CN113258557A - 一种高山通信站备用供电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高山通信站备用供电系统及方法，系统包括发电机构、储能电池、功率二极管、第一DC/DC转换器、第二DC/DC转换器和第三DC/DC转换器，各个DC/DC转换器的高压侧与同一条母线相连，第一DC/DC转换器的低压侧与中继站中原有的直流电源网络相连，第二DC/DC转换器的低压侧与储能电池相连，第三DC/DC转换器的低压侧与发电机构相连。方法为根据U1和U3对第一DC/DC转换器进行定低压侧电压控制；对第二DC/DC转换器进行第一复合控制，对第三DC/DC转换器进行第二复合控制。本发明的优点是：对原系统拓扑改动小。采用分级电压控制，避免系统过电压，充分利用光能，避免给原系统电池充电造成电量损失。当光伏发电量小时且储能电池电量不够充足时，可以充分提高DC/DC工作效率。

Description

一种高山通信站备用供电系统及方法
技术领域
本发明涉及供电领域，尤其涉及一种高山通信站备用供电系统及方法。
背景技术
通信直流电源通常采用模块化高频开关整流器，高频开关整流器模块一般为单相220V或三相380V交流输入，模块容量一般为每块20A/48V至50A/48V；高山通信站供电模式为交流单路供电和备用蓄电池供电，且直流电源采用单向充电方式，缺乏蓄电池智能状态检测手段，且在人工放电检测中，存在安全隐患，无法回馈电网，不利于节能减排。采用交流单路供电方式时，在交流供电中断，直流供电不可靠的情况下容易引起通信链路传输中断，不利于电网安全运行。
发明内容
本发明主要解决现有的高山通信站供电方案，在交流供电中断，直流供电不可靠的情况下容易引起通信链路传输中断，不利于电网安全运行的问题，提供了一种直接外接在原有系统上，对原有系统干扰少，提高供电可靠性的高山通信站备用供电系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种高山通信站备用供电系统，包括发电机构、储能电池、功率二极管、第一DC/DC转换器、第二DC/DC转换器和第三DC/DC转换器，各个DC/DC转换器的高压侧与同一条母线相连，所述第一DC/DC转换器的低压侧与中继站中原有的直流电源网络相连，第二DC/DC转换器的低压侧与储能电池相连，第三DC/DC转换器的低压侧与发电机构相连。
通过第一DC/DC转换器与原有的直流电源网络相连，对原系统拓扑改动小。
作为上述方案的一种优选方案，还包括用于控制储能电池温度的温控机构。对储能电池温度进行调节，避免高山低温影响储能电池容量。
作为上述方案的一种优选方案，所述发电机构为太阳能发电机构和风力发电机构中的一种或多种。
对应的，本发明还提供一种高山通信站供电方法，用于上述高山通信站备用供电系统，根据母线电压U1和第二DC/DC转换器低压侧电压U3对第一DC/DC转换器进行定低压侧电压控制；对第二DC/DC转换器进行第一复合控制，对第三DC/DC转换器进行第二复合控制。
采用分级电压控制策略，在不同情况下将母线电压及各DC/DC低压侧电压控制在不同电压值上，各DC/DC不通过通信连接就可对系统状态进行识别，并作出优化控制，达到优先使用光伏电源，其次交替使用原直流电源网络电池电源与备用系统储能电池电源，在缺电时可提高系统工作效率的目的，大大提高了原系统供电的可靠性，且便于安装维护。
作为上述方案的一种优选方案，所述定低压侧电压控制为：当母线电压U1大于第一阈值时，将第一DC/DC转换器低压侧电压U2控制在第一定值；当母线电压U1小于第一阈值且大于第二阈值时，将第一DC/DC转换器低压侧电压U2控制在第二定值；当母线电压U1小于第二阈值时，将第一DC/DC转换器低压侧电压U2控制在第三定值。
根据母线电压U1获取发电机构的发电功率和储能电池的电量状况，并根据发电机构的发电功率和储能电池的电量状况控制对中继站中设备的供电电压，合理分类发电机构和储能电池的电量。
作为上述方案的一种优选方案，所述第一复合控制为：当母线电压U1大于第三阈值且第二DC/DC转换器低压侧电压U3大于第四阈值时，将第二DC/DC转换器低压侧电压U3控制在第四定值，当母线电压U1大于第三阈值且第二DC/DC转换器低压侧电压U3小于第四阈值时，给储能电池充电；当母线电压U1小于等于第五阈值且第二DC/DC转换器低压侧电压U3大于第六阈值时，将母线电压U1控制在第五定值；当母线电压U1小于等于第五阈值且第二DC/DC转换器低压侧电压U3小于第六阈值时，将母线电压U1控制在第六定值。
根据母线电压U1判断发电机构发电是否充足，根据第二DC/DC转换器低压侧电压U3判断储能电池电量是否充足，根据发电机构发电情况和储能电池电量决定是否给储能电池充电。
作为上述方案的一种优选方案，所述第二复合控制为：当母线电压U1小于第七阈值时，采用发电机构发电最大功率跟踪控制，当母线电压U1大于等于第七阈值时，将母线电压U1控制在第七定值。
根据母线电源U1判断发电功率是否过大，在发电功率过大时，限制母线电压U1防止过电压，在其他情况时，最大化利用发电机构输出电能。
作为上述方案的一种优选方案，当第二DC/DC转换器低压侧电压U3低于第八阈值，高于第六阈值且呈下降趋势时，温控机构将储能电池温度控制在第一温度区间内，直至第二DC/DC转换器低压侧电压U3低于第六阈值。使储能电池属于适宜的温度，避免储能电池因温度过低导电容量减小。
本发明的优点是：对原系统拓扑改动小。采用分级电压控制，当光伏发电量大时，可以避免系统过电压，同时继续利用光能。当光伏发电量小时但储能电池电量足时，可以充分利用光能，同时避免给原系统电池充电造成电量损失。当光伏发电量小时且储能电池电量不够充足时，可以充分提高DC/DC工作效率。通过电压分级控制，可以在不同场景下充分发挥备用系统经济性，充分提高原系统的可靠性。
附图说明
图1为实施例中高山通信站备用供电系统的一种结构示意图。
1-发电机构 2-储能电池 3-功率二极管 4-第一DC/DC转换器 5-第二DC/DC转换器 6-第三DC/DC转换器 7-原有的直流电源网络。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例：
本实施例一种高山通信站备用供电系统，如图1所示，包括发电机构1、储能电池2、功率二极管3、第一DC/DC转换器4、第二DC/DC转换器5和第三DC/DC转换器6，各个DC/DC转换器的高压侧与同一条母线相连，第一DC/DC转换器的低压侧与中继站中原有的直流电源网络7相连，第二DC/DC转换器的低压侧与储能电池相连，第三DC/DC转换器的低压侧与发电机构相连。在储能电池上还设有用于控制储能电池温度的温控机构。发电机构可以为太阳能发电机构和风力发电机构中的一种或多种，本实施例中发电机构为光伏电池。
对应的，本实施例还提供一种用于上述高山通信站供电系统的高山通信站供电方法，根据母线电压U1和第二DC/DC转换器低压侧电压U3对第一DC/DC转换器进行定低压侧电压控制，对第二DC/DC转换器进行第一复合控制，对第三DC/DC转换器进行第二复合控制。
其中，第一DC/DC转换器的定低压侧电压控制为：当U1>100伏时，定电压控制将U2控制在58伏；当100伏>U1>80伏时，定电压控制将U2控制在52伏；当U1<80伏时，定电压控制将U2控制在48伏。
第二DC/DC转换器的第一复合控制为：当U1>90伏且U3>58伏时，采用定低压侧电压控制，定电压控制将U3控制在58伏；当U1>90伏且U3<58伏时，采用定低压侧电流控制，给储能电池充电，电流定值为储能电池额定电流的0.1倍； 当U1≤90伏且U3>50伏时，采用定高压侧电压控制，定电压控制将U1控制在90伏；当U1≤90伏且U3<50伏时，采用定高压侧电压控制，定电压控制将U1控制在60伏。当第二DC/DC转换器低压侧电压U3低于52伏，高于50伏且呈下降趋势时，温控机构将储能电池温度控制在第一温度区间内，直至第二DC/DC转换器低压侧电压U3低于50V，第一温度区间为储能电池容量最大时的温度区别。
第三DC/DC转换器的第二复合控制为，当U1<110伏时，采用光伏发电最大功率跟踪控制；当U1≥110伏时，采用定高压侧电压控制，定电压控制将U1控制在110伏。
具体的，当太阳能充足时，第三DC/DC转换器采用光伏发电最大功率跟踪控制不断将太阳能转换电能给母线充电，U1升高。当U1达到110V时，第三DC/DC转换器进入定U1电压控制，防止过电压发生。第二DC/DC转换器根据母线电压为110伏可以确定光伏发电充足，根据U3电压可以确定储能电池是否充足，当U3>58伏时，储能电池电量高，采用定低压侧电压控制，不再充电；当U3<58伏时，采用定低压侧电流控制，给储能电池充电，电流定为5A；第一DC/DC转换器根据母线电压可以确定光伏发电充足，采用定电压控制将U2控制在58伏，给原直流电源网络最高电压供电。
当太阳能不充足时，因原系统设备用电大于太阳能供电，第三DC/DC转换器采用光伏发电最大功率跟踪控制也不能维持母线电压，U1逐渐降低。当U1≤90V时，第二DC/DC转换器进入定高压侧电压控制模式，以维持母线电压稳定。若此时U3>50伏，说明储能电池电量充足，第二DC/DC转换器将U1电压定在90伏；若此时U3<50伏，说明储能电池电量不够充足，第二DC/DC转换器将U1电压定在60伏。第一DC/DC转换器若检测到100伏>U1>80伏，可以判明此时光伏功率不足，但储能电池电量充足，其将输出电压U2控制在52伏，可以给原直流电源网络中的设备供电，但不足以给原直流电源网络中的电池充电，避免能量损失。第一DC/DC转换器若检测到U1<80伏，则可判明此时不仅光伏功率不足，且储能电池电量不够充足，其将输出电压U2控制在48伏，仅可以在原直流电源网络电源功率不足时给设备供电，此时，1号、2号DC/DC效率较高。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种高山通信站备用供电系统，其特征是：包括发电机构、储能电池、功率二极管、第一DC/DC转换器、第二DC/DC转换器和第三DC/DC转换器，各个DC/DC转换器的高压侧与同一条母线相连，所述第一DC/DC转换器的低压侧与中继站中原有的直流电源网络相连，第二DC/DC转换器的低压侧与储能电池相连，第三DC/DC转换器的低压侧与发电机构相连。
2.根据权利要求1所述的一种高山通信站备用供电系统，其特征是：还包括用于控制储能电池温度的温控机构。
3.根据权利要求1所述的一种高山通信站备用供电系统，其特征是：所述发电机构为太阳能发电机构和风力发电机构中的一种或多种。
4.一种高山通信站供电方法，用于权利要求1-3任意项所述的高山通信站备用供电系统，其特征是：根据母线电压U1和第二DC/DC转换器低压侧电压U3对第一DC/DC转换器进行定低压侧电压控制，对第二DC/DC转换器进行第一复合控制，对第三DC/DC转换器进行第二复合控制。
5.根据权利要求4所述的一种高山通信站供电方法，其特征是：所述定低压侧电压控制为：当母线电压U1大于第一阈值时，将第一DC/DC转换器低压侧电压U2控制在第一定值；当母线电压U1小于第一阈值且大于第二阈值时，将第一DC/DC转换器低压侧电压U2控制在第二定值；当母线电压U1小于第二阈值时，将第一DC/DC转换器低压侧电压U2控制在第三定值。
6.根据权利要求4所述的一种高山通信站供电方法，其特征是：所述第一复合控制为：当母线电压U1大于第三阈值且第二DC/DC转换器低压侧电压U3大于第四阈值时，将第二DC/DC转换器低压侧电压U3控制在第四定值，当母线电压U1大于第三阈值且第二DC/DC转换器低压侧电压U3小于第四阈值时，给储能电池充电；当母线电压U1小于等于第五阈值且第二DC/DC转换器低压侧电压U3大于第六阈值时，将母线电压U1控制在第五定值；当母线电压U1小于等于第五阈值且第二DC/DC转换器低压侧电压U3小于第六阈值时，将母线电压U1控制在第六定值。
7.根据权利要求4所述的一种高山通信站供电方法，其特征是：所述第二复合控制为：当母线电压U1小于第七阈值时，采用发电机构发电最大功率跟踪控制，当母线电压U1大于等于第七阈值时，将母线电压U1控制在第七定值。
8.根据权利要求6所述的一种高山通信站供电方法，其特征是：当第二DC/DC转换器低压侧电压U3低于第八阈值，高于第六阈值且呈下降趋势时，温控机构将储能电池温度控制在第一温度区间内，直至第二DC/DC转换器低压侧电压U3低于第六阈值。
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