技术领域
[0001] 本
专利为一种应用于通信基站领域的交直流混合并联型微电网，适用于已有市电供电的通信基站，可实现与市电交流
母线和基站内部
直流母线分时或同时并联运行的微电网复合供电系统。
背景技术
[0002] 微电网是基于局部配电网建设的，
风、光、
天然气等各类分布式
能源多能互补，具备较高的新能源电
力接入比例，可通过储能和优化配置实现本地能源生产与用能负荷基本平衡，比分布式能源具有更高的
稳定性和可靠性，更为可控，也可根据需要与公共电网灵活互动，且能够相对独立运行的智慧型能源综合利用局域网。微电网可充分有效地发挥分布式清洁能源潜力，减少分布式电源(19)容量小、发电功率不稳定、独立供电可靠性低等不利因素，确保电网安全运行，是大电网的有益补充；微电网可以促进传统产业的升级换代，从经济环保的
角度也可以发挥巨大作用。
[0003] 微电网储能
电池(20)的一个重要作用就是平滑光伏或其他发电不稳定的分布式电源(19)的电力输出，提升
光伏发电电能质量；同时，在市电存在分时电价和峰谷电价合理价差的基站，可以利用低价的谷电时间段为微电网储能电池(20)充电，在高价的高峰时间段使储能电池(20)向负载放电，降低用户用电成本，减少电网峰谷时间段
不平衡度，支持和改善电网分时段的经济运行能力。
[0004] 目前，通信基站机房供电一般由市电提供，而市电供应的可靠性受天气变化和地理条件变化的影响较大，在
地震、强风、暴雨、高温和低温、非自然性因素对供电影响等条件下，基站供电安全的响应处理工作均较为被动，很大程度上依赖事故后或故障后的代维公司响应速度和现场人员素质，巡检和应急服务成本很高；作为通信应急电源的48V通信后备电池，由于工作多年应急供电时间缩短、面临老化退服的问题，应急供电时间短，面临退服的通信后备电池已经不能满足现有电网异常工作时基站的供电需求，从而对基站通信负载的可靠运行提出了很大挑战；同时，三大运营商和
铁塔公司现有机房设施相关设施大修年限、机房
蓄电池定期维护程度及蓄电池寿命更新或管理，已经成为越来越迫切的影响运营商和铁塔公司服务
基础安全的突出问题。
[0005] 通信基站是用来建设与布置移动通信系统或通信网络的核心设备的重要场所，属于国家基础战略通信设施，通过微电网技术引入更多清洁能源、改善其能源结构、增强其用电稳定性和后备电源保障能力，具有重要的社会意义和经济意义。
[0006] 本专利是对目前现有通信基站供电系统进行的微电网技术升级，是在原有市电供电系统
电路的基础上采用交流母线双向并联、直流母线单向并联的主连接架构，增加了微电网并联的交流和直流通道，强化了峰谷差利用效益，降低用电成本，延长现有通信后备电池的寿命；同时，通过最大程度地引入清洁能源，改善了基站用电的能源结构，在增强其用电稳定性和可靠性的同时，大幅度提升了面向分级负荷的分级后备电源保障能力。
[0007] 现有专利及文献对比：
[0008] 1.一种多能互联交直流混合微电网系统：公开号CN206388228U，实用新型专利，主要强调对AC、 DC母线的多能源接入主拓扑，系统复杂，不具实时负载运行特性。对比本专利，重点基于
能量路由器，有重要
接口及功能描述，储能电池充电、一二级直交流负荷供电存在优先次序，具实时监测特性，并具有对交流用电有调峰填谷的功能。
[0009] 2.交直流混合微电网双向DC—AC互联装置智能控制方法：公开号CN106786599A，
发明专利，主要强调双向AC-DC变流器的控制
软件实现方法。对比本专利，重点是基于基站供电的改良，对交直流供配电的通路存在优先次序。
[0010] 3.一种交直流混合微电网系统：公开号CN20CN204316103U4316103U，实用新型，主要针对直流母线、交流母线外挂多种负载及能源，系统复杂，应用在中压400VDC母线系统，重点交直流负载供电无优先级。对比本专利，是基于能量路由器，重点针对基站低压直流48V母线系统及交流220/380V母线系统，其中多功能DC-DC模
块(13)具有至少3个端口，对一二级直交流负荷供电存在优先次序，并具有对交流用电有调峰填谷的功能。
[0011] 4.一种交直流混合微电网系统及其控制策略：公开号CN104505867A，发明专利，主要针对直流母线、交流母线外挂多种负载及能源，系统复杂，应用在中压400VDC母线系统，重点交直流负载供电无优先级。对比本专利，是基于能量路由器，重点针对基站低压直流48V母线系统及交流220/380V母线系统，其中多功能DC-DC模块(13)具有至少3个端口，对一二级直交流负荷供电存在优先次序，并具有对交流用电有调峰填谷的功能。
[0012] 5.基于分布式母线结构的交直流混合微电网系统：公开号CN205429765U，实用新型，是一种两级直流母线、1交流母线的拓扑，通过1个2个端口的双向DC-DC进行转化，1个2口的AC-AC进行转化。对比本专利，是基于能量路由器，重点针对基站低压直流48V母线系统及交流220/380V母线系统，其中多功能DC-DC模块(13)具有至少3个端口，对一二级直交流负荷供电存在优先次序，并具有对交流用电有调峰填谷的功能。
[0013] 6.一种基于交直流混合微电网的多母线居民区供电系统：公开号CN205489531U，实用新型，是一种三级直流母线、1交流母线的拓扑，通过1个2个端口的双向DC-DC进行转化，1个2口的AC-AC进行转化。对比本专利，是基于能量路由器，重点针对基站低压直流48V母线系统及交流220/380V母线系统，其中多功能DC-DC模块(13)具有至少3个端口，对一二级直交流负荷供电存在优先次序，并具有对交流用电有调峰填谷的功能。
[0014] 7.利用新能源
汽车给通信基站供电的系统及方法：公开号CN107171400A，发明专利，是利用新能源汽车给通信基站供电的系统及方法，主要针对DC-DC部分的直流供电，无交流供电说明。对比本专利，重点基于能量路由器，有光储单元，对储能电池充电、一二级直交流负荷供电存在优先次序，具实时监测特性，并具有对交流用电有调峰填谷的功能。
[0015] 8.通信基站供电系统：公开号CN102142793A，发明专利，负载供电不存在优先级控制，对主控单元的组成无详细说明。对比本专利，是基于能量路由器，有重要接口及功能描述，储能电池充放电、一二级直交流负荷供电存在优先次序，具实时监测特性，并具有对交流用电有调峰填谷的功能。
[0016] 9.一种通信基站储能供电系统：公开号CN206506347U，实用新型，负载供电不存在优先级控制，需经过储能电池单元后再输出至负载，对交流用电有电无调峰填谷说明，并联点在基站交流侧。对比本专利，是基于能量路由器，有重要接口及功能描述，储能电池充放电、一二级直交流负荷供电存在优先次序，交直流供电，并具有对交流用电有调峰填谷的功能，并联点在基站
开关电源交、直流母线侧。
[0017] 10.通信基站光伏双极化供电系统：公开号CN206559137U，实用新型，在市电断电、光伏不工作时完全依赖现有基站的
电池组，仅支持直流应急供电，应急时间受电池组影响大。对比本专利，是基于能量路由器，可外接额外的储能以
支撑微电网，有重要接口及功能描述，储能电池充放电、一二级直交流负荷供电存在优先次序，交直流供电并具有对交流用电有调峰填谷的功能，具逆流保护保证负载最大化本地消纳功能。
[0018] 11.通信基站用混合供电及储能系统：公开号CN206135525U，实用新型，新增1电源的并联点接入在交流市电侧，对风光互补
控制器无具体实现
框图，新增2电源并联点分别在基站低压直流48V母线、用户电表与之间交流基站
开关电源前的220/380V母线。对比本专利，是基于能量路由器，有重要接口及功能描述，直流接口如储能电池充电、一二级直交流负荷供电存在优先次序，并具有对交流用电有调峰填谷的功能，具逆流保护保证负载最大化本地消纳功能。
[0019] 12.通信基站新能源供电系统优化改造实例分析：《2017年中国通信能源会议》2017/9/7中国北京 TN929.5，主要对基站供电的直流母线供电及用电负载实例应用进行表述，具体对如何调配各能源无具体实现描述。对比本专利，是重点基于能量路由器，有重要接口及功能描述，储能电池充电、一二级直交流负荷供电存在优先次序，具实时监测特性，并具有对交流用电有调峰填谷的功能。
[0020] 13.分布式电源接入用户及用户侧微电网双向电能计量问题_申展：《南方电网技术》2015年底9卷第 4期(https://wenku .baidu .com/view/293a98f66394dd88d0d233d4b14e852459fb3957.html)强调户用计量，不强电供电方式。对比本专利，是重点基于能量路由器，有重要接口及功能描述，储能电池充电、一二级直交流负荷供电存在优先次序，具实时监测特性，并具有对交流用电有电调峰填谷的功能。
发明内容
[0021] 一种应用于通信基站领域的交直流混合并联型微电网，主要由分布式电源(19)、储能电池(20)、交直流混合并联型能量路由器(8)、直流
传感器(15)、逆流保护交流传感器(18)和并联连接通道(P1、 P2、P3、P4、P5引出端线)组成；并采用交流母线双向并联、直流母线单向并联的主连接架构，根据负荷重要性等级、分布式电源(19)、储能电池(20)、负载需求等综合因素，通过交直流混合并联型能量路由器(8)来执行控制策略，实现面向分级负荷和不同时段的多路径交直流混合供电，优化了通信基站的供电结构和储能后备保障能力，提高了通信基站的清洁能源接入比例和较大程度地改善了供电可靠性。
[0022] 其中，交直流混合并联型能量路由器(8)主要由开关2(9)、电能计量表(10、16)、
二极管(11)、能量路由器控
制模块模块(12)、多功能DC/DC模块(13)、双向AC/DC模块(14)、多MPPT-DC/DC模块(17)组成，对应并联连接通道(P1、P2、P3、P4、P5引出端线)的是双向交流功率并网接口(P1)、单向直流功率输出接口(P2)、传感器
信号接口(P3)、分布式电源接口(P4)、储能电池接口(P5)。
[0023] 其中，原有基站的供电系统包含配电网(1)、配电
变压器(2)、开关1(3)、用户交流电表(4)、基站开关电源/整流模块(5)、通信后备电池(6)、多路直流负载(7-1)、其他交流负载(7-2)。其中把母线 1(AC220/380V)定义在配电网(1)与
配电变压器(2)之间，把母线2(AC220/380V)定义在用户交流电表(4)与基站开关电源/整流模块(5)、其他交流负载(7-2)的交流输入之间，把母线3(Ve/额定DC48V) 定义在基站开关电源/整流模块(5)的直流输出与通信后备电池(6)之间。
[0024] 其中，把母线4(Vs/DC)定义在单向直流功率输出接口(P2)的输出与母线3之间，把单向直流功率输出接口(P2)的
输出信号定义为一级负荷储能后备输出(直流)，把双向交流功率并网接口(P1)与母线2之间的双向信号，定义为二级负荷峰谷差利用输出(交流)。
[0025] 其中，直流传感器(15)
串联在通信后备电池(6)与多路直流负载(7-1)之间，逆变保护交流互感器(19)串联在用户交流电表(4)与母线2之间，且在二级负荷峰谷差利用输出(交流)双向信号之前；一级负荷储能后备输出(直流)并联在原有的直流输出母线3上，二级负荷峰谷差利用输出(交流)信号并联在原有的母线2上，即为交直流母线并联设计。
[0026] 其中，母线4
电压高于母线3，二级负荷峰谷差利用输出(交流)电压高于母线2，多MPPT-DC/DC (1......N)输出的端口(P5-1......N)电压高于双向AC/DC(17)输出端口(P5-G)的电压。
[0027] 其中，交直流混合并联型能量路由器(8)融合了光伏等分布式电源输入、储能单元接口、用电计量单元，具备对输出的一二级负荷的交直流功率调节与控制及用电计量的功能；其双向交流功率并网接口 (P1)为双向接口，既可从电网获取电能，也可实现向电网侧输入，即能够传输双向能量流，可实现从母线2→交直流混合并联型能量路由器(8)→储能电池(20)的充电和相反方向的由储能电池(20)→交直流混合并联型能量路由器(8)→母线2放电功能。单向直流电表(10)，用于对一级负荷向直流母线3单向输电的直流电量进行计量。用户交流电表(4)用于交流配电网(1)的供电计量。双向交流电表(16) 用于对从母线2交流侧取电的电量以及向母线2交流侧放电的电量进行双向计量。
[0028] 本专利的优势在于：
[0029] 1、通过交直流混合并联型微电网储能配置实现的缓冲作用，大幅度提高了分布式电源(19)(光伏或
风力发电等)的出力稳定性，提高清洁能源资源接入比例和利用效率。
[0030] 2、通过逆流保护交流互感器(18)
采样交流侧的电压、
电流，由交直流混合并联型能量路由器(8) 计算对储能电池(20)放电功率实施控制，可实现保证所放电能全部被本地负载消纳，实现无逆流运行和源荷储平衡。
[0031] 3、在无法引入分布式电源(19)的应用场景，可通过双向AC/DC模块(14)，实现用电峰谷差利用，可适当降低峰谷电价总体
费用。
[0032] 4、交直流混合并联型微电网采用的供电控制策略是，优先使用包括光伏发电在内的分布式清洁能源、其次市电、必要时由储能电池(20)放电补充、分布式清洁能源发电盈余给储能电池(20)充电，根据交流负载和直流负载的情况，以供电可靠性为原则，灵活配置工作模式。
[0033] 5、采用交直流母线并联的主架构设计，比原有系统增加了2路供电路径，且可根据负荷优先级选择不同供电路经，确保高优先级的负荷获得更多后备电能，优化了通信基站的的供电结构，提高了通信基站的供电可靠性。
附图说明
[0034] 图1为本专利所述的一种应用于基站领域的交直流混合并联型微电网系统功能示意图；其中，
[0035] 配电网(1) 配电变压器(2) 开关1(3)
[0036] 用户交流电表(4) 基站开关电源/整流模块(5) 通信后备电池(6)[0037] 多路直流负载(7-1) 其他交流负载(7-2)
[0038] 交直流混合并联型能量路由器(8) 直流传感器(15)[0039] 逆流保护交流互感器(18) 分布式电源(19)[0040] 储能电池(20)
[0041] 母线1(AC220/380V) 母线2(AC220/380V)
[0042] 母线3(Ve/额定DC48V) 母线4(Vs/DC)；
[0043] 开关1(3)为交流开关；
[0044] m≥2、n≥2、N≥2；
[0045] 图2为交直流混合并联型能量路由器(8)的功能示意图；其中，
[0046] 开关2(9) 单向直流电表(10) 二极管(11)[0047] 能量路由器
控制模块(12) 多功能DC/DC(13) 双向AC/DC(14)[0048] 双向交流电表(16) 多MPPT-DC/DC模块(17)
[0049] 开关2(9)为直流开关；
[0050] 图3为本专利对用电采用
削峰填谷技术的用电改良曲线示意对比；
具体实施方式
[0051] 结合附图1、图2、图3，具体实现情况如下：
[0052] 其中母线1(AC220/380V)常规连接到配电网(1)—市电，也可外接燃油机作为应急电源。母线3 (Ve/额定DC48V)为通信后备电池(6)的直流母线。
[0053] 现有基站的供电系统采用常规配电网(1)供电，当电网停电时，基站通信后备电池(6)启动直流48V 母线3供电。而目前存在的问题是，通信基站内作为通信应急电源的48V通信后备电池(6)，由于工作多年应急供电时间缩短、面临老化退服的问题。基站通信后备电池(6)必要时可启用燃油机，但需要人工携带至基站现场并人工启动，这样存在操作不方便、应急供电反应不及时的问题。
[0054] 本专利采用的光储交直流混合并联型微电网系统：
[0055] 在原基站供电系统的基础上增加了交直流混合并联型基站微电网，增加了分布式发电与储能功能。关键点说明如下：
[0056] 1.通过逆流保护交流互感器(18)采样交流侧的电压、电流，由交直流混合并联型能量路由器(8) 计算对储能电池(20)放电功率实施控制，保证所放电能全部被本地负载消纳，实现无逆流运行。
[0057] 2.直流混合并联型能量路由器(8)控制母线4电压高于母线3，二级负荷峰谷差利用输出(交流) 电压高于母线2，多MPPT-DC/DC(1......N)输出的端口(P5-1......N)电压高于双向AC/DC(17) 输出端口(P5-G)的电压。
[0058] 3.交直流混合并联型能量路由器(8)根据双向交流功率并网接口(P1)、单向直流功率输出接口(P2)、传感器信号接口(P3)、分布式电源接口(P4)、储能电池接口(P5)来判断光伏等分布式电源输入的实时功率、储能电池(20)的实时电量、基站交直流负载的情况、用电峰谷情况来进行不同工作模式的切换。所述工作模式包含分布式电源供电、储能电池放电、储能电池充电、配电网供电。最终由交直流混合并联型能量路由器(8)实现优先使用光伏发电、其次是配电网发电、必要时储能电池放电补充、光伏发电盈余储能电池充电的控制策略，且对于储能电池(20)，优先使用光伏充电、其次选择用电谷时段(最低电价)时充电，在用电峰时段(最高电价)放电，放电时与配电网(1)并联运行。
[0059] 4.负载的供电优先采用一级负荷储能后备输出(直流)，其次采用二级负荷后备输出(交流)，即交直流混合并联型能量路由器(8)评估可用电能及交直流负载情况后，在电量充足时，可供应一级负荷储能后备输出(直流)、二级负荷后备输出(交流)；在电量不足时，优先一级负荷储能后备输出(直流)。为确保交直流混合并联型能量路由器(8)对交直流信号的准确控制，对于直流传感器(15)对母线3的直流电压采集、直流负载电流采集，互感器(18)对交流电压采集、交流电流采集的电压采样
精度建议不低于1％，电流采样精度建议不低于1％。
[0060] 5.外部条件适合安装光伏组件时，可安装光伏组件，或用风力发
电机群代替，经交直流混合并联型能量路由器(8)给一级负荷储能后备输出(直流)供电，同时给储能电池(20)充电。外部条件不适合安装光伏组件时，MPPT-DC/DC模块(17)模块部分均可选择不安装。储能电池(20) 电能仅由配电网(1)即市电提供。
[0061] 6.当配电网(1)有电时，就可实现优先使用光伏发电、其次是配电网发电给一级负荷供电，当光伏发电盈余给储能电池充电或向母线2(AC220/380V)输送交流电给二级负荷供电、其次是配电网发电给二级负荷供电。并且，交直流混合并联型能量路由器(8)根据负载的情况可启动光伏或储能和配电网同时工作的可能性，实际工作模式非常灵活。当配电网(1)断电时，立即启用启用储能电池(20)供电，优先一级负荷储能后备输出(直流)。
[0062] 7.从图3可以明确看出，采用削峰填谷技术，用电曲线处于平稳状态，明显降低了对电网的冲击，可适当降低峰谷电价总体费用。
[0063] 由上，对于本专利所述的一种应用于基站领域的交直流混合并联型微电网，本领域技术人员在不脱离本专利的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本专利的保护范围之内。
