CN114336583A - 5g基站光储直流微电网供能系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了5G基站光储直流微电网供能系统，包括：光伏组串，其与5G基站通信设备电连接；储能电池A，其与所述5G基站通信设备和所述光伏组串分别电连接；智能协调控制器，其用于根据所述光伏组串的输出功率、电价信息，调配所述光伏组串、市电、储能电池A对所述5G基站通信设备的供电量。本发明还提供了5G基站光储直流微电网供能方法。本发明能够解决5G主设备功耗大幅增加所导致的系统扩容困难以及用电成本增加等问题。

Description

5G基站光储直流微电网供能系统及方法

技术领域

本发明涉及基站供电技术领域与光伏发电技术相关技术领域。更具体地说，本发明涉及5G基站光储直流微电网供能系统及方法。

背景技术

5G主设备功耗相较于4G有了非常大幅的增加，如果按照原有供电模式，不仅会面临成本高、周期长、协调困难的系统扩容问题，而且后期的电费成本更是会让运营商难以承受。因此，亟需设计一种能够一定程度克服上述缺陷的技术方案。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种5G基站光储直流微电网供能系统及方法，能够解决5G主设备功耗大幅增加所导致的系统扩容困难以及用电成本增加等问题。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，根据本发明的一个方面，本发明提供了5G基站光储直流微电网供能系统，包括：光伏组串，其与5G基站通信设备电连接；储能电池A，其与所述5G基站通信设备和所述光伏组串分别电连接；智能协调控制器，其用于根据所述光伏组串的输出功率、电价信息，调配所述光伏组串、市电、储能电池A对所述5G基站通信设备的供电量。

进一步地，当所述光伏组串的输出功率大于所述5G基站通信设备的直流负荷功率时，所述智能协调控制器控制所述光伏组串单独向所述5G基站通信设备供电，所述光伏组串的多余电能用于为所述储能电池A充电。

进一步地，当所述光伏组串的输出功率小于所述5G基站通信设备的直流负荷功率时，所述智能协调控制器计算下一峰值电价区间所述储能电池A单独为所述5G基站通信设备供电的所需电量，并利用所述储能电池A中所需电量之外的电量和所述光伏组串为所述5G基站通信设备供电；当所述储能电池A中所需电量之外的电量和所述光伏组串不足以为所述5G基站通信设备供电时，且处于谷值电价区间时，利用市电为所述5G基站通信设备供电。

进一步地，当所述光伏组串无法供电时，在谷值电价区间和普通电价区间，利用市电和所述储能电池A共同为所述5G基站通信设备供电，在峰值电价区间，利用所述储能电池A为所述5G基站通信设备供电。

进一步地，还包括：远程监控后台，其用于将环境温度、环境湿度、风速、风向、日辐射量的下一天各时刻预测值输入神经网络预测模型，输出所述光伏组串下一天各时刻的预测输出功率，并根据下一天各时刻的预测输出功率确定当天所述储能电池A的剩余电量；所述神经网络预测模型根据环境温度、环境湿度、风速、风向、日辐射量、输出功率的历史数据训练得到。

进一步地，还包括：新型光伏优化器，其与所述光伏组串连接，所述新型光伏优化器包括数据采集与通信单元、MPPT控制单元以及Buck变换器单元，所述数据采集与通信单元用于采集所述光伏组串上的电压、电流数据，并将这些数据传递到MPPT控制单元和所述远程监控后台，所述MPPT控制单元用于基于所述光伏组串上的电压、电流数据，使所述光伏组串以最大功率进行输出，所述Buck变换器单元使得输出侧电压稳定。

进一步地，还包括：智能汇流箱，其与所述新型光伏优化器连接，所述智能汇流箱包括直流断路器、防反二极管、防孤岛检测控制器、避雷器、直流熔断器、通讯监测单元；所述直流断路器用于通过继电器进行通断控制，所述防孤岛检测控制器用于实时监测输出侧电压、电流信息，并且当数据出现较大波动时能自动断开；所述通讯监测单元包括温度传感器、RS485通讯、数字显示器、故障报警器。

进一步地，还包括：气象监测仪，用于实时采集环境温度、环境湿度、风速、风向以及日辐射量，并传输至所述远程监控后台。

进一步地，还包括：储能电池B，其与所述5G基站通信设备电连接，所述储能电池B实时监测所述储能电池A的状态，当所述储能电池A异常时，所述储能电池B工作；所述储能电池A和所述储能电池B还用于将电池信息实时传输至所述远程监控后台。

根据本发明的另一个方面，还提供了5G基站光储直流微电网供能方法，利用所述的5G基站光储直流微电网供能系统对所述5G基站通信设备供电。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明利用智能协调控制器分析接收到的线路数据及峰谷电价信息，可以以经济性最优为目标，合理调配市电、光伏组串、储能电池A的供电情况以及储能电池A的充、放电情况，达到整体效益最高的目的。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的系统一、二次侧总体结构示意图；

图2为本发明的二次侧结构示意图；

图3为本发明的二次侧结构示意图；

图4为本发明的二次侧结构示意图；

图5为本发明的工作方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本申请的实施例提供了5G基站光储直流微电网供能系统，包括：光伏组串，其与5G基站通信设备电连接；储能电池A，其与所述5G基站通信设备和所述光伏组串分别电连接；智能协调控制器，其用于根据所述光伏组串的输出功率、电价信息，调配所述光伏组串、市电、储能电池A对所述5G基站通信设备的供电量。光伏组件串联成光伏组串，输出侧连接至48V直流母线，储能电池A连接至48V直流母线，48V直流母线直接为5G基站通信设备进行供电。智能协调控制器对光伏组串和储能电池A进行控制，电价信息一般包括峰值电价区间、普通电价区间和谷值电价区间，智能协调控制器根据光伏组串的实际输出功率以及峰值电价区间、普通电价区间和谷值电价区间，调配光伏组串、市电和储能电池A对5G基站通信设备的供电时间和供电量，以降低用电成本，达到整体效益最高的目的。

在另一些实施例中，当所述光伏组串的输出功率大于所述5G基站通信设备的直流负荷功率时，所述智能协调控制器控制所述光伏组串单独向所述5G基站通信设备供电，所述光伏组串的多余电能用于为所述储能电池A充电；即当光伏发电情况较好时，光伏组串单独给基站供电，多的电能给储能电池A充电，以尽可能避免使用市电；储能电池A若已经充满电，则调整光伏输出功率为直流负荷功率。

在另一些实施例中，当所述光伏组串的输出功率小于所述5G基站通信设备的直流负荷功率时，所述智能协调控制器计算下一峰值电价区间所述储能电池A单独为所述5G基站通信设备供电的所需电量，并利用所述储能电池A中所需电量之外的电量和所述光伏组串为所述5G基站通信设备供电；当所述储能电池A中所需电量之外的电量和所述光伏组串不足以为所述5G基站通信设备供电时，且处于谷值电价区间时，利用市电为所述5G基站通信设备供电；即当光伏发电不足以单独给基站供电时，储能电池A在保证峰值电价时段能单独给基站供电为前提，剩余电量(可称之为自由分配电量)给基站供电；当光伏发电与储能电池自由分配电量不足以给基站供电时，可在低谷电价时通过市电给储能电池A进行充电。

在另一些实施例中，当所述光伏组串无法供电时，在谷值电价区间和普通电价区间，利用市电和所述储能电池A共同为所述5G基站通信设备供电，在峰值电价区间，利用所述储能电池A为所述5G基站通信设备供电；即当出现连续阴雨天气时，基于峰谷电价差，可在低谷电价与普通电价时段通过市电和储能电池A共同给基站供电，峰值电价时段由储能电池A单独给基站供电。

在另一些实施例中，还包括：远程监控后台，其用于将环境温度、环境湿度、风速、风向、日辐射量的下一天各时刻预测值输入神经网络预测模型，输出所述光伏组串下一天各时刻的预测输出功率，并根据下一天各时刻的预测输出功率确定当天所述储能电池A的剩余电量；例如，当预测到光伏组串的发电功率大于直流负荷功率时，前一天晚上会让储能电池A不处于满电状态，且剩余电量与光伏组串输出功率配合，以尽可能降低用电成本；所述神经网络预测模型根据环境温度、环境湿度、风速、风向、日辐射量、输出功率的历史数据训练得到；例如，以近20～30天的历史数据，建立训练集和测试集，利用训练集训练神经网络预测模型，利用测试集验证神经网络预测模型。

在另一些实施例中，还包括：新型光伏优化器，其与所述光伏组串连接，所述新型光伏优化器包括数据采集与通信单元、MPPT控制单元以及Buck变换器单元，所述数据采集与通信单元用于采集所述光伏组串上的电压、电流数据，并将这些数据一方面传递到MPPT控制单元和所述远程监控后台，所述MPPT控制单元用于基于所述光伏组串上的电压、电流数据，使所述光伏组串以最大功率进行输出，所述Buck变换器单元使得输出侧电压稳定为直流48V，Buck变换器单元将输出侧电压降为所需的稳定直流电压，大大提高了供电系统的可靠性。

在另一些实施例中，还包括：智能汇流箱，其与所述新型光伏优化器连接，所述智能汇流箱包括直流断路器、防反二极管、防孤岛检测控制器、避雷器、直流熔断器、通讯监测单元；所述直流断路器用于通过继电器进行通断控制，所述防孤岛检测控制器用于实时监测输出侧电压、电流信息，并且当数据出现较大波动时能自动断开；所述通讯监测单元包括温度传感器、RS485通讯、数字显示器、故障报警器，其功能包括采集光伏板的温度信息，光伏板的运行情况，就地测显示电压、电流、功率信息，故障报警与自动切断以及将所有信号通过通讯段子传输到远程监控后台；光伏组件串联成光伏组串后连接至新型光伏优化器，多路新型光伏优化器的输出侧连接至智能汇流箱，智能汇流箱输出侧连接至48V直流母线，储能电池A连接至48V直流母线，48V直流母线直接为5G基站通信设备进行供电。

在另一些实施例中，还包括：气象监测仪，用于实时采集环境温度、环境湿度、风速、风向以及日辐射量，并传输至所述远程监控后台；气象监测仪用于为神经网络预测模型的训练提供数据。

在另一些实施例中，还包括：储能电池B，其与所述5G基站通信设备电连接，所述储能电池B实时监测所述储能电池A的状态，当所述储能电池A异常时，所述储能电池B工作；所述储能电池A和所述储能电池B还用于将电池信息实时传输至所述远程监控后台；所述储能电池A和所述储能电池B选用循环寿命长的磷酸铁锂电池组用于每日循环放电。

在另一些实施例中，如图1所示，包括光伏组件、新型光伏优化器、智能汇流箱、5G基站通信设备、储能电池A、储能电池B、气象监控仪、智能协调控制器、远程监控后台。光伏组件串联成光伏组串后连接至新型光伏优化器，多路新型光伏优化器的输出侧连接至智能汇流箱，智能汇流箱输出侧连接至48V直流母线，储能电池A连接至48V直流母线，48V直流母线直接为5G基站通信设备进行供电，储能电池B作为基站的备用电池；远程监控后台汇总新型光伏优化器、智能汇流箱、储能电池A、5G基站通信设备以及气象监控仪所采集的数据，并传输给智能协调控制器。智能协调控制器通过二次电路与新型光伏优化器、智能汇流箱以及储能电池A连接。优选地，所述新型光伏优化器包括数据采集与通信单元、MPPT控制单元以及Buck变换器单元。进一步优选地，所述数据采集与通信单元可以采集光伏组串上的电压、电流数据，并将这些数据一方面传递到MPPT控制单元的辅助电路，另一方面传递到远程监控后台；所述MPPT控制单元可以基于光伏组串上的电压、电流数据，让该光伏组串以最大功率进行输出；所述Buck变换器单元可以将优化器输出侧电压稳定为直流48V。优选地，所述智能汇流箱包括直流断路器、防反二极管、防孤岛检测控制器、避雷器、直流熔断器、通讯监测单元。进一步优选地，所述直流断路器可以通过继电器在远程进行通断控制；所述防孤岛检测控制器可以实时监测输出侧电压、电流信息(也是市电流向光伏的一侧)，并且当数据出现较大波动时能自动断开，从而当电网侧停电时能起到防孤岛功能；所述通讯监测单元包括温度传感器、RS485通讯、数字显示器、故障报警器等，其功能包括采集光伏板的温度信息，光伏板的运行情况，就地测显示电压、电流、功率信息，故障报警与自动切断以及将所有信号通过通讯段子传输到远程监控后台。优选地，所述储能电池A选用循环寿命长的磷酸铁锂电池组用于每日循环放电。进一步优选地，所述储能电池A拥有智能监测与数据传输功能，可以将电池信息实时传输至远程监控后台。优选地，所述气象监测仪可以实时采集气候信息，包括环温、环湿、风速风向以及日辐射情况等等，并将数据传输至远程监控后台。优选地，所述远程监控后台汇总新型光伏优化器、智能汇流箱、储能电池A、5G基站通信设备以及气象监控仪所采集的数据后，通过边缘计算网关进行数据处理，将处理后的数据传送至智能协调控制器。同时利用大数据挖掘与深度学习技术对历史数据进行分析、训练，在一定时间的训练后，具备系统功率预测能力。训练数据主要包括各种气象信息(包括环温、环湿、风速风向以及日辐射情况等)以及对应时刻光伏电池板的输出电压、电流信息。通过足够多的训练，我们可以通过气象预测信息作为输入，输出光伏电池板的预测输出功率情况。优选地，所述智能协调控制器内嵌有优化协调算法，通过分析接收到的线路数据及峰谷电价信息，可以以经济性最优为目标合理调配光伏发电出力情况以及储能电池A的充、放电情况，达到整体效益最高的目的。本实施例能够极大提高光伏发电效率，减少电能交、直流转换过程中的电力损耗，同时利用大数据统计与智能预测技术进行合理的能源调配，进一步提高用电效率，可以很好地解决5G主设备功耗大幅增加所导致的系统扩容困难以及用电成本增加等实际问题。

在另一些实施例中，如图2～4所示为一种新型5G基站光储微电网直流供能系统的二次侧结构示意图。所述新型光伏优化器可以采集光伏组串上的电压电流信号数据，并将数据上传给所述远程监控后台，远程监控后台将数据处理后传输至智能协调控制器，智能协调控制器根据实际情况控制新型光伏优化器的输出功率。所述气象监控仪实时监测环温、环湿、风速风向以及日辐射情况等气候信息，并将数据传输至远程监控后台，远程监控后台通过边缘计算网关进行数据处理，将处理后的数据传送至智能协调控制器。同时利用大数据挖掘与深度学习技术对历史数据进行分析、训练，在一定时间的训练后，具备系统功率预测能力。所述智能汇流箱可以采集输入侧电压、电流信息数据以及输出侧电压、电流信息数据，并将数据传输至远程监控后台，所述储能电池A将自身温度信息、SOC(荷电状态)信息传输至远程监控后台，5G基站通信设备的用电状态(电压、电流数据)传输至远程监控后台，远程监控后台将所有数据处理后传输至智能协调控制器，智能协调控制器根据实际情况控制智能汇流箱中断路器通断以及储能电池A充、放电情况。

在另一些实施例中，如图5所示，供能系统通过远程监控后台与智能协调控制器配合衍生出多种具体工作模式，具体工作模式的控制策略如下：工作模式一：当预测到光伏组件发电功率大于基站负荷功率时，前一天晚上会尽量让储能电池A不处于满电状态，且剩余电量便于与光伏发电相配合；工作模式二：当实际光伏组件发电功率大于基站负荷功率，且储能电池A满电状态时，通过智能协调控制器控制光伏组件发电功率与基站负荷功率相匹配；工作模式三：当实际光伏组件发电功率小于基站负荷功率时，储能电池A会在保证峰值电价时段能单独给基站供电的前提下配合光伏给基站供电，不足的电量由市电补充；工作模式四：当光伏电池板无法发电时，由市电与储能电池A配合给基站供电，智能协调控制器控制储能电池A在低谷电价与正常电价时段与市电共同给基站供电，峰值电价时段控制储能电池A单独给基站供电。

本申请的实施例还提供了5G基站光储直流微电网供能方法，利用所述的5G基站光储直流微电网供能系统对所述5G基站通信设备供电，具体包括：当所述光伏组串的输出功率大于所述5G基站通信设备的直流负荷功率时，所述智能协调控制器控制所述光伏组串单独向所述5G基站通信设备供电，所述光伏组串的多余电能用于为所述储能电池A充电；当所述光伏组串的输出功率小于所述5G基站通信设备的直流负荷功率时，所述智能协调控制器计算下一峰值电价区间所述储能电池A单独为所述5G基站通信设备供电的所需电量，并利用所述储能电池A中所需电量之外的电量和所述光伏组串为所述5G基站通信设备供电；当所述储能电池A中所需电量之外的电量和所述光伏组串不足以为所述5G基站通信设备供电时，且处于谷值电价区间时，利用市电为所述5G基站通信设备供电；当所述光伏组串无法供电时，在谷值电价区间和普通电价区间，利用市电和所述储能电池A共同为所述5G基站通信设备供电，在峰值电价区间，利用所述储能电池A为所述5G基站通信设备供电；将环境温度、环境湿度、风速、风向、日辐射量的下一天各时刻预测值输入神经网络预测模型，输出所述光伏组串下一天各时刻的预测输出功率，并根据下一天各时刻的预测输出功率确定当天所述储能电池A的剩余电量。

在另一些实施例中，包括以下步骤：S1，通过气象信息及大数据统计技术，对第二日的光伏发电情况进行预测；S2，基于峰谷电价差，当光伏发电情况较好时，光伏板单独给基站供电，多的电能给储能电池A充电；S3，基于峰谷电价差，当光伏发电不足以单独给基站供电时，储能电池A在保证峰值电价时段能单独给基站供电为前提，剩余电量(可称之为自由分配电量)给基站供电；S4，基于峰谷电价差，当光伏发电与储能电池自由分配电量不足以给基站供电时，可在低谷电价时通过市电给储能电池A进行充电；S5，当出现连续阴雨天气时，基于峰谷电价差，可在低谷电价与普通电价时段通过市电和储能电池A共同给基站供电，峰值电价时段由储能电池A单独给基站供电。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明5G基站光储直流微电网供能系统及方法的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.5G基站光储直流微电网供能系统，其特征在于，包括：

光伏组串，其与5G基站通信设备电连接；

储能电池A，其与所述5G基站通信设备和所述光伏组串分别电连接；

智能协调控制器，其用于根据所述光伏组串的输出功率、电价信息，调配所述光伏组串、市电、储能电池A对所述5G基站通信设备的供电量。

2.如权利要求1所述的5G基站光储直流微电网供能系统，其特征在于，当所述光伏组串的输出功率大于所述5G基站通信设备的直流负荷功率时，所述智能协调控制器控制所述光伏组串单独向所述5G基站通信设备供电，所述光伏组串的多余电能用于为所述储能电池A充电。

3.如权利要求2所述的5G基站光储直流微电网供能系统，其特征在于，当所述光伏组串的输出功率小于所述5G基站通信设备的直流负荷功率时，所述智能协调控制器计算下一峰值电价区间所述储能电池A单独为所述5G基站通信设备供电的所需电量，并利用所述储能电池A中所需电量之外的电量和所述光伏组串为所述5G基站通信设备供电；

当所述储能电池A中所需电量之外的电量和所述光伏组串不足以为所述5G基站通信设备供电时，且处于谷值电价区间时，利用市电为所述5G基站通信设备供电。

4.如权利要求3所述的5G基站光储直流微电网供能系统，其特征在于，当所述光伏组串无法供电时，在谷值电价区间和普通电价区间，利用市电和所述储能电池A共同为所述5G基站通信设备供电，在峰值电价区间，利用所述储能电池A为所述5G基站通信设备供电。

5.如权利要求1所述的5G基站光储直流微电网供能系统，其特征在于，还包括：

远程监控后台，其用于将环境温度、环境湿度、风速、风向、日辐射量的下一天各时刻预测值输入神经网络预测模型，输出所述光伏组串下一天各时刻的预测输出功率，并根据下一天各时刻的预测输出功率确定当天所述储能电池A的剩余电量；

所述神经网络预测模型根据环境温度、环境湿度、风速、风向、日辐射量、输出功率的历史数据训练得到。

6.如权利要求5所述的5G基站光储直流微电网供能系统，其特征在于，还包括：

新型光伏优化器，其与所述光伏组串连接，所述新型光伏优化器包括数据采集与通信单元、MPPT控制单元以及Buck变换器单元，所述数据采集与通信单元用于采集所述光伏组串上的电压、电流数据，并将这些数据传递到MPPT控制单元和所述远程监控后台，所述MPPT控制单元用于基于所述光伏组串上的电压、电流数据，使所述光伏组串以最大功率进行输出，所述Buck变换器单元使得输出侧电压稳定。

7.如权利要求6所述的5G基站光储直流微电网供能系统，其特征在于，还包括：

智能汇流箱，其与所述新型光伏优化器连接，所述智能汇流箱包括直流断路器、防反二极管、防孤岛检测控制器、避雷器、直流熔断器、通讯监测单元；所述直流断路器用于通过继电器进行通断控制，所述防孤岛检测控制器用于实时监测输出侧电压、电流信息，并且当数据出现较大波动时能自动断开；所述通讯监测单元包括温度传感器、RS485通讯、数字显示器、故障报警器。

8.如权利要求5所述的5G基站光储直流微电网供能系统，其特征在于，还包括：

气象监测仪，用于实时采集环境温度、环境湿度、风速、风向以及日辐射量，并传输至所述远程监控后台。

9.如权利要求7所述的5G基站光储直流微电网供能系统，其特征在于，还包括：

储能电池B，其与所述5G基站通信设备电连接，所述储能电池B实时监测所述储能电池A的状态，当所述储能电池A异常时，所述储能电池B工作；

所述储能电池A和所述储能电池B还用于将电池信息实时传输至所述远程监控后台。

10.5G基站光储直流微电网供能方法，其特征在于，利用权利要求1～9任一所述的5G基站光储直流微电网供能系统对所述5G基站通信设备供电。

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