CN111313397B - 用于通信基站混合供电***的能量控制***及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种用于通信基站混合供电***的能量控制***及控制方法，能量控制***包括电网、柴油发电机、光伏***、锂电池、铅酸电池和主控制器；电网和柴油发电机均通过自动转换开关与AC/DC整流器连接，AC/DC整流器接入***直流母排；柴油发电机通过DC/DC变流器与***直流母排连接；光伏***通过MPPT控制器与***直流母排连接；锂电池和铅酸电池均通过直流潮流分配器与***直流母排连接；***直流母排与负荷连接，用于为所述负荷供电；主控制器用于实现***总体运行控制，调整所述锂电池、铅酸电池和柴油发电机的输出功率。本申请能够减少柴油机运行、高效使用锂电池、提取铅酸电池剩余电量、提高供电可靠性。

Description

用于通信基站混合供电***的能量控制***及控制方法
技术领域
本申请属于能量管理技术领域，具体涉及一种用于通信基站混合供电***的能量控制***及控制方法。
背景技术
近年来，并网型或孤岛型基站混合供电***由于其设计灵活且成本较低，因此在世界各地频繁部署。***设计的首要任务是在考虑电网供电情况及设备运行约束的条件下，优化设计***的运行策略，最大限度地降低日负荷运行成本，保持负荷全天可靠供电。为了增强基站负荷用电的可靠性，同时减少二氧化碳排放，基站供电***中加入了越来越多的能源形式，比如光伏、风电、柴油机、电池等，目前这一类混合供电***的控制研究也越来越重要。
由于南亚及非洲地区的发展中国家发电短缺、燃料价格高、电网基础设施薄弱，混合供电***的作用变得越来越重要，通过优化控制方案，混合动力***就可以迅速部署，使用户实现自供电。随着时代的发展，通信基站中的4G/LTE/5G设备耗电量日益加剧，而电信基站收发器(BTS)的关键供电设备需要不间断的连续运行，因此需要更加可靠的混合供电***，以降低供电电源发生故障时对电网或柴油发电机的依赖性。柴油机的运行，加剧了环境污染，而且在基站运行成本中占据一半支出。另外，电网薄弱区域的电价随动变化，也增加了基站的运行费用。在此种背景下，可在混合供电***中增加电池储能***，通过平衡可再生能源、柴油机、电池运行成本，最大限度地节省基站运行费用。
目前基站供电***中通常将铅酸电池作为备用电源，然而，随着锂电池的发展，锂电池能量密度高、高倍率放电的特性使锂电池更适用于高负荷需求的基站，比如5G基站。对现有基站升级后，原铅酸电池仍有剩余寿命，因此在对现有基站升级改造的过程中，一般选择锂电池和铅酸电池共用的方案，作为锂电池逐步取代铅酸电池的技术路线，与此同时减少电池的浪费。
针对上述应用需求，本申请的发明人在研发过程中发现，混合供电***需要设计新的能量控制***，实现对可再生能源、电网、柴油机、锂电池及铅酸电池的优化调度，以达到提高供电可靠性、减少柴油机运行、高效使用锂电池、提取铅酸电池剩余电量的目标。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种用于通信基站混合供电***的能量控制***及控制方法。
根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种用于通信基站混合供电***的能量控制***，其包括光伏***、主控制器以及与所述主控制器连接的电网、柴油发电机、自动转换开关、AC/DC整流器、DC/DC变流器、MPPT控制器、锂电池、铅酸电池、直流潮流分配器和负荷；
所述电网和柴油发电机均通过所述自动转换开关与所述AC/DC整流器连接，所述AC/DC整流器接入***直流母排；所述DC/DC变流器与所述柴油发电机和***直流母排连接；所述光伏***通过所述MPPT控制器与所述***直流母排连接；所述锂电池和铅酸电池均通过所述直流潮流分配器与所述***直流母排连接；所述***直流母排与负荷连接，用于为所述负荷供电；
所述主控制器用于实现***总体运行控制，通过监测各设备的运行状态，调整所述锂电池、铅酸电池和柴油发电机的输出功率，以及所述自动转换开关和各供电支路的通断，实现对所述负荷的供电。
上述用于通信基站混合供电***的能量控制***中，还包括远程服务器，所述主控制器通过路由器与所述远程服务器进行通信，所述主控制器将各设备的运行状态远传至所述远程服务器，所述远程服务器用于实现多站点监测。
根据本申请实施例的第二方面，本申请还提供了一种用于通信基站混合供电***的能量控制方法，其包括以下步骤：
判断光伏***的发电功率是否大于负荷功率；
如果光伏***的发电功率大于负荷功率，则控制光伏***为负荷供电，且利用光伏***的发电功率满足负荷功率后的额外功率对电池进行充电；
如果光伏***的发电功率小于或等于负荷功率，则判断电网的各项电压是否在200V～240V之间；
如果电网的各项电压在200V～240V之间，则控制光伏***和电网共同为负荷供电，且利用负荷所需功率的额外功率对电池进行充电。
上述用于通信基站混合供电***的能量控制方法中，如果电网的各项电压不在200V～240V之间，则利用电池对负荷进行供电。
上述用于通信基站混合供电***的能量控制方法中，如果在对电池进行充电时，柴油发电机已启动，则主控制器控制柴油发电机停止运行。
上述用于通信基站混合供电***的能量控制方法中，所述利用电池对负荷进行供电的过程包括：
判断锂电池的SOC是否大于锂电电池的锂电池的第一预设值；
如果锂电池的SOC大于锂电池的第一预设值，则进一步判断锂电池的SOC是否小于锂电池的第二预设值；其中，锂电池的第一预设值小于锂电池的第二预设值；
如果锂电池的SOC小于锂电池的第二预设值，则启动铅酸电池，由铅酸电池为负荷供电，直到锂电池的SOC达到其最小SOC；否则，启动光伏***和锂电池，由光伏***和锂电池为负荷供电。
进一步地，所述利用电池对负荷进行供电的过程还包括：
如果锂电池的SOC小于或等于锂电池的第一预设值，则进一步判断铅酸电池的SOC是否大于铅酸电池的第一预设值；
如果铅酸电池的SOC大于铅酸电池的第一预设值，则进一步判断铅酸电池的SOC在小于铅酸电池的第二预设值的情况下，铅酸电池一直放电，放电到光伏***可用，所用的时间是否大于预设时长；其中，铅酸电池的第一预设值小于铅酸电池的第二预设值；
如果所用的时间大于预设时长，则启动柴油发电机，由柴油发电机为负荷供电，直到电网的各项电压在200V～240V之间时，关闭柴油发电机；否则，启动光伏***和铅酸电池，由光伏***和铅酸电池共同为负荷供电。
更进一步地，所述柴油发电机在给负荷供电的同时给锂电池充电，直到锂电池的SOC达到50％为止。
更进一步地，所述利用电池对负荷进行供电的过程还包括：
如果铅酸电池的SOC小于或等于铅酸电池的第一预设值，则进一步判断负荷功率是否小于柴油发电机的最小设置功率；
如果负荷功率小于柴油发电机的最小设置功率，则将柴油发电机的功率设置为最小功率，为负荷供电；利用满足负荷后的额外功率为锂电池充电；否则，启动柴油机，由柴油机为负荷供电，直到电网的各项电压在200V～240V之间或者光伏***的电压在42V～58V之间。
根据本申请实施例的第三方面，本申请还提供了一种计算机存储介质，其包括计算机程序，所述计算机程序由处理器执行，以完成上述任一项所述用于通信基站混合供电***的能量控制方法中的步骤。
根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请通过主控制器对***总体运行进行控制，通过监测各设备的运行状态，调整锂电池、铅酸电池和柴油发电机的输出功率，以及自动转换开关和各供电支路的通断，实现对负荷的供电；通过对可再生能源、电网、柴油机、锂电池及铅酸电池进行优化调度，能够减少柴油机运行、高效使用锂电池、提取铅酸电池剩余电量，从而提高供电可靠性。
应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。
附图说明
下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。
图1为本申请具体实施方式提供的一种用于通信基站混合供电***的能量控制***的结构示意图。
图2为本申请具体实施方式提供的一种用于通信基站混合供电***的能量控制方法的流程图之一。
图3为本申请具体实施方式提供的一种用于通信基站混合供电***的能量控制方法的流程图之二。
附图标记说明：
1、电网；2、柴油发电机；3、ATS；4、AC/DC整流器；5、DC/DC变流器；6、光伏***；7、MPPT控制器；8、锂电池；9、铅酸电池；10、直流潮流分配器；11、负荷；12、主控制器；13、路由器；14、远程服务器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。
本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。
关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以细微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的细微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。
某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
图1为本申请具体实施方式提供的一种用于通信基站混合供电***的能量控制***的结构示意图。
如图1所示，用于通信基站混合供电***的能量管理***包括电网1、柴油发电机2、ATS3(Automatic Transfer Switching，自动转换开关)、AC/DC整流器4、DC/DC变流器5、光伏***6、MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)控制器7、锂电池8、铅酸电池9、直流潮流分配器10、负荷11和主控制器12。
电网1和柴油发电机2均与ATS3连接，电网1和柴油发电机2输出的三相220V交流电通过AC/DC整流器4转换为-48V直流电后接入***直流母排。
DC/DC变流器5与柴油发电机2连接，其用于将-48V直流电压转换为12V后为柴油发电机2提供启动电源。
光伏***6与MPPT控制器7连接，其输出的直流电通过MPPT控制器7转换为-48V直流电后接入***直流母排。
锂电池8和铅酸电池9均与直流潮流分配器10的输入端连接，直流潮流分配器10的输出端与***直流母排连接。直流潮流分配器10能够实现多类型电池的接入。
***直流母排与负荷11连接，用于为负荷11供电。
电网1、柴油发电机2、ATS3、AC/DC整流器4、DC/DC变流器5、MPPT控制器7、锂电池8、铅酸电池9、直流潮流分配器10和负荷11均与主控制器12连接，主控制器12用于实现***总体运行控制，通过监测各设备的运行状态，调整锂电池8、铅酸电池9和柴油发电机2的输出功率，以及ATS3和各供电支路的通断，实现对负荷11连续可靠地供电。ATS3用于实现电网1与柴油发电机2的自动切换。
其中，负荷11包括一级负荷、二级负荷以及制冷或制热负荷。
本申请实施例提供的用于通信基站混合供电***的能量管理***还包括远程服务器14，主控制器12通过路由器13与远程服务器14进行通信，主控制器12将各设备的运行状态远传至远程服务器14，远程服务器14用于实现多站点监测。
基于上述用于通信基站混合供电***的能量管理***，本申请实施例还提供了一种用于通信基站混合供电***的能量控制方法，如图2所示，其包括以下步骤：
S1、判断光伏***6的发电功率是否大于负荷11功率。
S2、如果光伏***6的发电功率大于负荷11功率，则由光伏***6为负荷11供电，且利用光伏***6的发电功率满足负荷11功率后的额外功率对电池进行充电。可以对电池充电至其最大SOC(State ofcharge，即荷电状态)。如果在对电池进行充电时，柴油发电机2已启动，则主控制器12控制柴油发电机2停止运行。
需要说明的是，此处的电池包括锂电池8和铅酸电池9，当然也可以包括其他可用电池。
S3、如果光伏***6的发电功率小于或等于负荷11功率，则判断电网1的各项电压是否在200V～240V之间。
如果电网1的各项电压在200V～240V之间，则由光伏***6和电网1共同为负荷11供电，且利用负荷11所需功率的额外功率对电池进行充电，可以对电池充电至其最大SOC。如果在对电池进行充电时，柴油发电机2已启动，则主控制器12控制柴油发电机2停止运行。
如果电网1的各项电压不在200V～240V之间，则利用电池对负荷11进行供电。
如图3所示，利用电池对负荷11进行供电时，其具体过程为：
S31、判断锂电池8的SOC是否大于锂电池的第一预设值SOCl1。
S32、如果锂电池8的SOC大于锂电池的第一预设值SOCl1，则进一步判断锂电池8的SOC是否小于锂电池的第二预设值SOCl2。
S33、如果锂电池8的SOC小于锂电池的第二预设值SOCl2，则启动铅酸电池9，由铅酸电池9为负荷11供电，直到锂电池8的SOC达到其最小SOC，返回步骤S31；否则，启动光伏***6和锂电池8，由光伏***6和锂电池8为负荷11供电，之后返回步骤S31，如果柴油发电机2已启动，则主控制器12控制柴油发电机2停止运行。
其中，锂电池的第一预设值SOCl1小于锂电池的第二预设值SOCl2，锂电池的第一预设值SOCl1可以为20％，锂电池的第二预设值SOCl2均可以为30％。
S34、如果锂电池8的SOC小于或等于锂电池的第一预设值SOCl1，则进一步判断铅酸电池9的SOC是否大于铅酸电池的第一预设值SOCq1。
S35、如果铅酸电池9的SOC大于铅酸电池的第一预设值SOCq1，则进一步判断铅酸电池9的SOC在小于铅酸电池的第二预设值SOCq2的情况下，铅酸电池9一直放电，放电到光伏***6可用，所用的时间是否大于预设时长t。
S36、如果所用的时间大于预设时长t，则启动柴油发电机2，由柴油发电机2为负荷11供电，直到电网1的各项电压在200V～240V之间时，关闭柴油发电机2，返回步骤S31；否则，启动光伏***6和铅酸电池9，由光伏***6和铅酸电池9共同为负荷11供电，返回步骤S31。
判断光伏***6是否可用，即判断光伏***6的电压是否在MPPT电压范围内，MPPT电压范围为42V～58V。
其中，铅酸电池的第一预设值SOCq1小于铅酸电池的第二预设值SOCq2，锂电池的第一预设值SOCl1可以为10％，锂电池的第二预设值SOCl2均可以为30％。
其中，柴油发电机2在给负荷11供电的同时给锂电池8充电，直到锂电池8的SOC达到50％为止。
S37、如果铅酸电池9的SOC小于或等于铅酸电池的第一预设值SOCq1，则进一步判断负荷11功率是否小于柴油发电机2的最小设置功率。
S38、如果负荷11功率小于柴油发电机2的最小设置功率，则将柴油发电机2的功率设置为最小功率，为负荷11供电；利用满足负荷11后的额外功率为锂电池8充电，返回步骤S31；否则，启动柴油机，由柴油机为负荷11供电，直到电网1的各项电压在200V～240V之间或者光伏***6的电压在MPPT电压范围内，MPPT电压范围为42V～58V，返回步骤S31。
在示例性实施例中，本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，是计算机可读存储介质，例如，包括计算机程序的存储器，上述计算机程序可由处理器执行，以完成前述用于通信基站混合供电***的能量控制方法中的所述步骤。
上述的本申请实施例可在各种硬件、软件编码或两者组合中进行实施。例如，本申请的实施例也可为在数据信号处理器中执行上述方法的程序代码。本申请也可涉及计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列执行的多种功能。可根据本申请配置上述处理器执行特定任务，其通过执行定义了本申请揭示的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来完成。可将软件代码或固件代码发展为不同的程序语言与不同的格式或形式。也可为不同的目标平台编译软件代码。然而，根据本申请执行任务的软件代码与其他类型配置代码的不同代码样式、类型与语言不脱离本申请的精神与范围。
以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。

Claims (5)

1.一种用于通信基站混合供电***的能量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
判断光伏***的发电功率是否大于负荷功率；
如果光伏***的发电功率大于负荷功率，则控制光伏***为负荷供电，且利用光伏***的发电功率满足负荷功率后的额外功率对电池进行充电；
如果光伏***的发电功率小于或等于负荷功率，则判断电网的各项电压是否在200V～240V之间；
如果电网的各项电压在200V～240V之间，则控制光伏***和电网共同为负荷供电，且利用负荷所需功率的额外功率对电池进行充电；
如果电网的各项电压不在200V～240V之间，则利用电池对负荷进行供电；
如果在对电池进行充电时，柴油发电机已启动，则主控制器控制柴油发电机停止运行；
所述利用电池对负荷进行供电的过程包括：
判断锂电池的SOC是否大于锂电电池的锂电池的第一预设值；
如果锂电池的SOC大于锂电池的第一预设值，则进一步判断锂电池的SOC是否小于锂电池的第二预设值；其中，锂电池的第一预设值小于锂电池的第二预设值；
如果锂电池的SOC小于锂电池的第二预设值，则启动铅酸电池，由铅酸电池为负荷供电，直到锂电池的SOC达到其最小SOC；否则，启动光伏***和锂电池，由光伏***和锂电池为负荷供电；
所述利用电池对负荷进行供电的过程还包括：
如果铅酸电池的SOC小于或等于铅酸电池的第一预设值，则进一步判断负荷功率是否小于柴油发电机的最小设置功率；
如果负荷功率小于柴油发电机的最小设置功率，则将柴油发电机的功率设置为最小功率，为负荷供电；利用满足负荷后的额外功率为锂电池充电；否则，启动柴油机，由柴油机为负荷供电，直到电网的各项电压在200V～240V之间或者光伏***的电压在42V～58V之间。
2.根据权利要求1所述的用于通信基站混合供电***的能量控制方法，其特征在于，所述利用电池对负荷进行供电的过程还包括：
如果锂电池的SOC小于或等于锂电池的第一预设值，则进一步判断铅酸电池的SOC是否大于铅酸电池的第一预设值；
如果铅酸电池的SOC大于铅酸电池的第一预设值，则进一步判断铅酸电池的SOC在小于铅酸电池的第二预设值的情况下，铅酸电池一直放电，放电到光伏***可用，所用的时间是否大于预设时长；其中，铅酸电池的第一预设值小于铅酸电池的第二预设值；
如果所用的时间大于预设时长，则启动柴油发电机，由柴油发电机为负荷供电，直到电网的各项电压在200V～240V之间时，关闭柴油发电机；否则，启动光伏***和铅酸电池，由光伏***和铅酸电池共同为负荷供电。
3.根据权利要求1所述的用于通信基站混合供电***的能量控制方法，其特征在于，所述柴油发电机在给负荷供电的同时给锂电池充电，直到锂电池的SOC达到50％为止。
4.根据权利要求1所述的用于通信基站混合供电***的能量控制方法，其特征在于，所述利用电池对负荷进行供电的过程还包括：
如果铅酸电池的SOC小于或等于铅酸电池的第一预设值，则进一步判断负荷功率是否小于柴油发电机的最小设置功率；
如果负荷功率小于柴油发电机的最小设置功率，则将柴油发电机的功率设置为最小功率，为负荷供电；利用满足负荷后的额外功率为锂电池充电；否则，启动柴油机，由柴油机为负荷供电，直到电网的各项电压在200V～240V之间或者光伏***的电压在42V～58V之间。
5.一种计算机存储介质，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序由处理器执行，以完成权利要求1～4任一项所述用于通信基站混合供电***的能量控制方法中的步骤。
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