CN209088551U - 一种组合式的基站后备储能电源 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种组合式的基站后备储能电源，包括一HMI控制器、一第一CAN通信电路、电压电流采集电路以及复数个直流储能电源模块；所述电压电流采集电路通过所述第一CAN通信电路与所述HMI控制器相连接，各所述直流储能电源模块均通过所述第一CAN通信电路与所述HMI控制器相连接；各所述直流储能电源模块均与基站负载相连接。本实用新型优点：可以通过并联直流储能电源模块的方式来实现电池容量的扩容，不仅扩容难度小，且可以根据实际使用需求来调整电池的容量；同时可以通过云服务器与HMI控制器的通信来实现对整个基站后备储能电源进行统一管控，管理起来十分方便。

Description

一种组合式的基站后备储能电源
技术领域
本实用新型涉及通信领域，特别涉及一种组合式的基站后备储能电源。
背景技术
在当前的所有基站中，为了保障通信不间断，除了需要通过电网来对基站进行供电以外，还需要使用后备电源来进行供电；其中，电网需要先连接一个AC-DC变换器，以将交流变成直流，AC-DC变换器再通过直流母线连接基站负载，从而实现对基站的供电；而后备电源则直接连接基站负载，从而实现对基站进行辅助供电；目前，基站后备电源主要采用铅酸电池或者锂电池。同时，现有基站电源的标称都比较大，基本都在几十千瓦时；在使用电网对基站进行供电时，由于电网具有高峰和低谷之分，当处于用电高峰期时，发电厂的发电规模必须大于用电规模，否则将会造成电能不足的情况，在这种情况下，如果基站可以通过后备电源来进行供电，将会极大的降低用电紧张情况；当处于用电低谷期时，用不完的电能又会白白浪费掉，在这种情况下，如果能够将多余的电能储存起来，将可极大的降低电能的浪费。
但是，现有的基站后备电源存在有如下缺陷：1、现有基站使用的后备电源都仅支持一个电池包，如果要扩展容量，就只能加大单个电池包的容量和DC-DC变换器的功率，而这种扩容方式不仅技术难度大，而且扩展的容量也比较有限；2、现有基站的各个后备电源都为单一的网络设备，这导致在使用时不易进行管控；3、现有基站的后备电源仅具有后备电源功能，而无分布式储能功能，因此，无法配合电网进行削峰填谷控制。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种组合式的基站后备储能电源，通过该基站后备储能电源可有效解决现有技术中存在的扩容难度大、不易管控以及无分布式储能的问题。
本实用新型是这样实现的：一种组合式的基站后备储能电源，所述基站后备储能电源包括一HMI控制器、一第一CAN通信电路、一电压电流采集电路以及复数个直流储能电源模块；
所述电压电流采集电路通过所述第一CAN通信电路与所述HMI控制器相连接，各所述直流储能电源模块均通过所述第一CAN通信电路与所述 HMI控制器相连接；各所述直流储能电源模块均与基站负载相连接。
进一步地，所述基站后备储能电源还包括一DTU通信模块以及一云服务器；所述云服务器通过所述DTU通信模块与所述HMI控制器相连接。
进一步地，每所述直流储能电源模块均包括一控制主板、一第二CAN 通信电路、一电池以及一DC-DC变换器；所述控制主板通过所述第一CAN 通信电路与所述HMI控制器相连接；所述电池以及DC-DC变换器均通过所述第二CAN通信电路与所述控制主板相连接；所述电池与所述DC-DC变换器相连接，所述DC-DC变换器与基站负载相连接。
进一步地，所述控制主板为ARM控制板。
本实用新型的优点在于：1、在具体使用时，可以通过并联直流储能电源模块的方式来实现电池容量的扩容，不仅扩容难度小，且可以根据实际使用需求来调整电池的容量，即如果需要增加容量，则可以增加并联的直流储能电源模块的数量，如果需要减小容量，则可以减少并联的直流储能电源模块的数量，因此，灵活性强；同时，通过将各个直流储能电源模块并联后可以组成巨大的分布式储能电站，可确保能够为基站提供足够的电源支持；2、可以通过云服务器与HMI控制器的通信来实现对整个基站后备储能电源进行统一管控(包括远程设置参数、实时获取直流储能电源模块的运行状态和运行数据等)，这可为实际的电源管理带来极大的方便；3、能够配合电网进行削峰填谷控制，在峰段电价时段内，可以控制各个电池对基站负载进行放电，以降低基站负载对电网的用电量；在谷段电价时段内，可以控制电网对各个电池进行充电，因此，不仅可以减轻电网在峰段电价时段内的负荷，而且可以利用峰谷用电差价创造巨大的经济价值。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型一种组合式的基站后备储能电源的原理框图。
附图标记说明：
100-基站后备储能电源，200-基站负载，300-电网，400-AC-DC变换器， 500-直流母线，1-HMI控制器，2-第一CAN通信电路，3-电压电流采集电路，4-直流储能电源模块，41-控制主板，411-ARM控制板，42-第二CAN 通信电路，43-电池，44-DC-DC变换器，5-DTU通信模块，6-云服务器。
具体实施方式
请参阅图1所示，本实用新型一种组合式的基站后备储能电源100的较佳实施例，所述基站后备储能电源100包括一HMI控制器1、一第一CAN 通信电路2、一电压电流采集电路3以及复数个直流储能电源模块4；
所述电压电流采集电路3通过所述第一CAN通信电路2与所述HMI 控制器1相连接，各所述直流储能电源模块4均通过所述第一CAN通信电路2与所述HMI控制器1相连接；各所述直流储能电源模块4均与基站负载200相连接。在具体实施时，电网300会先与AC-DC变换器400相连接， AC-DC变换器400再通过直流母线500与基站负载200相连接，从而实现电网对基站负载200的供电。
其中，所述HMI控制器1是HMI人机交互终端，该HMI控制器1是本发明的核心控制部件，包含显示、设置、通信控制、AC/DC协调策略等控制逻辑，该HMI控制器1可以采用威纶通TK8071ip、威纶通MT8051iP、迪文dmt106等芯片来实现；所述第一CAN通信电路2主要用于实现电压电流采集电路3与HMI控制器1之间以及各直流储能电源模块4与HMI 控制器1之间的通信功能，该第一CAN通信电路2可以采用CTM1051或者ADuM3201芯片来实现；所述电压电流采集电路3主要用于采集基站负载电流以及总线电压，从而可根据采集的基站负载电流来计算充电电流以及根据总线电压判断基站后备储能电源100是否进入后备模式，该电压电流采集电路3是现有技术中常见的用于采集电流和电压的一种电路，在具体实施时，只需从现有技术中任意选择一种能够实现电流和电压数据采集功能的电路即可，该电压电流采集电路3涉及的采集传感器可以是CSM1000S传感器或者VSM500D传感器。
所述基站后备储能电源100还包括一DTU通信模块5以及一云服务器 6；所述云服务器6通过所述DTU通信模块5与所述HMI控制器1相连接。其中，所述DTU通信模块5为HMI控制器1与云服务器6之间的通信接口，它是一种专门用于将串口数据转换为IP数据或者将IP数据转换为串口数据并通过无线通信网络进行传送的无线终端设备，在具体实现时，所述DTU通信模块5可以是GPRS DTU无线通信模块、3G DTU无线通信模块、4G DTU无线通信模块等各种无线通信模块；所述云服务器6用于实现远程查看基站后备储能电源100的运行数据、运行状态，还可实现远程设置运行参数。
每所述直流储能电源模块4均包括一控制主板41、一第二CAN通信电路42、一电池43以及一DC-DC变换器44；所述控制主板41通过所述第一CAN通信电路2与所述HMI控制器1相连接；所述电池43以及DC-DC 变换器44均通过所述第二CAN通信电路42与所述控制主板41相连接；所述电池43与所述DC-DC变换器44相连接，所述DC-DC变换器44与基站负载200相连接。其中，所述控制主板41是直流储能电源模块4内的核心控制板，在具体实施时，模块内的运行逻辑、保护逻辑、通信控制等都是通过控制主板41来实现的；所述第二CAN通信电路42主要用于实现 DC-DC变换器44与控制主板41之间以及电池43与控制主板44之间的通信功能，该第二CAN通信电路42可以采用CTM1051或者ADuM3201芯片来实现；所述电池43用于实现后备能量存储和在电网300断电时对基站负载200进行供电；所述DC-DC变换器44为双向功率器件，可实现对电池进行充电，也可将电池43的能量放电回馈至电网300中。
所述控制主板41为ARM控制板411，由于ARM控制板411是单片机中常用的控制板，在具体实施时，只需从现有的ARM控制板中任意选择一种即可，例如，可以采用TM4C1294、STM32F107或者STM32F425等ARM 芯片制作而成的ARM控制板。
请参阅图1所示，本实用新型一种组合式的基站后备储能电源的控制方法，所述控制方法包括：
通过HMI控制器对每个直流储能电源模块均设置一模块ID，设置模块 ID的目的是为了方便HMI控制器可以识别各个直流储能电源模块；同时，对每个直流储能电源模块均分配一通道(具体可以在HMI控制器进行通道的相关配置，包括配置当前的通道数、通道参数等)，在为每个直流储能电源模块都分配好通道后，如果某个直流储能电源模块能够正常的输入或者输出，那么该直流储能电源模块所对应的通道即为有效通道；反之，如果某个直流储能电源模块暂停(停止)输入或者输出，那么该直流储能电源模块所对应的通道则为无效通道。
HMI控制器通过第一CAN通信电路与电压电流采集电路进行通信，并通过电压电流采集电路实时采集直流母线上的数据(包括基站负载电流和总线电压)，且在检测到直流母线对基站负载正常供电时，HMI控制器按照设置的运行参数控制各个直流储能电源模块的DC-DC变换器对电池进行充电；在检测到直流母线掉电时，HMI控制器按照设置的运行参数控制各个直流储能电源模块的DC-DC变换器对电池进行放电，即使基站后备储能电源进入到备电模式，以支持基站正常工作。
所述方法还包括：配合电网对基站后备储能电源进行削峰填谷控制，具体包括：
当处于平段电价时段时，HMI控制器控制各个直流储能电源模块的 DC-DC变换器停止对电池进行充电以及放电，此时的基站后备储能电源相当于是一个静止状态下的后备电源；
当处于谷段电价时段时，HMI控制器控制各个直流储能电源模块的 DC-DC变换器对电池进行充电，且在充电到电池的容量大于设定的第一参数SOC1(该第一参数SOC1是可以设置的参数，通常大于90％)时，HMI 控制器控制对应直流储能电源模块的DC-DC变换器停止对电池的充电；
当处于峰段电价时段时，HMI控制器控制各个直流储能电源模块的 DC-DC变换器对电池进行放电，以降低基站负载对电网的用电量，且在放电到电池的容量小于设定的第二参数SOC2(该第二参数SOC2为后备电源需要的容量，通常大于50％)时，HMI控制器控制对应直流储能电源模块的DC-DC变换器停止对电池的放电。
当然，在具体实施时，还可以根据需要来对基站后备储能电源与电网进行联调控制，具体包括：
当电网在峰段电价时段出现重度负荷或者在电网稳定的情况下，对第二参数SOC2进行调低处理，这样，就可以在峰段电价时段内多回馈一些电能给基站负载，从而能够有效降低电网负荷，并增加基站的经济效应；
在电网不稳定的情况下，对第二参数SOC2进行调高处理，这样，直流储能后备电源就能够储备更多的能量，以应对更恶劣的电网环境，例如防止长时间停电。
所述HMI控制器按照设置的运行参数控制各个直流储能电源模块的 DC-DC变换器对电池进行充电包括：
对基站后备储能电源与电网中的AC-DC变换器进行充电协调控制，具体包括：
将电网中AC-DC变换器的最大输出电流(电网中AC-DC变换器的最大输出电流是有限制的)作为一个运行参数IADCMAX设置到HMI控制器中；
在对各直流储能电源模块中的电池进行充电时，HMI控制器通过电压电流采集电路实时采集基站负载电流Iload；
HMI控制器根据IADCMAX以及Iload计算出最大可充电电流Imaxcharge， Imaxcharge＝IADCMAX*第一比例系数-Iload(即将电网中AC-DC变换器的最大输出电流先乘以第一比例系数，再减去实时采集的基站负载电流)；其中，第一比例系数一般取90％，以预留一部分功率余量，当然在具体实施时，还可根据实际需要来修改第一比例系数；
HMI控制器统计出有效通道数N(即能够正常输入或者输出直流储能电源模块的数量)，并计算出平均充电电流值Ichargeperchannal，Ichargeperchannal＝Imaxcharge/N (即最大可充电电流除以有效通道数)；同时，HMI控制器根据模块ID以及通道将计算出的平均充电电流值Ichargeperchannal设置给各直流储能电源模块的控制主板；例如，有效通道数N为4(包括通道1、通道3、通道4、通道6)，那么，在计算出平均充电电流值Ichargeperchannal后，HMI控制器就根据模块ID和通道1、通道3、通道4、通道6将Ichargeperchannal分别设置给对应的直流储能电源模块的控制主板；
各直流储能电源模块的控制主板根据接收到的设置参数Ichargeperchannal，实时修改各直流储能电源模块中DC-DC变换器对电池的充电电流。
所述HMI控制器按照设置的运行参数控制各个直流储能电源模块的 DC-DC变换器对电池进行放电包括：
对基站后备储能电源进行放电协调控制，具体包括：
HMI控制器通过电压电流采集电路实时采集基站负载电流Iload；
HMI控制器统计出有效通道数M(即能够正常输入或者输出直流储能电源模块的数量)，并计算出平均放电电流Idischargeperchannal，Idischargeperchannal＝Iload/M* 第二比例系数(即基站负载电流先除以有效通道数，再乘以第二比例系数)，其中，第二比例系数一般取60％，以预留一部分功率余量，当然在具体实施时，还可根据实际需要来修改第二比例系数；同时，HMI控制器根据模块ID以及通道将计算出的平均充电电流值Idischargeperchannal设置给各直流储能电源模块的控制主板；
各直流储能电源模块的控制主板根据接收到的设置参数Idischargeperchannal，实时修改各直流储能电源模块中DC-DC变换器对电池的放电电流。
由于在多电池的状态下，如果整个系统的电都是从一个电池中供出的，那么很可能会导致个别电池先放空，这将不利于整个系统的稳定性，因此，通过对基站后备储能电源进行放电协调控制，可确保整个系统能够稳定运行。同时，当基站后备储能电源中出现电池不平衡的情况时，则HMI控制器可以控制低电量的通道暂停输出。
所述方法还包括：
通过HMI控制器采集各直流储能电源模块的数据，并利用采集的数据计算整个基站后备储能电源的剩余容量比、电流值以及电压值；其中，
所述通过HMI控制器采集各直流储能电源模块的数据具体包括：
每个控制主板均通过第二CAN通信电路与对应的电池进行通信，并实时获取对应电池的相关信息，包括充放电电压信息、电池容量信息以及充放电电流信息；每个控制主板均通过第二CAN通信电路与对应的DC-DC变换器进行通信，并实时获取对应DC-DC变换器的相关信息，包括运行状态信息、充放电电压信息以及充放电电流信息；
HMI控制器通过第一CAN通信电路分别与各个直流储能电源模块的控制主板进行通信，并实时获取各个直流储能电源模块中电池和DC-DC变换器的相关信息；
在具体实施时，当HMI控制器获取到各个直流储能电源模块中电池和 DC-DC变换器的相关信息后，还对同一个直流储能电源模块中电池的充放电电压信息与DC-DC变换器的充放电电压信息进行比对，且如果二者的差值大于设定的允许偏差值，则判定该直流储能电源模块的DC-DC变换器与电池接线异常，此时HMI控制器会对异常进行显示提示。
所述利用采集的数据计算整个基站后备储能电源的剩余容量比、电流值以及电压值具体包括：
将基站后备储能电源中各个直流储能电源模块的电池容量进行相加得到总电池容量，将基站后备储能电源中有效通道的各个直流储能电源模块的电池容量进行相加得到有效电池容量，将有效电池容量除以总电池容量即为剩余容量比；
将基站后备储能电源中有效通道的各个直流储能电源模块的电流数据进行相加即为整个基站后备储能电源的电流值；
将将基站后备储能电源中有效通道的各个直流储能电源模块的电压数据进行相加，再取平均值即为基站后备储能电源的电压值。
所述方法还包括：
云服务器通过DTU通信模块与HMI控制器进行通信，并通过云服务器设置基站后备储能电源中各个直流储能电源模块的运行参数(例如，设置第一参数SOC1，设置第二参数SOC2，设置模块ID，修改峰段、谷段、平段时间等)，HMI控制器通过第一CAN通信电路将运行参数分别设置到各直流储能电源模块的控制主板中；云服务器从HMI控制器实时获取基站后备储能电源中各个直流储能电源模块的运行数据，云服务器在获取到各个直流储能电源模块的运行数据后，还可将运行数据显示在WEB端或者手机端，以方便进行运维；同时，在基站后备储能电源出现异常时，HMI控制器主动将异常信息上报给云服务器，以方便可以对故障做出快速响应。
综上所述，本实用新型具有如下优点：1、在具体使用时，可以通过并联直流储能电源模块的方式来实现电池容量的扩容，不仅扩容难度小，且可以根据实际使用需求来调整电池的容量，即如果需要增加容量，则可以增加并联的直流储能电源模块的数量，如果需要减小容量，则可以减少并联的直流储能电源模块的数量，因此，灵活性强；同时，通过将各个直流储能电源模块并联后可以组成巨大的分布式储能电站，可确保能够为基站提供足够的电源支持；2、可以通过云服务器与HMI控制器的通信来实现对整个基站后备储能电源进行统一管控(包括远程设置参数、实时获取直流储能电源模块的运行状态和运行数据等)，这可为实际的电源管理带来极大的方便；3、能够配合电网进行削峰填谷控制，在峰段电价时段内，可以控制各个电池对基站负载进行放电，以降低基站负载对电网的用电量；在谷段电价时段内，可以控制电网对各个电池进行充电，因此，不仅可以减轻电网在峰段电价时段内的负荷，而且可以利用峰谷用电差价创造巨大的经济价值。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种组合式的基站后备储能电源，其特征在于：包括一HMI控制器、一第一CAN通信电路、一电压电流采集电路以及复数个直流储能电源模块；
所述电压电流采集电路通过所述第一CAN通信电路与所述HMI控制器相连接，各所述直流储能电源模块均通过所述第一CAN通信电路与所述HMI控制器相连接；各所述直流储能电源模块均与基站负载相连接。
2.根据权利要求1所述的一种组合式的基站后备储能电源，其特征在于：还包括一DTU通信模块以及一云服务器；所述云服务器通过所述DTU通信模块与所述HMI控制器相连接。
3.根据权利要求1所述的一种组合式的基站后备储能电源，其特征在于：每所述直流储能电源模块均包括一控制主板、一第二CAN通信电路、一电池以及一DC-DC变换器；所述控制主板通过所述第一CAN通信电路与所述HMI控制器相连接；所述电池以及DC-DC变换器均通过所述第二CAN通信电路与所述控制主板相连接；所述电池与所述DC-DC变换器相连接，所述DC-DC变换器与基站负载相连接。
4.根据权利要求3所述的一种组合式的基站后备储能电源，其特征在于：所述控制主板为ARM控制板。
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