光伏發(fā)電在通信基站直流供電系統(tǒng)中的新應(yīng)用

彭 昆

（中國鐵塔股份有限公司黔西南州分公司，貴州 興義 562400）

1 現(xiàn) 狀

1.1 現(xiàn)有通信基站存在的問題

（1）部分通信基站位于供電局農(nóng)網(wǎng)范圍內(nèi)，市電供電系統(tǒng)較為脆弱，停電頻繁，供電可靠性差。此外，基站市電頻繁中斷，蓄電池頻繁充放電，縮短了蓄電池使用壽命，同時嚴(yán)重影響人們的生活工作。

（2）部分高山站點為兩家或三家運營商共享基站，基站設(shè)備用電負(fù)荷較大，對基站市電供電和維護發(fā)電提出了很高要求，供電線路建設(shè)維護工作量大。

（3）部分基站位于供電局農(nóng)網(wǎng)范圍內(nèi)，運營商通信基站一部分處于偏遠(yuǎn)農(nóng)村，山高路遠(yuǎn)，供電可靠性差。一旦發(fā)生大面積停電，將造成大面積通信中斷，使得一線代維人員的發(fā)電及時性和二次加油都存在極大的困難。

1.2 現(xiàn)有基站供電技術(shù)原理

基站供電技術(shù)原理，如圖1所示。

（1）市電正常時，基站引入200 V/380 V交流市電，經(jīng)交流配電屏，高頻開關(guān)電源將交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源浮充壓（53.5 V），對并聯(lián)的蓄電池組充電，對并聯(lián)的通信設(shè)備負(fù)載供電。

（2）市電停電時，高頻開關(guān)電源停止輸出，由蓄電池組獨立向負(fù)載供電，保障通信設(shè)備正常運行，同時開關(guān)電源系統(tǒng)要監(jiān)測電池放電情況。當(dāng)電池放電放到設(shè)定的電池保護電壓時，開關(guān)電源自動切斷負(fù)載，停止向負(fù)載供電。此時，基站通信設(shè)備掉電，通信中斷停止工作。

（3）市電恢復(fù)時，開關(guān)電源整流模塊自啟動恢復(fù)工作，對通信設(shè)備供電，對蓄電池組充電，并根據(jù)開關(guān)電源系統(tǒng)的預(yù)先設(shè)定，自動選擇浮充或均充工作方式。

圖1 基站供電技術(shù)原理

1.3 存在的缺點

（1）如果市電停電后只有蓄電池組放電，電池放電結(jié)束后，通信設(shè)備將停止供電，導(dǎo)致基站掉電，后備電源只有電池，可靠性差。

（2）基站全生命周期都由市電供電，能耗高，不符合國家綠色環(huán)保發(fā)展的需要。

2 光/電互補技術(shù)原理

2.1 光/電互補供電的工作原理

光/電互補供電的工作原理，如圖2所示。

圖2 光/電互補供電的工作原理

接入太陽能供電系統(tǒng)，光伏太陽能板輸出接入太陽能控制器，輸出54.2 V（電壓根據(jù)設(shè)備工作電壓可調(diào)）直流電源，并聯(lián)在高頻開關(guān)電源的輸出端，使基站市電供電系統(tǒng)與太陽能供電系統(tǒng)輸出并聯(lián)向基站通信設(shè)備供電，并向蓄電池組浮充供電。

向通信設(shè)備系統(tǒng)輸出供電，取決于每個系統(tǒng)輸出電壓的高低。當(dāng)市電供電系統(tǒng)輸出電壓比太陽能供電系統(tǒng)輸出電壓高時，則由市電供電系統(tǒng)供電。當(dāng)市電供電系統(tǒng)輸出電壓比太陽能供電系統(tǒng)輸出電壓低時，則由太陽能供電系統(tǒng)供電。當(dāng)太陽能供電系統(tǒng)的輸出電壓與市電供電系統(tǒng)的輸出電壓相同時，則太陽能供電系統(tǒng)與市電供電系統(tǒng)共同對負(fù)載供電，且輸出電流相同。

2.2 系統(tǒng)設(shè)置和運行

系統(tǒng)輸出電壓設(shè)置，太陽能供電系統(tǒng)均充電壓設(shè)置為56.4 V，浮充電壓設(shè)置為54.2 V（根據(jù)實際情況可調(diào)）。太陽能供電系統(tǒng)設(shè)置輸出電壓要高于市電供電系統(tǒng)輸出電壓，太陽能供電系統(tǒng)要優(yōu)先市電供電系統(tǒng)供電。市電供電系統(tǒng)按維護規(guī)程要求均充電壓設(shè)置為56.4 V，浮充電壓設(shè)置為53.5 V（根據(jù)蓄電池情況可調(diào)）。

3 光/電互補技術(shù)原理及優(yōu)點

3.1 光/電互補供電原理

（1）日照十分充足的情況下，太陽能供電系統(tǒng)的輸出功率足以承擔(dān)基站通信設(shè)備供電和蓄電池浮充供電。因為太陽能供電系統(tǒng)輸出電壓設(shè)置高于市電供電系統(tǒng)的輸出電壓，此時完全由太陽能供電系統(tǒng)單獨為負(fù)載供電，為蓄電池浮充充電。

（2）日照不充足（時強時弱）的情況下，太陽能供電系統(tǒng)輸出功率減小，輸出電壓降低。當(dāng)輸出電壓低于市電供電系統(tǒng)輸出電壓53.5 V時，市電供電系統(tǒng)開始輸出供電，此時由太陽能供電系統(tǒng)和市電供電系統(tǒng)共同為基站通信設(shè)備負(fù)載供電，并為蓄電池浮充充電。

（3）無日照的情況下，太陽能供電系統(tǒng)輸出電壓降低，低于市電供電系統(tǒng)輸出電壓53.5 V時，若此時市電正常，完全由市電供電系統(tǒng)為負(fù)載供電，并為蓄電池組浮充充電。

（4）無日照的情況下，市電停電，太陽能供電系統(tǒng)無輸出，此時則由蓄電池組單獨向基站通信設(shè)備供電。

3.2 光/電互補供電的優(yōu)點

第一，設(shè)備供電可靠性高。第二，節(jié)省能源，綠色環(huán)保。只有在日照不充足或夜晚無日照的情況下，基站市電供電系統(tǒng)才會參與通信設(shè)備供電工作。

4 技術(shù)方案及評估

系統(tǒng)方框原理如圖3所示，實物原理如圖4所示。

圖3 系統(tǒng)原理

圖4 實物原理

5 技術(shù)方案原理說明

光電互補系統(tǒng)由太陽能控制器、太陽能極板、太陽能支架、太陽能、匯線箱、蓄電池組和通信電源等部件構(gòu)成。光伏供電系統(tǒng)的太陽能控制器輸出并聯(lián)在高頻開關(guān)電源的直流配電屏輸出端子上，并與蓄電池組并聯(lián)在直流配電屏上共同為負(fù)載供電。光伏供電系統(tǒng)和開關(guān)電源共同為蓄電池組充電和負(fù)載供電。其中，通過設(shè)置太陽能控制器和開關(guān)電源的輸出電壓，使太陽能控制器輸出電壓高于高頻開關(guān)電源輸出電壓，即在光照充足能時，光伏供電系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)電向負(fù)載供電和電池組充電。光伏供電系統(tǒng)獨立向負(fù)載供電和電池組充電，并維持系統(tǒng)穩(wěn)壓輸出。當(dāng)光強不夠時，則由基站市電開關(guān)電源輸出補充，對通信設(shè)備負(fù)載供電。

6 工作方式

（1）基站供電優(yōu)先級由高到低依次為太陽能、市電和蓄電池組。

（2）將太陽能控制器的均充電壓設(shè)置在56.4 V，浮充電壓設(shè)置在54.2 V（根據(jù)實際情況調(diào)整），高頻開關(guān)電源設(shè)置的浮充電壓53.5 V略低于太陽能控制器浮充電壓54.2 V（電壓可根據(jù)實際情況調(diào)整）。

基站樓頂安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，如圖5所示。光伏板實物圖，如圖6所示。

圖5 基站樓頂安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)

圖6 光伏板實物圖

7 評 估

本次通過對基站直流供電系統(tǒng)接入光伏發(fā)電技術(shù)的改造，改變了原有的基站單一供電方式，提高了基站電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，保證了通信設(shè)施更加長期穩(wěn)定的運行，延長了后備電源的使用壽命，降低了由于基站斷電所造成的經(jīng)濟損失，使基站用電更加節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟高效。光伏發(fā)電改造具有系統(tǒng)組成簡單可靠、操作方便、技術(shù)方案簡潔易實施等優(yōu)點，方案可行性高，便于大范圍推廣。

8 結(jié) 論

（1）基站通信設(shè)備供電系統(tǒng)改造是在原有的市電供電系統(tǒng)中加入光伏供電系統(tǒng)，在供電系統(tǒng)輸出端將開關(guān)電源與太陽能輸出并聯(lián)輸出，共同為基站設(shè)備和蓄電池組供電。

（2）在原有開關(guān)電源監(jiān)控單元的基礎(chǔ)上進行雙供電系統(tǒng)的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)光電互補系統(tǒng)的一體化。

（3）該光伏發(fā)電系統(tǒng)可在線改造，無需割接，無施工改造風(fēng)險，便于大范圍推廣。