一种通用型通信基站太阳能风能集中供电系统及其控制方法

摘要

本发明涉及一种通用型通信基站太阳能风能集中供电系统及其控制方法，属于新能源发电技术和节能技术领域。通信基站新能源集中供电主回路和通信基站监控器实施对原通信基站交直流供电系统提供新能源供电。本发明采用计算机控制技术和人工智能技术组成的嵌入式计算机通信基站监控器，实现的智能监测与控制。设计的太阳能MPPT控制器和风能控制器能实时侦测太阳能板和风能发动机的发电电压，并追踪最高电压值，使系统达到最高的效率。设计的逆变器基于DSP的全数字控制技术、高频SPWM技术和先进的IGBT模块，使系统效率更高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种通用型通信基站太阳能风能集中供电系统及其控制方法，属于新能源发电技术和节能技术领域。

背景技术

基站即公用移动通信基站，是无线通信电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。移动通信基站的建设是我国移动通信运营商投资的重要部分，移动通信基站的建设一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易、维护方便等要素进行。

目前对通信基站交直流供电系统实施的节能减排新能源供电系统技术方案，主要以风能发动机为原供电系统补充新能源电能，风机控制器输出的直流电压直接接入，并与通信基站交直流供电系统中的整流器输出直流母线处并接，仍然以市电电网供电为主，没有起到完全利用新能源的目的。另一方面，风能发动机如果对通信设备供电的同时，又要对蓄电池充电，需要增大风能发动机的功率，造成投资成本较高，利用率较低。另外，该技术方案需要对已有的通信基站交直流供电系统进行部分连接线路的改造。

为降低太阳能或风能新能源发电成本，充分考虑通信基站供电系统的不同区域和容量等特点，同时不需要对已有的通信基站交直流供电系统进行部分连接线路的改造，并以最直接的方式将太阳能或风能新能源供电引入通信基站，其定位非常明确，就是通信基站原有市电交直流供电系统实现以新能源供电方式为主，市电电网供电方式为辅的原则，起到真正的利用新能源实现节能减排的作用。根据通信基站的需求，通过使用太阳能和风能新能源供电方式的选择，减少基站对常规能源的消耗，并减少因使用常规能源而产生的碳排放和污染气体排放，充分利用新能源。

因此，设计一种通用型通信基站太阳能风能集中供电系统，适合原通信基站交直流供电系统的不同需求和容量，是业界的共同期望。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种通用型通信基站太阳能风能集中供电系统及其控制方法，使通信基站交直流供电系统可以充分利用新能源，并具有更高的安全性，同时，设备简单，具有节能减排、成本低、效率高、通用性、易集成等特点。

本发明采用的技术方案：供电系统主要由通信基站新能源集中供电主回路100、通信基站监控器200和原通信基站交直流供电系统300组成；通信基站新能源集中供电主回路100包括太阳能电池101、太阳能MPPT控制器102、逆变器103、转换开关104、外蓄电池105、风能发动机106，风机控制器107、市电电网108。通信基站监控器200包括控制电路201、采样电路202、驱动电路203、RS-485通信口204、逆变器电压检测电路205、市电电网电压检测电路206、开关电源电压检测电路207。原通信基站交直流供电系统300由交流配电箱301、开关电源302、通信设备303，内蓄电池305、不间断电源306、空调307、照明308、插座309、移动油机310和浪涌保护器311组成。通信基站新能源集中供电主回路100和通信基站监控器200实施对原通信基站交直流供电系统300提供新能源供电。

所述的通用型通信基站新能源集中供电系统，系统采用太阳能集中供电方式太阳能电池101的输出端信号与太阳能MPPT控制器102的输入端信号连接，太阳能MPPT控制器102用于对太阳能电池的输出电压进行最大功率点跟踪控制后输出直流电压，一方面对外蓄电池105进行充电，另一方面和外蓄电池105并联后为逆变器103提供直流电压；

所述的通用型通信基站新能源集中供电系统，系统采用风能集中供电方式，风能发动机106的输出端信号与风机控制器107的输入端信号连接，风机控制器107用于对风能发动机106的输出电压进行控制后输出直流电压，一方面对外蓄电池105进行充电，另一方面和外蓄电池105、太阳能MPPT控制器102并联后为逆变器103提供直流电压。

外蓄电池105的输入端信号与太阳能MPPT控制器102和风机控制器107的输出端信号，以及逆变器103的输入端信号连接，当太阳能电池101或风能发动机106不能提供维持系统正常运行的电源时，外蓄电池105为逆变器103提供电源；逆变器103的输入端信号与太阳能MPPT控制器102、风机控制器107和外蓄电池105的输出端信号连接，将它们提供的直流电压转换为交流电压；转换开关104的输入端信号与逆变器103、市电电网108和通信基站监控器200中的驱动电路203的输出端信号连接，根据通信基站监控器200的控制指令，选择逆变器103或者市电电网108为通信基站交直流供电系统300提供电源，通过转换开关104的输出端信号与通信基站交直流供电系统300的交流配电箱301的输入端信号连接。

通信基站新能源集中供电主回路100的太阳能MPPT控制器102和风机控制器107为具有最大功率点跟踪控制功能的太阳能MPPT控制器102和风机控制器107。

所述的通用型通信基站新能源集中供电系统中的通信基站监控器200，其采样电路202的输入端信号与通信基站新能源集中供电主回路100的逆变器电压检测电路205和市电电网电压检测电路206，以及原通信基站交直流供电系统300的开关电源电压检测电路207的输出端信号连接，采样电路202的输出端信号与控制电路201的输入端信号连接；具有独立CPU控制功能的控制电路201的输出端信号与驱动电路203的输入端信号连接，控制电路201的输入端信号与采样电路202和上位机的RS-485通信口204的输入端信号连接，根据采样电路202的参数是否正常来进行控制判断，并输出控制指令到驱动电路203；驱动电路203 的输出端信号与主回路100中的转换开关104的输入端信号连接，通过增大控制信号的功率并输出到转换开关104。

通信基站监控器200的控制方法包括以下步骤：

a) 采样电路202通过逆变器电压检测电路205、市电电网电压检测电路206、开关电源电压检测电路207、采样主回路100中的逆变器103和市电电网108的交流电压，以及通信基站交直流供电系统300中开关电源302的直流电压；

b) 控制电路201判断开关电源302的直流电压、逆变器103的电压和市电电网108的交流电压是否正常；

当开关电源302的直流电压、逆变器103的电压和市电电网108的交流电压正常，则控制回路201的输出控制指令到驱动电路203，通过驱动电路203驱动主回路100中的转换开关104，让逆变器105的输出电源通过转换开关104向通信基站交直流供电系统300提供电源，并返回步骤a）；

当开关电源302的直流电压、逆变器103的电压和市电电网108的交流电压不正常，则进入步骤c）；

c）控制回路201判断开关电源302的直流电压和逆变器103的输出电压是否正常；

当开关电源302的直流电压和逆变器103的输出电压正常，且上位机无“快速充电”指令，则控制回路201输出控制指令到驱动电路203，通过驱动电路203控制主回路100中的转换开关104，接通逆变器105的输出电源，断开市电电网108的输出电源，由逆变器105向通信基站交直流供电系统300提供电源，并返回步骤a）；

当开关电源302的直流电压和逆变器103的输出电压不正常，则进入步骤d）；

d）控制回路201判断开关电源302的直流电压和市电电网108的输出电压是否正常；

如果开关电源302的直流电压和市电电网108的输出电压正常，且上位机有“快速充电”指令，则控制回路201输出控制指令到驱动电路203，通过驱动电路203控制主回路100中的转换开关104，断开逆变器105的输出电源，接通市电电网108的输出电源，由市电电网108向通信基站交直流供电系统300提供交流电源，并返回步骤a）；

当开关电源302的直流电压和市电电网108的输出电压不正常，则进入步骤e）；

e）控制回路201判断开关电源的直流电压是否正常；

当开关电源的直流电压正常，且上位机无“快速充电”指令，逆变器的交流电压不正常，而市电电网交流电压正常，则控制回路201输出控制指令到驱动电路203，通过驱动电路控制主回路100中的转换开关104，断开逆变器105的输出电源，接通市电电网108的输出电源，由市电电网108向通信基站交直流供电系统300提供交流电源，向上位机发出故障信息，并返回步骤a）；

当开关电源的直流电压不正常，则进入步骤f）；

f）如果开关电源的直流电压不正常，则控制回路201输出控制指令到驱动电路203，通过驱动电路控制主回路100中的转换开关104，断开逆变器105和市电电网108的输出电源，停止向通信基站交直流供电系统300提供交流电源，向上位机发出故障信息，并返回步骤a）。

所述的太阳能电池101、太阳能MPPT控制器102、逆变器103、转换开关104、外蓄电池105、风能发动机106，风机控制器107、市电电网108、控制电路201、采样电路202、驱动电路203、RS-485通信口204、逆变器电压检测电路205，开关电源电压检测电路206和市电电网电压检测电路207等，除太阳能电池101和风能发动机106都是目前市场上公知公用的普通设备外，其余为本人研究开发的产品和设备。

本发明的有益效果：本专利采用计算机控制技术和人工智能技术组成的嵌入式计算机通信基站监控器，实现的智能监测与控制。设计的太阳能MPPT控制器和风能控制器能实时侦测太阳能板和风能发动机的发电电压，并追踪最高电压值，使系统达到最高的效率。设计的逆变器基于DSP的全数字控制技术、高频SPWM技术和先进的IGBT模块，使系统效率更高。

a）实现太阳能或风能新能源供电与市电电网供电的合理调度，使新能源发电量最大化和节能效果最大化。

b）实现有效的系统合理配置和集成，在保证和满足基站通信设备用电量的需求下，节省太阳能电池板或风机的容量。

c）实现新能源供电与市电电网供电之间的智能监测和自动控制。

d）实现通信基站的任意位置和布局下的低成本、高效率、连续性、安全性和通用型。

同时，本专利确定了通信基站监控器的控制策略和控制算法，并编制和开发了相应的控制和通讯系统的软硬件，可以是系统充分利用新能源、通用性变强、系统集成容易、成本降低、效率更高。

附图说明

图1为本发明的电路结构原理图。

图2为本发明的控制流程图。

图中：100-通信基站新能源集中供电系统主回路，101-太阳能电池，102-太阳能MPPT控制器、103-逆变器、104-转换开关、105-外蓄电池、106-风能发动机，107-风机控制器、108-市电电网、200-通信基站监控器、201-控制电路、202-采样电路、203-驱动电路、204-通信口RS-485、205-逆变器电压检测电路、206-市电电网电压检测电路、207-开关电源电压检测电路、300-通信基站交直流供电系统、301-交流配电箱、302-开关电源、303-通信设备，305-内蓄电池、306-不间断电源、307-空调、308-照明、309-插座、310-移动油机、311-浪涌保护器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本专利作进一步说明。

如图1所示，供电系统主要由通信基站新能源集中供电主回路100、通信基站监控器200和原通信基站交直流供电系统300组成；通信基站新能源集中供电主回路100包括太阳能电池101、太阳能MPPT控制器102、逆变器103、转换开关104、外蓄电池105、风能发动机106，风机控制器107、市电电网108。通信基站监控器200包括控制电路201、采样电路202、驱动电路203、RS-485通信口204、逆变器电压检测电路205、市电电网电压检测电路206、开关电源电压检测电路207。原通信基站交直流供电系统300由交流配电箱301、开关电源302、通信设备303，内蓄电池305、不间断电源306、空调307、照明308、插座309、移动油机310和浪涌保护器311组成。通信基站新能源集中供电主回路100和通信基站监控器200实施对原通信基站交直流供电系统300提供新能源供电。

所述的通用型通信基站新能源集中供电系统，系统采用太阳能集中供电方式太阳能电池101的输出端信号与太阳能MPPT控制器102的输入端信号连接，太阳能MPPT控制器102用于对太阳能电池的输出电压进行最大功率点跟踪控制后输出直流电压，一方面对外蓄电池105进行充电，另一方面和外蓄电池105并联后为逆变器103提供直流电压；

所述的通用型通信基站新能源集中供电系统，系统采用风能集中供电方式，风能发动机106的输出端信号与风机控制器107的输入端信号连接，风机控制器107用于对风能发动机106的输出电压进行控制后输出直流电压，一方面对外蓄电池105进行充电，另一方面和外蓄电池105、太阳能MPPT控制器102并联后为逆变器103提供直流电压。

外蓄电池105的输入端信号与太阳能MPPT控制器102和风机控制器107的输出端信号，以及逆变器103的输入端信号连接，当太阳能电池101或风能发动机106不能提供维持系统正常运行的电源时，外蓄电池105为逆变器103提供电源；

逆变器103的输入端信号与太阳能MPPT控制器102、风机控制器107和外蓄电池105的输出端信号连接，将它们提供的直流电压转换为交流电压；转换开关104的输入端信号与逆变器103、市电电网108和通信基站监控器200中的驱动电路203的输出端信号连接，根据通信基站监控器200的控制指令，选择逆变器103或者市电电网108为通信基站交直流供电系统300提供电源，通过转换开关104的输出端信号与通信基站交直流供电系统300的交流配电箱301的输入端信号连接。

通信基站新能源集中供电主回路100的太阳能MPPT控制器102和风机控制器107为具有最大功率点跟踪控制功能的太阳能MPPT控制器102和风机控制器107。

所述的通用型通信基站新能源集中供电系统中的通信基站监控器200，其采样电路202的输入端信号与通信基站新能源集中供电主回路100的逆变器电压检测电路205和市电电网电压检测电路206，以及原通信基站交直流供电系统300的开关电源电压检测电路207的输出端信号连接，采样电路202的输出端信号与控制电路201的输入端信号连接；具有独立CPU控制功能的控制电路201的输出端信号与驱动电路203的输入端信号连接，控制电路201的输入端信号与采样电路202和上位机的RS-485通信口204的输入端信号连接，根据采样电路202的参数是否正常来进行控制判断，并输出控制指令到驱动电路203；驱动电路203 的输出端信号与主回路100中的转换开关104的输入端信号连接，通过增大控制信号的功率并输出到转换开关104。

实施例1

如图2所示：通信基站监控器200的控制方法包括以下步骤：

a) 采样电路202通过逆变器电压检测电路205、市电电网电压检测电路206、开关电源电压检测电路207、采样主回路100中的逆变器103和市电电网108的交流电压，以及通信基站交直流供电系统300中开关电源302的直流电压；

b) 控制电路201判断开关电源302的直流电压、逆变器103的电压和市电电网108的交流电压是否正常；当开关电源302的直流电压、逆变器103的电压和市电电网108的交流电压不正常，则进入步骤c）；

c）控制回路201判断开关电源302的直流电压和逆变器103的输出电压是否正常；

当开关电源302的直流电压和逆变器103的输出电压不正常，则进入步骤d）；

d）控制回路201判断开关电源302的直流电压和市电电网108的输出电压是否正常；当开关电源302的直流电压和市电电网108的输出电压不正常，则进入步骤e）；

e）控制回路201判断开关电源的直流电压是否正常；当开关电源的直流电压不正常，则进入步骤f）；

f）如果开关电源的直流电压不正常，则控制回路201输出控制指令到驱动电路203，通过驱动电路控制主回路100中的转换开关104，断开逆变器105和市电电网108的输出电源，停止向通信基站交直流供电系统300提供交流电源，向上位机发出故障信息，并返回步骤a）。

实施例2

如图2所示：通信基站监控器200的控制方法包括以下步骤：

a) 采样电路202通过逆变器电压检测电路205、市电电网电压检测电路206、开关电源电压检测电路207、采样主回路100中的逆变器103和市电电网108的交流电压，以及通信基站交直流供电系统300中开关电源302的直流电压；

b) 控制电路201判断开关电源302的直流电压、逆变器103的电压和市电电网108的交流电压是否正常；

当开关电源302的直流电压、逆变器103的电压和市电电网108的交流电压正常，则控制回路201的输出控制指令到驱动电路203，通过驱动电路203驱动主回路100中的转换开关104，让逆变器105的输出电源通过转换开关104向通信基站交直流供电系统300提供电源，并返回步骤a）；

实施例3

如图2所示：通信基站监控器200的控制方法包括以下步骤：

a) 采样电路202通过逆变器电压检测电路205、市电电网电压检测电路206、开关电源电压检测电路207、采样主回路100中的逆变器103和市电电网108的交流电压，以及通信基站交直流供电系统300中开关电源302的直流电压；

b) 控制电路201判断开关电源302的直流电压、逆变器103的电压和市电电网108的交流电压是否正常；当开关电源302的直流电压、逆变器103的电压和市电电网108的交流电压不正常，则进入步骤c）；

c）控制回路201判断开关电源302的直流电压和逆变器103的输出电压是否正常；

当开关电源302的直流电压和逆变器103的输出电压正常，且上位机无“快速充电”指令，则控制回路201输出控制指令到驱动电路203，通过驱动电路203控制主回路100中的转换开关104，接通逆变器105的输出电源，断开市电电网108的输出电源，由逆变器105向通信基站交直流供电系统300提供电源，并返回步骤a）；

实施例4

通信基站监控器200的控制方法包括以下步骤：

a) 采样电路202通过逆变器电压检测电路205、市电电网电压检测电路206、开关电源电压检测电路207、采样主回路100中的逆变器103和市电电网108的交流电压，以及通信基站交直流供电系统300中开关电源302的直流电压；

b) 控制电路201判断开关电源302的直流电压、逆变器103的电压和市电电网108的交流电压是否正常；当开关电源302的直流电压、逆变器103的电压和市电电网108的交流电压不正常，则进入步骤c）；

c）控制回路201判断开关电源302的直流电压和逆变器103的输出电压是否正常；

当开关电源302的直流电压和逆变器103的输出电压不正常，则进入步骤d）；

d）控制回路201判断开关电源302的直流电压和市电电网108的输出电压是否正常；如果开关电源302的直流电压和市电电网108的输出电压正常，且上位机有“快速充电”指令，则控制回路201输出控制指令到驱动电路203，通过驱动电路203控制主回路100中的转换开关104，断开逆变器105的输出电源，接通市电电网108的输出电源，由市电电网108向通信基站交直流供电系统300提供交流电源，并返回步骤a）；

实施例5

通信基站监控器200的控制方法包括以下步骤：

a) 采样电路202通过逆变器电压检测电路205、市电电网电压检测电路206、开关电源电压检测电路207、采样主回路100中的逆变器103和市电电网108的交流电压，以及通信基站交直流供电系统300中开关电源302的直流电压；

b) 控制电路201判断开关电源302的直流电压、逆变器103的电压和市电电网108的交流电压是否正常；当开关电源302的直流电压、逆变器103的电压和市电电网108的交流电压不正常，则进入步骤c）；

c）控制回路201判断开关电源302的直流电压和逆变器103的输出电压是否正常；当开关电源302的直流电压和逆变器103的输出电压不正常，则进入步骤d）；

d）控制回路201判断开关电源302的直流电压和市电电网108的输出电压是否正常；当开关电源302的直流电压和市电电网108的输出电压不正常，则进入步骤e）；

e）控制回路201判断开关电源的直流电压是否正常；当开关电源的直流电压正常，且上位机无“快速充电”指令，逆变器的交流电压不正常，而市电电网交流电压正常，则控制回路201输出控制指令到驱动电路203，通过驱动电路控制主回路100中的转换开关104，断开逆变器105的输出电源，接通市电电网108的输出电源，由市电电网108向通信基站交直流供电系统300提供交流电源，向上位机发出故障信息，并返回步骤a）；

本专利是通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本专利范围的情况下，还可以对本专利进行各种变换及等同代替，因此，本专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本专利权利要求范围内的全部实施方案。