動力電池梯次利用下通信基站儲能容量優化配置研究

王紅美，邵立勇

（1.天津力神電池股份有限公司，天津 300384；2.力神動力電池系統有限公司，天津 300384）

0 引 言

由于信息化的不斷發展，社會對于通信基站的儲能容量需求也隨之增大。通信基站儲能容量指的是在通信基站中對于能量儲存的容量。為保證通信基站儲能容量不低于電池容量，能夠為通信基站穩定提供動力，針對通信基站儲能容量配置實現此目標的有效途徑[1]。在我國，針對通信基站儲能容量優化配置方面的研究起步較晚，現有的研究中主要通過建立通信基站儲能容量配置模型，以模型求解的方式實現通信基站儲能容量配置。傳統的研究中缺乏對通信基站儲能容量配置的約束條件，導致傳統方法在實際應用中存在充放電效率低的問題[2]。由此可見，傳統方法中存在不足之處急需解決，為解決傳統方法中存在的問題，動力電池梯次作為一種電池轉換系統，能夠在保證電源供電穩定性的同時，提供系統運行所需的直流負載，進而提高系統的充放電效率。基于此，有理由將動力電池梯次利用在通信基站儲能容量優化配置中。本文基于動力電池梯次利用下設計通信基站儲能容量優化配置方法，致力于從根本上提高通信基站儲能容量配置的充放電效率，進而達到優化通信基站儲能容量配置的最終目的。

1 動力電池梯次利用

動力電池梯次利用主要指的是針對容量在80%以下的動力電池展開，其主要目的在于提高動力電池的使用率，使其能夠繼續滿足儲能的基本需求。在動力電池梯次利用過程中，必須經過下述幾個主要步驟。首先為篩選外觀，針對存在漏液、破損以及脹氣的電池不予利用，其次為性能篩選，主要篩選內容為電池的電壓、電阻以及充放電曲線，在此過程中，剔除電壓超高、超低以及電阻過大的電池，再次根據電池的種類建立數據庫，以電阻、電壓以及容量為關鍵參數，針對性能良好的電芯加以分組，最后通過成組裝配的方式，實現動力電池梯次利用。迄今為止，動力電池梯次已經被利用在諸多儲能系統中，并且取得了不錯的應用效果，為此，本文利用動力電池梯次優化通信基站儲能容量配置方法。

2 動力電池梯次利用下通信基站儲能容量優化配置方法

在本文設計的通信基站儲能容量優化配置方法中，最主要的優化配置目標為提高通信基站儲能容量配置的充放電效率，進而為通信基站儲能系統的穩定運行提供動力支持[3]。本文設計配置方法主要分為4步實現，動力電池梯次利用下通信基站儲能容量優化配置具體流程如圖1所示。

圖1 動力電池梯次利用下通信基站儲能容量優化配置

2.1 設定通信基站儲能容量優化配置約束條件

在通信基站儲能容量配置過程中，必須預先設定通信基站儲能容量優化配置約束條件[4]。本文共設定4個優化配置約束條件，第一點為保證通信基站儲能容量優化配置的功率平衡，設通信基站儲能容量優化配置的總功率為P，在滿足功率平衡的前提條件下，可得P的計算公式為：

式中，PW指的是通信基站儲能的輸入功率，PT通信基站儲能的有功功率，PE通信基站儲能的無功功率，PS指的是通信基站儲能容量能夠承受的最大功率。通過式（1）得出通信基站儲能容量優化配置在功率平衡前提條件下的總功率。第二點為通信基站儲能容量配置出力約束，此約束可通過計算方程式的形式加以體現，則有：

式中，Pimin指的是通信基站儲能容量配置最小輸出功率，Pi指的是通信基站儲能容量配置輸出功率，Pimax指的是通信基站儲能容量配置最大輸出功率。以此得出通信基站儲能容量優化配置中的第二點約束條件[5]。第三點為通信基站儲能容量優化配置的充放電約束，針對充放電約束必須滿足：

式中，SOCmin指的是動力電池梯次利用下通信基站儲能充放電到最小容量所需時間，SOC(T)指的是動力電池梯次利用下通信基站儲能充放電所需的時間，SOCmax指的是動力電池梯次利用下通信基站儲能充放電到最大容量所需時間。本文設定通信基站儲能容量優化配置約束條件的最后一點為約束通信基站儲能容量優化配置線路傳輸功率。此約束可通過計算方程式的形式加以體現，則有：

式中，Pgdmin指的是通信基站儲能容量優化配置線路最小傳輸功率，Pgd指的是通信基站儲能容量優化配置線路平均傳輸功率，Pgdmax指的是通信基站儲能容量優化配置線路最大傳輸功率。通過式（4）對通信基站儲能容量優化配置線路傳輸功率進行約束控制。

2.2 動力電池梯次利用下轉換儲能容量配置輸出電壓

在設定通信基站儲能容量優化配置約束條件的基礎上，本文利用動力電池梯次轉換儲能容量，配置輸出電壓[6]。基于動力電池梯次利用下轉換儲能容量配置輸出電壓的示意圖如圖2所示。

圖2 動力電池梯次利用下轉換儲能容量配置輸出電壓

結合圖2所示，將動力電池梯次計入到通信基站儲能系統中，動力電池梯次的轉換能力直接關系著儲能容量配置質量的好壞。因此，本文針對動力電池梯次利用的實際數據轉換形式，計算轉換后的儲能容量配置輸出電壓。儲能容量配置輸出電壓的計算表達式為W，則有：

式中，w指的是DC/DC轉換器的信號發射功率，l指的是直流母線接入點到通信基站儲能容量配置網絡之間的距離，δ指的是通信基站交流負載，s指的是設備路損值。通過式（5）計算得出儲能容量配置輸出電壓。在動力電池梯次利用下，電壓的傳輸限制是一定的，因此不需要考慮到計入通信基站儲能極限容量問題[7]。但由于通信基站儲能容量優化配置一種時效性配置，因此直流母線接入點之間的距離直接影響通信基站儲能容量優化配置的性能要求，若接入點與標準位置的距離相差太遠，則會造成通信基站儲能容量配置運行過程中的功率大大衰耗，從而影響對數據的處理能力。除此之外，不同的設備接入點所屬的數據傳輸終端距離應當始終保持在規定的范圍以內，否則將會出現通信基站儲能容量配置功率不平衡的問題產生。因此，本文在利用動力電池梯次轉換儲能容量配置輸出電壓過程中，通過增設BMS電池管理動力系統，能夠有效地解決此問題。

2.3 建立通信基站儲能容量優化配置映射關系

在利用動力電池梯次完成儲能容量配置輸出電壓轉換后，為保證通信基站儲能容量優化配置的實時性，建立通信基站儲能容量優化配置映射關系[8]。根據動力電池梯次利用下的轉換機制，預留協議中規定通信基站儲能容量配置能夠按照消息流的部分特征參數，為通信基站儲能容量配置提供一定量的分配帶寬。假設通信基站儲能容量配置中由發送節點產生的數據長度為U，接入動力電池梯次在每個傳輸間隔當中能夠保證發送幀的數目為K，計算接入動力電池梯次的通信基站儲能容量配置消息流所占帶寬，公式為：

式中，Z指的是通信基站儲能容量配置的消息流所占帶寬，maxK指的是發送幀的最大數目，maxU指的是由發送節點產生的數據最大長度，S指的是動力電池梯次利用下產生的數據測量間隔長度[9]。在對上述公式進行計算時，需要在保證消息流當中的幀與傳輸速率值均不變的條件下完成。

以此，建立通信基站儲能容量優化配置映射關系，設定通信基站儲能容量優化配置映射幀頭長度為36個字節，其字節長度添加幀頭覆蓋內容，具體如表1所示。

表1 36個字節長度添加幀頭覆蓋內容

結合表1所示，再根據通信基站儲能容量優化配置中所需傳輸的流特性，當參數消息類型明確的情況下，通過該數值影響其帶寬的具體配置大小，實現通信基站儲能容量優化配置映射關系的建立。

2.4 實現通信基站儲能容量優化配置

根據上述建立的通信基站儲能容量優化配置映射關系，通過不斷調整搜索方向進而拓展搜索范圍，以U(x)代表通信基站儲能容量配置最優解，輸出通信基站儲能容量配置最優解，進而實現通信基站儲能容量優化配置。在此過程中，U(x)的計算公式為：

式中，k指的是通信基站儲能容量優化配置的模糊子集協調度。通過式（7）可輸出通信基站儲能容量配置最優解，實現通信基站儲能容量優化配置的全局尋優而非局部尋優[10]。至此，完成動力電池梯次利用下通信基站儲能容量優化配置方法設計。

3 實例分析

3.1 實驗準備

本文實例分析選取某通信基站作為實驗對象。實驗采用黑盒測試的方式，需要兩臺服務器，測試IP地址段為196.56.25.214.01，實例分析內容為優化配置通信基站儲能容量。將測試指標設置為配置充放電效率，配置充放電效率越高證明該配置方法的有效性越高。首先，本文利用動力電池梯次下的配置方法，優化配置通信基站儲能容量，通過電池管理系統測試其配置充放電效率，設為實驗組，記錄測試結果，后使用傳統配置方法，配置通信基站儲能容量，通過電池管理系統測試其配置充放電效率，設為對照組，記錄測試結果。

3.2 實驗結果分析與結論

采集實驗數據，實驗對比結果如表2所示。

表2 配置充放電效率對比表

通過表2可知，設計方法配置充放電效率明顯高于對照組，具有實際應用價值。

4 結 論

本文通過動力電池梯次利用下設計通信基站儲能容量優化配置方法，證明了設計配置方法在實際應用中的適用性，以此為依據證明此次優化設計的必要性。通過本文設計能夠解決傳統通信基站儲能容量配置中存在的不足，但同樣存在不足之處，主要表現為未對本次配置充放電效率實驗結果的精密度與準確度進行檢驗，需進一步提高設計配置方法在現實應用中的可信度。與此同時，還需要深入研究通信基站儲能系統的優化設計，以此為提高通信基站儲能容量優化配置質量提供切實可行的建議。