高可靠性风光柴储通信基站电源设计与实现

摘要

随着无线通信技术的快速发展，人们的日常生活已越来越无法离开手机等移动设备，为了保障大家的日常通信交流，需要大量的通信基站来支撑这一通信网络。对无法正常获得市电供给的偏远地区通信基站，设计符合基站电源基本供电指标要求的高可靠性基站电源系统具有重要意义。相比于传统的将柴油发电机作为主要供电电源的偏远地区基站供电系统解决方案，将可再生能源接入作为基站负荷供电电源可以极大地减少对不可再生能源的使用，降低对环境造成的污染。本文主针对含可再生能源供电的基站电源展开研究，围绕着基站电源优化设计、储能单元可靠性优化设计开展相关研究工作。 首先，围绕风光柴储基站电源展开设计，对于基站电源设计的指标要求进行了描述，总结出基站主要负荷具有采用-48V的直流供电形式且对直流基础电源电压范围要求较宽的特点。接着，在传统风光柴储直流微网架构下，基于基站负荷的特点，提出了基站电源的优化设计方案，采用蓄电池与直流母线直接并接的接线方式而省去了双向变换器，阐述了光伏电池及风机的相关输出控制策略。设计了基于柴油发电机的调速充电控制方案，采用同步发电机的恒定励磁工作模式，通过控制电机转速实现蓄电池的阶段充电。基于Matlab/Simulink仿真工具搭建了风光柴储混合供电系统仿真平台，对风光柴储基站电源中各分布式电源控制策略进行验证。开展了基于HGM7110DC直流发电机组控制器的柴油发电机调速充电控制实验，对于柴油发电机的调速充电控制进行验证。 其次，从储能蓄电池组可靠性优化设计的角度出发，分析影响其可靠工作的诸多因素，然后围绕蓄电池管理系统（Battery Management System，BMS）展开相关研究，进行了蓄电池组连接拓扑方案选择、均衡方案选择以及蓄电池寿命检测及报警系统设计。首先，通过对比不同的蓄电池组连接拓扑，基于供电可靠性及单体电池一致性的考量，选用先并后串的接线方式作为的蓄电池组连接拓扑；然后，对采用不同控制策略的均衡方案进行比较分析，针对传统电容主动均衡方案中的不足，进行了基于铅酸蓄电池专用均衡芯片LTC3305的蓄电池组均衡方案设计，通过相关的均衡实验对该均衡方案进行了初步验证；最后，针对本文所设计的风光柴储基站电源，提出了一套蓄电池组寿命在线检测及报警的设计方案，实现了蓄电池健康状态（State of Health，SOH）的在线估算，同时在传统安时积分法的基础上进行相关的参数校正，使得蓄电池剩余容量（State of Charge，SOC）的在线估算精确度得以提高。本文还对蓄电池寿命检测及报警系统进行了软、硬件设计，介绍了部分硬件电路的设计以及系统软件程序流程，初步完成了基于GPRS模块SIM900A的短信报警功能开发设计。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2含可再生能源供电的基站电源研究现状

1.3储能环节研究现状

1.3.1蓄电池充电控制发展状况

1.3.2蓄电池串联均衡发展状况

1.3.3铅酸蓄电池SOC及SOH估算的研究现状

1.4本文主要研究内容

第2章 风光柴储基站电源设计

2.1基站电源设计指标要求

2.2风光柴储基站电源组网架构设计

2.2.1 典型风光柴储直流微网架构

2.2.2风光柴储基站电源架构优化设计

2.3柴油发电机充电控制方案设计

2.3.1常规充电控制方案分析

2.3.2无DC/DC变换器的蓄电池控制方案

2.4风光柴储基站电源仿真研究

2.4.1风光柴储混合供电系统运行仿真

2.4.2有无DC/DC变换器的蓄电池充电仿真对比

2.5柴油发电机调速充电实验设计

2.5.1发电机控制器选型

2.5.2蓄电池阶段充电控制的实现

2.5.3实验验证

2.6本章小结

第3章 蓄电池组可靠性优化设计

3.1蓄电池组连接拓扑方案选择

3.2蓄电池串联均衡方案选择

3.2.1蓄电池均衡策略分析

3.2.2蓄电池主动均衡方案设计

3.2.3蓄电池主动均衡硬件设计

3.2.4串联蓄电池组主动均衡实验

3.3蓄电池寿命检测及报警系统设计

3.3.1铅酸蓄电池SOH评估方案设计

3.3.2柴油发电机启停间歇蓄电池寿命在线监测

3.3.3蓄电池寿命检测及报警系统软、硬件实现

3.4本章小结

第4章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果