通信基站用风光柴储独立电源协调控制系统及方法 |
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| 申请号 | CN201710058785.1 | 申请日 | 2017-01-23 | 公开(公告)号 | CN106602541A | 公开(公告)日 | 2017-04-26 |
| 申请人 | 武汉理工大学; | 发明人 | 胡胜; 曾雨晨; 刘芙蓉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种通信基站用 风 光柴储独立电源协调控制系统，它包括 风 力 发 电机 、 光伏发电 阵列、 蓄 电池 组、柴油 发电机组 、通信基站负荷、微网 监控系统 、数字 信号 处理器、交流负载和可控负载，风力发电机的 电能 输出端连接第一AC/DC变流器的交流电源输入端，第一AC/DC变流器的直流电源输出端连接第一DC/DC转换器的输入端，光伏发电阵列的电能输出端连接第二DC/DC转换器的输入端，柴油发电机组的电能输出端连接第二AC/DC变流器的交流电源输入端；本发明针对风光等自然资源的随机性、间歇性和通信基站负荷变动情况，通过对风光发电单元、储能装置和柴油机之间的协调控制，满足通信基站连续稳定的供电需求。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种通信基站用风光柴储独立电源协调控制系统，其特征在于：它包括风力发电机(1)、光伏发电阵列(2)、蓄电池组(3)、柴油发电机组(4)、通信基站负荷(5)、微网监控系统(6)、数字信号处理器(13)、交流负载(11)和可控负载(15)，其中，风力发电机(1)的电能输出端连接第一AC/DC变流器(7)的交流电源输入端，第一AC/DC变流器(7)的直流电源输出端连接第一DC/DC转换器(8)的输入端，光伏发电阵列(2)的电能输出端连接第二DC/DC转换器(10)的输入端，柴油发电机组(4)的电能输出端连接第二AC/DC变流器(12)的交流电源输入端； |
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| 说明书全文 | 通信基站用风光柴储独立电源协调控制系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及直流微网系统技术领域，具体涉及一种通信基站用风光柴储独立电源协调控制系统及方法。 背景技术[0002] 随着手机的普及化，对于移动信号的覆盖面要求也越来越广泛，通信基站的建设渐渐由城市中心遍及到偏远地区。一些偏远地区由于地理位置的限制而难以接入市电，通常我们选择利用当地丰富的风光等资源互补发电。由于风光等自然资源的发电量受气候、季节的影响较大，所以还需加入储能装置蓄电池来稳定整个系统。当蓄电池故障或遇到连续阴雨天，风光发电量和蓄电池储存的电量不能满足负载正常运行时，还需准备柴油机作为辅助电源。但是柴油机每次接入或退出发电系统时，直流母线电压都会受到波动。 发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种通信基站用风光柴储独立电源协调控制系统及方法，本发明针对风光等自然资源的随机性、间歇性和通信基站负荷变动情况，通过对风光发电单元、储能装置和柴油机之间的协调控制，满足通信基站24小时连续稳定的供电需求。 [0004] 为解决上述技术问题，本发明公开的一种通信基站用风光柴储独立电源协调控制系统，其特征在于：它包括风力发电机、光伏发电阵列、蓄电池组、柴油发电机组、通信基站负荷、微网监控系统、数字信号处理器、交流负载和可控负载，其中，风力发电机的电能输出端连接第一AC交流/DC直流变流器的交流电源输入端，第一AC/DC变流器的直流电源输出端连接第一DC/DC转换器的输入端，光伏发电阵列的电能输出端连接第二DC/DC转换器的输入端，柴油发电机组的电能输出端连接第二AC/DC变流器的交流电源输入端； [0005] 所述第一DC/DC转换器的输出端、第二DC/DC转换器的输出端、蓄电池组的电能输出端、第二AC/DC变流器的直流电源输出端、通信基站负荷的电能输入端和微网监控系统的直流母线电压检测端均接入直流母线； [0006] 微网监控系统的风力发电机输出功率测量端连接风力发电机的输出功率测量端，微网监控系统的光伏发电阵列输出功率测量端连接光伏发电阵列的输出功率测量端，微网监控系统的通信基站负载功率测量端连接通信基站负荷的功率测量端，微网监控系统的交流负载功率测量端连接交流负载的功率测量端； [0007] 交流负载的交流电源输入端连接DC/AC变流器的交流电源输出端，DC/AC变流器的直流电源输入端接入直流母线；所述可控负载的电源输入端接入直流母线； [0009] 一种上述系统的电源协调控制方法，它包括如下步骤： [0010] 步骤1：利用微网监控系统对直流母线的电压进行检测，设蓄电池组的充电电压上限值为Umax，蓄电池组的放电电压下限值为Umin，如果母线输电网的电压大于蓄电池组的放电电压下限值Umin，则转到步骤2，否则转到步骤3； [0011] 步骤2：通过微网监控系统监测风力发电机的输出功率、光伏发电阵列的输出功率、通信基站负荷的负载功率以及交流负载的负载功率，得到净负荷Pnet_L，Pnet_L＝PL-Pw-PV，其中，PL为通信基站负荷的负载功率与交流负载的负载功率之和，Pw为风力发电机的输出功率，Pv为光伏发电阵列的输出功率； [0012] 当Pnet_L<0时，说明风力发电机和光伏发电阵列的发电量满足通信基站负荷和交流负载的负荷需求，然后通过微网监控系统检测直流母线的电压Us，并判断直流母线的电压Us是否达到蓄电池组的过充电压Umax，如果Us [0013] 当Pnet_L>0时，此时，风力发电机和光伏发电阵列的发电量不满足通信基站负荷和交流负载的负荷需求，蓄电池组、风力发电机和光伏发电阵列共同为通信基站负荷和交流负载供电，同时通过微网监控系统检测直流母线的电压Us是否达到蓄电池组的过放电压Umin，如果Umin [0014] 步骤3：启动柴油发电机组，Pde＝Pnet_L+Pbess,Pde为柴油发电机组输出功率，Pnet_L为净负荷，Pbess为蓄电池组的输出功率，此时柴油发电机组为通信基站负荷和交流负载供电，柴油发电机组为蓄电池组充电，然后检测直流母线电压判断蓄电池组状态是否充满，即直流母线的电压Us是否达到蓄电池组充电电压上限值Umax，若满足上述条件，则停止柴油发电机组，下一时刻转入步骤2，否则柴油发电机组继续为蓄电池组充电。 [0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0016] (1)将蓄电池组当做一个钳位器直接接入直流母线电网中，则直流母线电网电压等于蓄电池组的电压，由于蓄电池组的电压相对稳定，当风力发电机和光伏发电阵列输出电压波动较大时，直流母线电网电压不会受太大的影响，从而保证了负荷端的电压基本保持稳定。这种方案不需要对风光电源控制器作控制模式切换，简化了系统的控制策略；同时省去了蓄电池组与直流母线电网之间的变流器，节约了硬件成本。 [0017] (2)将风力发电机和光伏发电阵列的输出始终控制为最大功率输出模式，最大效率的利用了可再生能源。但可能面临风力发电机和光伏发电阵列发电量能够满足负荷的需求，且蓄电池组电量也达到上限的情况，此时可投入可控负载，消耗掉多余的能量保持直流母线电压稳定。附图说明 [0018] 图1为本发明的结构示意图； [0019] 图2为本发明无缝切换方案的流程图。 [0020] 其中，1—风力发电机、2—光伏发电阵列、3—蓄电池组、4—柴油发电机组、5—通信基站负荷、6—微网监控系统、7—第一AC/DC变流器、8—第一DC/DC转换器、9—直流母线、10—第二DC/DC转换器、11—交流负载、12—第二AC/DC变流器、13—数字信号处理器、14—DC/AC变流器、15—可控负载。 具体实施方式[0021] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明： [0022] 本发明的通信基站用风光柴储独立电源协调控制系统，它包括风力发电机1、光伏发电阵列2、蓄电池组3、柴油发电机组4(作为备用电源)、通信基站负荷5(基站电源等级为48V)、微网监控系统6、数字信号处理器13、交流负载11和可控负载15，其中，风力发电机1的电能输出端连接第一AC/DC变流器7的交流电源输入端，第一AC/DC变流器7的直流电源输出端连接第一DC/DC转换器8的输入端，光伏发电阵列2的电能输出端连接第二DC/DC转换器10的输入端(光伏发电阵列2输出的是直流电，但输出的直流电压是随机波动的，所以要通过一个DC/DC转换器接入直流母线9)，柴油发电机组4的电能输出端连接第二AC/DC变流器12的交流电源输入端； [0023] 所述第一DC/DC转换器8的输出端、第二DC/DC转换器10的输出端、蓄电池组3的电能输出端、第二AC/DC变流器12的直流电源输出端、通信基站负荷5的电能输入端和微网监控系统6的直流母线电压检测端均接入直流母线9； [0024] 微网监控系统6的风力发电机输出功率测量端连接风力发电机1的输出功率测量端，微网监控系统6的光伏发电阵列输出功率测量端连接光伏发电阵列2的输出功率测量端，微网监控系统6的通信基站负载功率测量端连接通信基站负荷5的功率测量端，微网监控系统6的交流负载功率测量端连接交流负载11的功率测量端； [0025] 交流负载11的交流电源输入端连接DC/AC变流器14的交流电源输出端，DC/AC变流器14的直流电源输入端接入直流母线9；所述可控负载15的电源输入端接入直流母线9； [0026] 微网监控系统6的测量结果输出端连接数字信号处理器13的信号输入端，数字信号处理器13的第一控制信号输出端连接柴油发电机组4的工作状态控制端，数字信号处理器13的第二控制信号输出端连接可控负载15的控制端。 [0027] 上述风光柴储独立电源的具体协调控制方案分为如下几种情况，当风光发电量充足，能够满足负荷需求，且蓄电池的电量没有达到上限值时，则将剩余的电能存到蓄电池中；若风光发电量不足，而此时蓄电池能量充足，则风光发电单元和蓄电池一起为负载供电；当风光发电单元和蓄电池的电量都不足时，则开启柴油机。 [0028] 一种上述系统的电源协调控制方法，它包括如下步骤： [0029] 步骤1：利用微网监控系统6对直流母线9的电压进行检测，设蓄电池组3的充电电压上限值为Umax，蓄电池组3的放电电压下限值为Umin，如果母线输电网9的电压大于蓄电池组3的放电电压下限值Umin，则转到步骤2，否则转到步骤3； [0030] 步骤2：通过微网监控系统6监测风力发电机1的输出功率、光伏发电阵列2的输出功率、通信基站负荷5的负载功率以及交流负载11的负载功率，得到净负荷Pnet_L，Pnet_L＝PL-Pw-PV，其中，PL为通信基站负荷5的负载功率与交流负载11的负载功率之和，Pw为风力发电机1的输出功率，Pv为光伏发电阵列2的输出功率； [0031] 当Pnet_L<0时，说明风力发电机1和光伏发电阵列2的发电量满足通信基站负荷5和交流负载11的负荷需求，然后通过微网监控系统6检测直流母线9的电压Us，并判断直流母线9的电压Us是否达到蓄电池组3的过充电压Umax，如果Us [0032] 当Pnet_L>0时，此时，风力发电机1和光伏发电阵列2的发电量不满足通信基站负荷5和交流负载11的负荷需求，蓄电池组3、风力发电机1和光伏发电阵列2共同为通信基站负荷5和交流负载11供电，同时通过微网监控系统6检测直流母线9的电压Us是否达到蓄电池组3的过放电压Umin，如果Umin [0033] 步骤3：启动柴油发电机组4，Pde＝Pnet_L+Pbess,Pde为柴油发电机组4输出功率，Pnet_L为净负荷，Pbess为蓄电池组3的输出功率，此时柴油发电机组4为通信基站负荷5和交流负载11供电，柴油发电机组4为蓄电池组3充电，然后检测直流母线9电压判断蓄电池组3状态是否充满，即直流母线9的电压Us是否达到蓄电池组3充电电压上限值Umax，若满足上述条件，则停止柴油发电机组4，下一时刻转入步骤2，否则柴油发电机组4继续为蓄电池组3充电。 [0034] 上述技术方案中，所述步骤1中，利用微网监控系统6对直流母线9的电压进行检测，并在数字信号处理器13中判断母线输电网9的电压是否大于蓄电池组3的放电电压下限值Umin。 [0035] 上述技术方案中，在数字信号处理器13中计算得到净负荷Pnet_L； [0036] 通过数字信号处理器13控制可控负载15接入直流母线9消耗多余的能量，维持直流母线9输入输出功率的平衡。 [0037] 上述技术方案中，所述步骤3中，通过数字信号处理器13控制柴油发电机组4启动。 |
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