高可靠性风光柴储通信基站电源设计与实现

发布时间：2020-08-22 22:23

【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。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM314;TM912
【图文】：

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在实际应用部分，目前国内外也有许多提供新能源基站电源解决方案的公司。例如意大利的 ASCOT 公司，它主要在电力能源领域开展国际业务，且致力于柴油发电机的生产、混合电源控制技术研究及动力装置设计。如图 1-1（a）所示为该公司提出的风光柴储混合独立基站电源的示意图，它包含一个高效的能量管理单元，能实现对基站负荷的可靠供电管理。与传统的单独使用柴油发电机供电相比，这种供电方案能节省 68%的燃油消耗。

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第 2 章风光柴储基站电源设计基站电源设计指标要求中华人民共和国通信行业标准 YD/T 1051-2010《通信局(站)电源系统总技》中的相关规定，通信基站基站电源应保证稳定、可靠、安全地供电。对于基站常用的混合供电方式电源系统，技术要求中提供了典型应用示如图 2-1 所示。

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即可实现微网系统中各单元的功率平衡，不需要考虑交流微网中定、无功功率等问题，各分布式电源之间易于实现协调控制；）对于新能源混合独立供电系统，光伏电池、储能单元等分布式电电，采用直流微网架构将省去部分交直流变换装置，从而减小成[47]。考虑到基站负荷主要为直流负荷，因此本文选择直流微网架构作组网架构，来展开相关研究设计。型风光柴储直流微网架构微网大多采用了风、光等可再生能源的接入，而可再生能源供电机性会影响到供电系统的稳定性，因此通常需要增加储能模块，率的供需平衡，保证微网可靠运行。同时独立微网系统还会配置为备用电源，以满足可再生能源不足且蓄电池储能不足时负荷的统独立风光柴储直流微网架构如图 2-2 所示。

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