磁兼容单元、控制器、电压互锁单元、温度信号输入接口、开关驱动单元、存储器、显示接口、通信接口、干接点、均衡控制单元、电压采集接口及电流采集接口；供电单元为电路板上的控制器、电压互锁单元、温度信号输入接口、开关驱动单元、存储器、显示接口、通信接口、干接点、均衡控制单元、电压采集接口及电流采集接口供电；控制器与电压互锁单元、温度信号输入接口、开关驱动单元、存储器、显示接口、通信接口、干接点、均衡控制单元、电压采集接口及电流采集接口均连接；控制器的软件层具有锂电池组电量测算模块、锂电池组状态监测模块、故障诊断模块、电能管理模块、充放电管理模块、工作模式管理模块、均衡管理模块、热管理模块、开关控制模块、通信协议匹配模块、数据采集模块。
进一步地，所述基站环境设备及直流通信设备组成基站负载，直流通信设备内设置有工作温度感应器及变频散热风扇，直流通信设备的附近设置有环境温度感应器，基站环境设备包括空调或变频风扇；能源综合控制模块与工作温度感应器、环境温度感应器、直流通信设备的变频散热风扇、空调或变频风扇均连接。
进一步地，所述温度信号输入接口与工作温度感应器及环境温度感应器均连接。
进一步地，所述直流通信设备为NODE-B、收发信机BTS或光端机SDH。
进一步地，所述交流配电单元具有开关单元，开关驱动单元与开关单元连接。
进一步地，所述开关单元为继电器、接触器或机械开关。
进一步地，所述锂电池组包括多个电池单元及与每一电池单元对应连接的电池管理单元，能源综合控制模块通过控制器局域网总线与每一电池管理单元通信。
进一步地，所述显示接口与一显示单元连接，显示单元为触摸屏。
与现有技术相比，本发明的通信基站能源控制系统包括能源综合控制模块、与外部电网连接的交流配电单元、基站环境设备、锂电池组、与交流配电单元、基站环境设备及锂电池组均连接的双向变流器、与双向变流器及锂电池组均连接的通信负荷分路及与通信负荷分路连接的直流通信设备；能源综合控制模块与交流配电单元、基站环境设备、双向变流器、锂电池组及通信负荷分路均双向通信；能源综合控制模块包括壳体及设置于壳体内的一块或多块电路板；电路板上设置有供电单元、电磁兼容单元、控制器、电压互锁单元、温度信号输入接口、开关驱动单元、存储器、显示接口、通信接口、干接点、均衡控制单元、电压采集接口及电流采集接口；供电单元为电路板上的控制器、电压互锁单元、温度信号输入接口、开关驱动单元、存储器、显示接口、通信接口、干接点、均衡控制单元、电压采集接口及电流采集接口供电；控制器与电压互锁单元、温度信号输入接口、开关驱动单元、存储器、显示接口、通信接口、干接点、均衡控制单元、电压采集接口及电流采集接口均连接；控制器的软件层具有锂电池组电量测算模块、锂电池组状态监测模块、故障诊断模块、电能管理模块、充放电管理模块、工作模式管理模块、均衡管理模块、热管理模块、开关控制模块、通信协议匹配模块、数据采集模块。如此集成监控、控制、通信协调、数据存储等功能于一体、集成度高、占地空间小、便于维护。
附图说明
以下结合附图描述本发明的实施例，其中：
图1为本发明提供的通信基站能源控制系统的框架示意图。
图2为本发明提供的通信基站能源控制系统的原理示意图。
图3为图1中的能源综合控制模块的方框示意图。
图4为图3中的控制器的软件层的示意图。
具体实施方式
以下基于附图对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
请参考图1，本发明提供的通信基站能源控制系统包括能源综合控制模块10、与外部电网连接的交流配电单元20、基站环境设备41、锂电池组50、与交流配电单元20、基站环境设备41及锂电池组50均连接的双向变流器(PCS)30、与双向变流器30及锂电池组50均连接的通信负荷分路60及与通信负荷分路60连接的直流通信设备42。
通信负荷分路60由空气开关、继电器、接触器和信号检测单元组成，信号检测单元检测这些空气开关、继电器、接触器处于断开状态还是接通状态。
能源综合控制模块10与交流配电单元20、基站环境设备41、双向变流器30、锂电池组50及通信负荷分路60均双向通信。
基站环境设备41及直流通信设备42组成基站负载40。直流通信设备42为基站通信的主要工作设备，如NODE-B、收发信机BTS、光端机SDH，直流通信设备42内设置有变频散热风扇；基站环境设备41为空调、变频风扇、照明灯等用于改善环境的独立设备。
在电网用电波谷时段，交流配电单元20与双向变流器30配合，将外部交流电转换为直流电，给锂电池组50充电；在电网用电波峰时段，交流配电单元20与双向变流器30配合，将锂电池组50的直流电转换为交流电，反馈给电网。
交流配电单元20、双向变流器30及锂电池组50可根据基站负载40、通信负荷分路60或直流通信设备42的用电需求，对应地将直流电或交流电提供给基站负载40、通信负荷分路60或直流通信设备42，从而为其供电。
请参考图2，交流配电单元20具有开关单元21，如继电器、接触器、机械开关等。
能源综合控制模块10可控制交流配电单元20的开关单元21导通或断开；控制双向变流器30的工作模式，如将交流电转换为直流电，或将直流电转换为交流电。
直流通信设备42内还设置有工作温度感应器，直流通信设备42的附近还设置有环境温度感应器；能源综合控制模块10与工作温度感应器、环境温度感应器、直流通信设备42的变频散热风扇及空调或变频风扇均连接。
能源综合控制模块10根据工作温度感应器反馈的温度信号调节变频散热风扇的转速，从而使得直流通信设备42内的工作温度低于一第一温度预定值。
能源综合控制模块10根据环境温度感应器反馈的温度信号调节空调的输出温度或变频风扇的转速，从而使得直流通信设备42附近的环境温度低于一第二温度预定值。
锂电池组50包括多个电池单元51及与每一电池单元51对应连接的电池管理单元(BMU)52，能源综合控制模块10通过控制器局域网总线(CAN BUS)与每一电池管理单元52通信。
请参考图3，能源综合控制模块10包括壳体101及设置于壳体101内的一块或多块电路板。
电路板上设置有供电单元102、电磁兼容单元103、控制器104、电压互锁单元105、温度信号输入接口106、开关驱动单元107、存储器108、显示接口109、通信接口110、干接点111、均衡控制单元112、电压采集接口113及电流采集接口114。
供电单元102将外部输入的直流电压转换为不同电压的直流电，从而为电路板上的控制器104、电压互锁单元105、温度信号输入接口106、开关驱动单元107、存储器108、显示接口109、通信接口110、干接点111、均衡控制单元112、电压采集接口113及电流采集接口114供电。本实施方式中，供电单元102为双回路供电单元，分别为：电网交流电转换为直流电进行供电和锂电池组电压转换供电。
电磁兼容单元103用于减少电磁干扰，如抗干扰电容、抗干扰电感、滤波器等。
控制器104与电压互锁单元105、温度信号输入接口106、开关驱动单元107、存储器108、显示接口109、通信接口110、干接点111、均衡控制单元112、电压采集接口113及电流采集接口114均连接。
电压互锁单元105在高电压、大电流的插头插接位置，用低电压控制回路确认插接效果。当检测到回路异常时，降低工作功率或切断高压回路，并进行报警。
具体地，电压互锁单元105使用低电压连接线与插接头连接，在断开插接头之前先断开低电压连接线，电压信号反馈给控制器104，控制器104对应进行处理及保护动作。
温度信号输入接口106与工作温度感应器1061及环境温度感应器1062均连接，以将对应的温度信号传输给控制器104。
开关驱动单元107与开关单元21连接，以驱动开关单元21导通或断开。
存储器108用于存储设置的参数、侦测或收集的数据。
显示接口109与一显示单元1091连接，显示单元1091用于显示各种参数、数据、图形、报警等。本实施方式中，显示单元为触摸屏，还可进行参数设置、切换双向变流器30的工作模式等。
通信接口110用于与通信负荷分路60连接，进而通过直流通信设备42与外部设备有线或无线通信。通信接口110可连接以太网、CAN BUS、4G无线通信单元、5G无线通信单元，实现多种通讯方式。
干接点111为外部设备或传感器信号接入的接口。
均衡控制单元112用于实现高电压单体锂电池放电，使得高电压单体锂电池保持与模块内其他单体锂电池的电压一致。均衡控制单元112外接放电电阻，在控制器104通过算法计算后，使用小电流进行放电。每一电池单元51内具有多个单体锂电池。
电压采集接口113用于采集交流输入电压、双向变流器输入输出电压、单体锂电池的电压和模组电压等。
电流采集接口114用于采集交流输入电流、双向变流器输入输出电流、模组电流等。
控制器104负责整个系统的数据采集、数据运算、指令/数据处理。
请参考图4，控制器104的软件层具有锂电池组电量测算模块(SOC)121、锂电池组状态监测模块(SOH)122、故障诊断模块123、电能管理模块124、工作模式管理模块125、充放电管理模块126、均衡管理模块127、热管理模块128、开关控制模块129、通信协议匹配模块130、数据采集模块131、信号输入管理模块132及信号输出管理模块133。上述模块通过预设的程序实现。
锂电池组电量测算模块121根据充放电状态、充放电电流、充放电时间，采用安时积分法进行计算，结合当前单体锂电池的电压，测算出锂电池组当前电量。
锂电池组状态监测模块122将当前单体锂电池的电压与锂电池固有充放电模型中的数据进行对比，评估当前锂电池组的健康状态，并最终用百分比进行指示。
数据采集模块131用于收集双向变流器30、锂电池组50、直流通信设备42的的采样电压值、采样电流值，以及工作温度感应器、环境温度感应器输出的温度信号。
故障诊断模块123根据数据采集模块采集的各种数据，将其与预定的参数阈值进行比较，若数据异常则根据预定的故障诊断程序判断双向变流器30、锂电池组50、直流通信设备42的故障原因。
电能管理模块124接收至少一个设置于双向变流器30的直流侧的直流电能表及一个设置于双向变流器30的交流侧的交流电能表的输出数值，计算对应的直流用电量(耗电量)或交流用电量(耗电量)。
充放电管理模块126接收远程设置的充放电指令、电网调度指令、本地设置的充放电指令，输出指令，并改变双向变流器的工作模式，以进行锂电池组的充放电。
工作模式管理模块125用于接收一模式切换指令并切换控制器104的工作模式，如远程控制模式或本地控制模式；
均衡管理模块127根据当前单体锂电池的电压值，输出指令使得均衡控制单元112接通放电电阻，进行小电流放电；
热管理模块128接收工作温度感应器、环境温度感应器输出的温度信号，将其与第一温度预定值或第二温度预定值进行比较，进而输出指令调节变频散热风扇的转速、调节空调的输出温度或变频风扇的转速。
开关控制模块129用于产生开关通断信号。
通信协议匹配模块130用于根据连接的通信设备自动匹配通信协议，如CAN BUS通讯、串口485通讯、TCP\IP通讯、4G\5G通讯方式等。
信号输入管理模块132及信号输出管理模块133用于处理输入信号或输出信号。
其中，电能管理模块124、工作模式管理模块125、充放电管理模块126位于软件层的交互层；锂电池组电量测算模块121、锂电池组状态监测模块122、故障诊断模块123位于软件层的服务层；均衡管理模块127、热管理模块128、开关控制模块129位于软件层的功能层；通信协议匹配模块130、数据采集模块131、信号输入管理模块132及信号输出管理模块133位于软件层的基础层。
与现有技术相比，本发明的通信基站能源控制系统包括能源综合控制模块10、与外部电网连接的交流配电单元20、基站环境设备41、锂电池组50、与交流配电单元20、基站环境设备41及锂电池组50均连接的双向变流器30、与双向变流器30及锂电池组50均连接的通信负荷分路60及与通信负荷分路60连接的直流通信设备42；能源综合控制模块10与交流配电单元20、基站环境设备41、双向变流器30、锂电池组50及通信负荷分路60均双向通信；能源综合控制模块10包括壳体101及设置于壳体101内的一块或多块电路板；电路板上设置有供电单元102、电磁兼容单元103、控制器104、电压互锁单元105、温度信号输入接口106、开关驱动单元107、存储器108、显示接口109、通信接口110、干接点111、均衡控制单元112、电压采集接口113及电流采集接口114；供电单元102为电路板上的控制器104、电压互锁单元105、温度信号输入接口106、开关驱动单元107、存储器108、显示接口109、通信接口110、干接点111、均衡控制单元112、电压采集接口113及电流采集接口114供电；控制器104与电压互锁单元105、温度信号输入接口106、开关驱动单元107、存储器108、显示接口109、通信接口110、干接点111、均衡控制单元112、电压采集接口113及电流采集接口114均连接；控制器的软件层具有锂电池组电量测算模块、锂电池组状态监测模块、故障诊断模块、电能管理模块、充放电管理模块、工作模式管理模块、均衡管理模块、热管理模块、开关控制模块、通信协议匹配模块、数据采集模块。如此集成监控、控制、通信协调、数据存储等功能于一体、集成度高、占地空间小、便于维护。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种通信基站能源控制系统，其特征在于：包括能源综合控制模块、与外部电网连接的交流配电单元、基站环境设备、锂电池组、与交流配电单元、基站环境设备及锂电池组均连接的双向变流器、与双向变流器及锂电池组均连接的通信负荷分路及与通信负荷分路连接的直流通信设备；能源综合控制模块与交流配电单元、基站环境设备、双向变流器、锂电池组及通信负荷分路均双向通信；能源综合控制模块包括壳体及设置于壳体内的一块或多块电路板；电路板上设置有供电单元、电磁兼容单元、控制器、电压互锁单元、温度信号输入接口、开关驱动单元、存储器、显示接口、通信接口、干接点、均衡控制单元、电压采集接口及电流采集接口；供电单元为电路板上的控制器、电压互锁单元、温度信号输入接口、开关驱动单元、存储器、显示接口、通信接口、干接点、均衡控制单元、电压采集接口及电流采集接口供电；控制器与电压互锁单元、温度信号输入接口、开关驱动单元、存储器、显示接口、通信接口、干接点、均衡控制单元、电压采集接口及电流采集接口均连接；控制器的软件层具有锂电池组电量测算模块、锂电池组状态监测模块、故障诊断模块、电能管理模块、充放电管理模块、工作模式管理模块、均衡管理模块、热管理模块、开关控制模块、通信协议匹配模块、数据采集模块。
2.如权利要求1所述的通信基站能源控制系统，其特征在于：所述基站环境设备及直流通信设备组成基站负载，直流通信设备内设置有工作温度感应器及变频散热风扇，直流通信设备的附近设置有环境温度感应器，基站环境设备包括空调或变频风扇；能源综合控制模块与工作温度感应器、环境温度感应器、直流通信设备的变频散热风扇、空调或变频风扇均连接。
3.如权利要求2所述的通信基站能源控制系统，其特征在于：所述温度信号输入接口与工作温度感应器及环境温度感应器均连接。
4.如权利要求2所述的通信基站能源控制系统，其特征在于：所述直流通信设备为NODE-B、收发信机BTS或光端机SDH。
5.如权利要求1所述的通信基站能源控制系统，其特征在于：所述交流配电单元具有开关单元，开关驱动单元与开关单元连接。
6.如权利要求5所述的通信基站能源控制系统，其特征在于：所述开关单元为继电器、接触器或机械开关。
7.如权利要求1所述的通信基站能源控制系统，其特征在于：所述锂电池组包括多个电池单元及与每一电池单元对应连接的电池管理单元，能源综合控制模块通过控制器局域网总线与每一电池管理单元通信。
8.如权利要求1所述的通信基站能源控制系统，其特征在于：所述显示接口与一显示单元连接，显示单元为触摸屏。
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