基于UPS的風(fēng)光互補基站供電系統(tǒng)研究

徐　昊

（深圳供電規(guī)劃設(shè)計院有限公司 配電部，廣東　深圳　518054）

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基于UPS的風(fēng)光互補基站供電系統(tǒng)研究

徐昊

（深圳供電規(guī)劃設(shè)計院有限公司 配電部，廣東深圳518054）

摘要：太陽能與風(fēng)能作為新能源，地域限制低、可自由利用、取之不盡。在西北西南等條件艱苦地區(qū)，可以作為運營商通信局站為UPS提供電力儲能支持，解決部分地區(qū)無市電的通信阻斷問題。文章對基站中蓄電池能源的風(fēng)光互補代替市電的供電系統(tǒng)方法進(jìn)行了討論，并進(jìn)行了初步的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：UPS；風(fēng)光互補；基站供電系統(tǒng)

隨著通信網(wǎng)的不斷發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)模不斷擴大，三家運營商的移動通信基站的建設(shè)數(shù)量也在原有需求量的三倍建設(shè)。電力供應(yīng)是通信網(wǎng)絡(luò)里的“血液”，為遠(yuǎn)離市區(qū)的基站等通信設(shè)施提供了能源支持。持久不間斷的通信電源保證是通信網(wǎng)絡(luò)暢通運行的重要前提。基站電源的中斷會造成局部通信網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。許多通信基站需要建立在高山戈壁等偏遠(yuǎn)山區(qū)，而偏遠(yuǎn)地區(qū)不能滿足供電要求甚至根本無市電可引的問題。由于基站用電負(fù)荷的持續(xù)性，所以當(dāng)基站斷電時候由維護(hù)人員開車使用柴油發(fā)電機來為基站提供臨時應(yīng)急電力。造成人力和資源的成本居高不下，只能作為一種短時的應(yīng)急之舉。

1　相關(guān)技術(shù)

1.1 UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply）

不間斷電源是將蓄電池（多為鉛酸免維護(hù)蓄電池）與設(shè)備相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。在通信領(lǐng)域，當(dāng)市電輸入正常時，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給基站設(shè)備使用，此時的UPS就是一臺交流電穩(wěn)壓器，同時它還向電池充電使用；UPS作為接替市電停電之后使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞；維持用戶暫存網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)急之舉。

1.2光風(fēng)互補

風(fēng)能與太陽能是最常見2種的可再生資源，彼此在時間和季節(jié)分布上具有相關(guān)性。偏遠(yuǎn)地區(qū)條件艱苦大多由交通不便所致，陽光照射沒有地域條件的限制；到了晚上光輻射變?nèi)酰瑴囟冉档痛髿饬鲃樱词乖谖髂细咴絽^(qū)，山頂也會有風(fēng)力。在夏季，太陽光輻射強度大而風(fēng)能較小；冬季，太陽光強度變?nèi)醵L(fēng)能變大。由于太陽能和風(fēng)能的互補性和能源的可利用再生性，一次投入多次產(chǎn)出的經(jīng)濟利益性，所以使得風(fēng)光互補供電系統(tǒng)在通信上具有很好的發(fā)展前景。特別是在西藏、內(nèi)蒙、新疆這樣地廣人稀用戶稀少的地區(qū)，獨特的地理和環(huán)境優(yōu)勢便于風(fēng)能和太陽能落地生花。在移動通信基站建設(shè)中，如果利用風(fēng)光互補供電系統(tǒng)來給基站機房設(shè)備供電，不僅解決了基站的供電問題，而且對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，居民生活水平的提高都具有重要的意義。

2　基站供電系統(tǒng)

基站的耗能設(shè)備主要包括信號收發(fā)處理機柜設(shè)備、信號增強放大處理的傳輸設(shè)備、機房溫度控制調(diào)節(jié)的溫控設(shè)備（空調(diào)）。其中信號處理設(shè)備約占系統(tǒng)總耗電的45%～60%，機房空調(diào)占35%～55%，開關(guān)電源占5%～15%。

目前風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用多作為試點基站嘗試性投入使用，在用電方便市區(qū)直接引市電線路，投資少運營商減小了投資成本，偏遠(yuǎn)地區(qū)運營商客戶稀少，也不值得建立基站。就目前來講，風(fēng)光互補作用于遠(yuǎn)離電網(wǎng)或者電能質(zhì)量無法滿足需求的地區(qū)。如部隊的邊防哨所戰(zhàn)、高速公路收費站和鐵路的信號站、野外地質(zhì)勘察和氣象工作站、偏遠(yuǎn)山區(qū)及海島駐防燈塔指引等均可采用此種供電方式。本文僅僅局限于在通信工程中的基站建設(shè)采用光風(fēng)互補供電。

2.1存在問題

目前基站大多依靠UPS配置市電系統(tǒng)。市電系統(tǒng)與蓄電池并聯(lián)，并時刻不斷的為蓄電池及設(shè)備提供電力輸出，這樣使得系統(tǒng)需求電量超出了基站運行所需，不僅造成了能源的浪費，還使得電力系統(tǒng)成本居高不下

目前在通信工程中采用新能源供電方式的主要問題在以下幾個方面：第一，氣象數(shù)據(jù)的獲得。由于新能源發(fā)電依靠太陽能與風(fēng)能等自然氣象資源，所以獲得當(dāng)?shù)貧庀筚Y源數(shù)據(jù)是設(shè)計的基礎(chǔ)。第二，如何確定風(fēng)機與太陽能電池的發(fā)電量。風(fēng)機與太陽能作為將自然資源轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備，計算其在當(dāng)?shù)貙嶋H的發(fā)電量是系統(tǒng)設(shè)計的核心問題。風(fēng)機在風(fēng)速的變化的同時其發(fā)電量也在時刻變化，太陽能電池在不同輻射度下其發(fā)電能力也不同，如何計算風(fēng)機與太陽能放電量是系統(tǒng)配置的依據(jù)。第三，如何能夠在滿足供電系統(tǒng)需求的情況下降低系統(tǒng)的成本。

2.2節(jié)能優(yōu)勢

在太陽和大氣流動資源條件充裕的前提，在光風(fēng)互補供電系統(tǒng)保證主設(shè)備正常運行的同時又能給空調(diào)供電，蓄電池充電。風(fēng)力發(fā)電機與太陽能電池組成的聯(lián)合供電系統(tǒng)叫做風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，在保證供電的條件下風(fēng)光互補供電系統(tǒng)與僅僅使用風(fēng)能或光能供電系統(tǒng)相比，是一次投資雙倍產(chǎn)出的雙保險；可以減少儲能蓄電池消耗市電的冗余電量的消耗。風(fēng)光互補供電系統(tǒng)降低基站市電總能耗的81%～92%。到目前為止，中國移動采用綠色能源的基站數(shù)量已經(jīng)達(dá)到5000座，而且還在不斷增加。

3　風(fēng)光互補UPS系統(tǒng)設(shè)計

風(fēng)光互補本質(zhì)上是風(fēng)能和太陽能既可以相互補充又可以共同給機柜等負(fù)載供電。風(fēng)能資源與時間刻度無關(guān)，僅僅與地域條件有關(guān)；而太陽能資源時間度減半，太陽能彌補了風(fēng)能的間歇性及在季節(jié)性不連續(xù)性的缺點。兩者時間頻率取了一個中位數(shù)，所以通信基站采用風(fēng)光互補供電系統(tǒng)供電。為了使風(fēng)光互補供電系統(tǒng)中風(fēng)機與光伏組件的最優(yōu)配置比，首先需要明確風(fēng)機的發(fā)電量，以確定風(fēng)機的功率類型和數(shù)量。風(fēng)機影響風(fēng)機的參數(shù)有風(fēng)機固定高度的風(fēng)速，風(fēng)速頻率以及當(dāng)?shù)乜諝饷芏鹊认嚓P(guān)。合理設(shè)計風(fēng)力發(fā)電機數(shù)目和太陽能板，蓄電池組的數(shù)目，達(dá)到各月供電均能滿足負(fù)載正常用電需求的系統(tǒng)最優(yōu)（見圖1）。

圖1　風(fēng)光互補供電系統(tǒng)

風(fēng)光互補供電系統(tǒng)各部分組成：風(fēng)力機組；光伏陣列；控制系統(tǒng)（含風(fēng)能控制電源、光伏控制電源、遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中管理模塊、后備電源管理、控制系統(tǒng)集成機柜、直流配電單元等）；開關(guān)電源；通信負(fù)載；蓄電池組。

結(jié)合通信基站中負(fù)載功率一般較小的特點，本文提出控制風(fēng)機數(shù)目方法來進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化配置。具體配置方法為首先根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料計算風(fēng)機實際發(fā)電量，并求取風(fēng)機最大數(shù)量；然后對基站負(fù)載進(jìn)行統(tǒng)計，用負(fù)載數(shù)據(jù)減去一臺風(fēng)機各月發(fā)電量，獲得各月除去風(fēng)機發(fā)電量后的系統(tǒng)各月所需要最大電量，然后按照光伏系統(tǒng)配置，獲得最大光伏電池數(shù)量。然后改變風(fēng)機數(shù)，繼續(xù)求取太陽能板數(shù)量。直到風(fēng)機數(shù)量為最大為止。然后求取在風(fēng)機數(shù)量為1到最大值之間的系統(tǒng)總成本最小值（見圖2）。

圖2　風(fēng)機數(shù)目控制方法

4　結(jié)語

本文結(jié)合對移動通信、通信電源系統(tǒng)、供電特性及、新能源技術(shù)的學(xué)習(xí)，以風(fēng)光互補供電系統(tǒng)及其在通信基站中的應(yīng)用為題進(jìn)行研究討論。移動通信技術(shù)朝著更快發(fā)展的今天，移動通信基站已經(jīng)遍及到到每一個角落，然而由于地域經(jīng)濟等多方面原因，尤其是在邊遠(yuǎn)地區(qū)電力能源的鋪設(shè)卻未能覆蓋人類居住的每一寸土地，需要克服困難就地取材發(fā)展新型能源建設(shè)新能源供電設(shè)備。通信領(lǐng)域的發(fā)展對新電力能源的促進(jìn)是相互的。太陽能與風(fēng)能對環(huán)境沒有污染屬于清潔能源，安全穩(wěn)定可靠。

［參考文獻(xiàn)］

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Study on Power Supply System of Scenery Complementary Base Station Based on UPS

Xu Hao
（The Power Distribution Department， Shenzhen Power Supply Planning Design Institute Corporation Limited， Shenzhen518054， China）

Abstract：Solar and wind energy as a new energy, low regional restriction, are free to use, and inexhaustible. such as in the southwest of the northwest region Conditions, can be used as carrier communication board stand for UPS power energy storage support, to solve the problem of the communication block the parts without mains. In this paper, the base station of battery energy scenery complementary method instead of the mains power supply system are discussed, and has carried on the preliminary design.

Key words：UPS; scenery complementary; base station power supply system

作者簡介：徐昊（1990-），男，寧夏銀川，本科，助理工程師；研究方向：配電網(wǎng)自動化工程設(shè)計。