一種風光互補移動基站智能供電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風光互補移動基站智能供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括風力發(fā)電機、太陽能電池板、風光互補控制器、蓄電池和逆變器，風力發(fā)電機和太陽能電池板均與風光互補控制器連接；風光互補控制器通過蓄電池與直流負載和交流負載連接；逆變器設置在蓄電池與交流負載之間；在風光互補控制器上設有轉(zhuǎn)換接口。本發(fā)明采用先進的MPPT功率跟蹤技術(shù)，保證風能和太陽能的最高利用；可對各基站動力及環(huán)境參數(shù)進行遠程集中監(jiān)控，及時掌握系統(tǒng)實時信息及故障信息。具有防浪涌、防短路、防反接、防過載等多重保護功能。
【專利說明】—種風光互補移動基站智能供電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種控制系統(tǒng)，具體地說是一種風光互補移動基站智能供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]移動通信基站的分布面較廣，供電狀況參差不齊，所以對于不同的環(huán)境，電源設備的配置應靈活掌握?；疽话憔鶠闊o人值守站，故在考慮設備選型方面，大多數(shù)用戶選用維護量和腐蝕性較小的閥控電池、具有監(jiān)控接口的高頻開關(guān)整流電源、具有監(jiān)控接口并在交流電斷電恢復后能自動開機的空調(diào)；帶有計量的交流配電屏等。
[0003]基站設備的耗電量隨各個GSM廠家產(chǎn)品的不同而有所差異，一般為4kW左右，光端機及微波設備耗電量為40(T 500W?；竟?jié)能已經(jīng)成為目前通信系統(tǒng)降低能耗的重要手段。
[0004]對于運營商和設備商來說，綠色移動網(wǎng)絡的部署是一項復雜的系統(tǒng)工程，而非簡單的降低網(wǎng)絡能耗。綠色移動網(wǎng)絡應該同時滿足節(jié)能、節(jié)材、節(jié)地、節(jié)人力的多重需求，在減少CO2排放的同時節(jié)省總運營成本，實現(xiàn)綠色環(huán)保與經(jīng)濟效益的雙贏目標。因此，需要一種可對基站動力及環(huán)境參數(shù)進行遠程集中監(jiān)控，及時掌握系統(tǒng)實時信息及故障信息，進行實時控制的能供電系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種風光互補移動基站智能供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進的MPPT功率跟蹤技術(shù)，保證風能和太陽能的最高利用；具有防浪涌、防短路、防反接、防過載等多重保護功能。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
一種風光互補移動基站智能供電系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括風力發(fā)電機、太陽能電池板、風光互補控制器、蓄電池和逆變器，風力發(fā)電機和太陽能電池板均與風光互補控制器連接；風光互補控制器通過蓄電池與直流負載和交流負載連接；逆變器設置在蓄電池與交流負載之間；在風光互補控制器上設有轉(zhuǎn)換接口。
[0007]本發(fā)明中，所述風光互補控制器包括變換器和單片機，風力發(fā)電機通過變換器與蓄電池連接；太陽能電池板和蓄電池均與單片機連接；單片機通過變換器與蓄電池連接。
[0008]單片機芯片為PIC16F877A，單片機與電壓采樣電路、電流采樣電路、功率管驅(qū)動電路、保護電路、通訊電路、輔助電源電路連接；電壓采樣電路測量太陽能電池板輸出電壓、風力發(fā)電機整流輸出電壓、蓄電池端電壓；電流采樣電路測量光伏充電電流和風力發(fā)電充電電流。
[0009]本發(fā)明中，控制芯片為PIC16F877A單片機，它負責整個系統(tǒng)的控制工作，是控制核心部分，其外圍電路包括電壓、電流采樣電路，功率管驅(qū)動電路，保護電路，通訊電路，輔助電源電路等。能提供多協(xié)議接口，實現(xiàn)遠程透明傳輸(無限制數(shù)據(jù)傳輸)、短信發(fā)送、語音撥號等功能。外部協(xié)議接口有:網(wǎng)絡接口、232、485協(xié)議串口、CDMA2000 3G網(wǎng)絡接口、2路輸入2路輸出IO接口、zigbbe、紅外接口，同時提供支持用戶自定義接口，根據(jù)用戶的需求設計相應的接口方式。
[0010]對于基站現(xiàn)場出現(xiàn)的故障，容易造成局域通信網(wǎng)絡的通信中斷等問題，本發(fā)明可對各基站動力及環(huán)境參數(shù)進行遠程集中監(jiān)控，及時掌握系統(tǒng)實時信息及故障信息。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點和功能如下:
(I)可遠程查看風和光的狀態(tài)并且能根據(jù)設置的參數(shù)進行自動的轉(zhuǎn)換；采用先進的MPPT功率跟蹤技術(shù)，保證風能和太陽能的最高利用；可電腦遠程監(jiān)控和設置參數(shù)；(2)在手機有信號的地方進行控制，自動判斷白天和黑夜；(3)查看蓄電池的剩余容量狀態(tài)和蓄電池電壓的放電保護模式；(4)具有防浪涌、防短路、防反接、防過載等多重保護功能；(5)能夠自動和手動控制風機剎車，還具有溫度補償功能，和溫度探頭自動識別功能，不會造成過量補償；(6)提供多協(xié)議接口，實現(xiàn)遠程透明傳輸(無限制數(shù)據(jù)傳輸)、短信發(fā)送、語音撥號等功能。
[0012]本發(fā)明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠,能夠?qū)崿F(xiàn)光伏發(fā)電和風力發(fā)電的最大功率點跟蹤控制,滿足蓄電池分段式充電以及過充、過放保護的要求，可對各基站動力及環(huán)境參數(shù)進行遠程集中監(jiān)控，及時掌握系統(tǒng)實時信息及故障信息，安全、經(jīng)濟、實用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是三相永磁同步發(fā)電機硬件主電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0016]—種風光互補移動基站智能供電系統(tǒng),見圖1和圖2,該系統(tǒng)包括風力發(fā)電機1、太陽能電池板2、風光互補控制器3、蓄電池4、逆變器5和轉(zhuǎn)換接口 6，風力發(fā)電機和太陽能電池板均與風光互補控制器連接；風光互補控制器通過蓄電池與直流負載和交流負載連接；逆變器設置在蓄電池與交流負載之間；在風光互補控制器上設有轉(zhuǎn)換接口。
[0017]光互補控制器包括變換器31和單片機32，風力發(fā)電機通過變換器與蓄電池連接；太陽能電池板和蓄電池均與單片機連接；單片機通過變換器與蓄電池連接。
[0018]單片機芯片為PIC16F877A，單片機與電壓采樣電路、電流采樣電路、功率管驅(qū)動電路、保護電路、通訊電路、輔助電源電路連接；電壓采樣電路測量太陽能電池板輸出電壓、風力發(fā)電機整流輸出電壓、蓄電池端電壓；電流采樣電路測量光伏充電電流和風力發(fā)電充電電流。
[0019]PIC16F877A單片機為本系統(tǒng)的控制核心，對開關(guān)電源電路、電流檢測電路、電壓檢測電路、DC / DC變換電路、卸載電路等模塊電路進行控制。
[0020]主電路是由兩個互相獨立輸出端并聯(lián)的Buck電路組成，一路是光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路，一路是風力發(fā)電系統(tǒng)主電路。控制電路是指控制主電路的控制回路，通常包括檢測電路、驅(qū)動電路和保護電路等。風光互補控制器需要對太陽能電池板輸出電壓、風力發(fā)電機整流輸出電壓、蓄電池端電壓、光伏充電電流和風力發(fā)電充電電流等進行實時檢測，才能實現(xiàn)控制功能。蓄電池電流檢測電路環(huán)節(jié)主要完成對蓄電池充電電流的檢測。本設計中提供多協(xié)議接口，實現(xiàn)遠程透明傳輸(無限制數(shù)據(jù)傳輸)、短信發(fā)送、語音撥號等功能。
[0021]在風光互補移動基站智能供電系統(tǒng)中，風力發(fā)電機組屬于電能產(chǎn)生的一個部分，主要由風力機、傳動機構(gòu)和發(fā)電機等組成。
[0022]發(fā)電機在風力發(fā)電系統(tǒng)中承擔著機械能到電能轉(zhuǎn)化的過程，具體為風力機將風能轉(zhuǎn)化為機械能，傳動機構(gòu)傳遞機械能，發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)化為電能。它直接影響這個轉(zhuǎn)換過程的性能、效率和供電質(zhì)量。因此，選用可靠性高、效率高、控制及供電性能良好的發(fā)電機系統(tǒng)，是風力發(fā)電工作的一個重要任務。小型風光互補發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機一般有三相永磁同步發(fā)電機、直流發(fā)電機、電磁式交流發(fā)電機、爪極式發(fā)電機、磁阻式發(fā)電機和感應子式發(fā)電機等。
[0023]隨著永磁材料的技術(shù)發(fā)展，永磁材料磁性能大大提高,加之三相永磁同步發(fā)電機體積較小、而且價格便宜，沒有勵磁繞組，不消耗勵磁功率，因而有較高的效率，省去了換向裝置和電刷，可靠性高，定子鐵耗和機械損耗相對較小，使用壽命長；另外，起動阻力矩是用于微型、小型風電裝置的低速永磁發(fā)電機的重要指標之一，它直接影響風力機的起動性能和低速運行性能，為了降低切向式永磁發(fā)電機的起動阻力矩，必須選擇合適的齒數(shù)、極數(shù)配合，采用每極分數(shù)槽設計，分數(shù)槽的分母值越大，氣隙磁導隨轉(zhuǎn)子位置越趨均勻，起動阻力矩也就越小，采用永磁同步發(fā)電機的小型風力發(fā)電機組一般采用直驅(qū)式結(jié)構(gòu)，為了調(diào)節(jié)其輸出功率，可以另加輸出控制電路，即通過控制器來實現(xiàn)，因此在本實施例中使用三相永磁同步發(fā)電機。
[0024]三相永磁同步發(fā)電機硬件主電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。風力發(fā)電機輸出的三相交流電接U、V、W，經(jīng)三相不控整流器整流和電容CO穩(wěn)壓后給蓄電池充電。圖中SP、SN分別為太陽能電池板的正、負極接線端子，Dl為防反充二極管，其作用是防止蓄電池電壓和風力發(fā)電機的整流電壓對太陽能電池陣列反向灌充，確保太陽能電池的單向?qū)щ娦?。RO是風力發(fā)電機的卸荷電阻，當風速過高時，風力發(fā)電機輸出電壓大于蓄電池過充電壓，單片機輸出脈沖(PWM)來控制Q3開通，使多余的能量被消耗在卸荷電阻上，從而保護蓄電池。二極管D2和保險絲Fl是為了防止蓄電池接反，當蓄電池接反時，蓄電池通過D2與Fl構(gòu)成短路回路，燒毀保險絲而切斷電路，從而保護控制器和蓄電池。主電路中間部分是兩個輸出并聯(lián)的Buck型DC/DC變換器，為了抑制MOSFET管因過壓、du/dt過流、di/dt產(chǎn)生的開關(guān)損耗，DC/DC變換器采用具有緩沖電路的Buck變換器。
[0025]太陽能光伏電池板是風光互補移動基站智能供電系統(tǒng)中另一個產(chǎn)生電能的部分，它負責將太陽光能轉(zhuǎn)換成電能。
[0026]太陽能光伏電池板將光能轉(zhuǎn)化為電能有三個主要過程:
首先，太陽能電池板吸收一定能量的光子后，在半導體內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴對，成為“光生載流子”，兩者的電性相反；然后，電性相反的光生載流子被半導體P-N結(jié)所產(chǎn)生的靜電場分離開；最后，光生載流子電子和空穴分別被太陽能電池的正負極所收集，并在外電路中產(chǎn)生電流，從而獲得電能。
[0027]光伏電池板的輸出是非線性的，而且輸出受光照強度、溫度和負載特性的影響。實時控制調(diào)節(jié)光伏電池的輸出電壓，使其工作在最大功率點電壓處，從而保證太陽能光伏電池板的輸出功率保持最大值，這種控制方法就是最大功率點跟蹤法。目前有兩種光伏發(fā)電常用的最大功率點跟蹤控制策略，即恒壓控制法(Constant Voltage Tracking — CVT和擾動觀察法(Perturb and Observe methods, P & 0)。
[0028]I)恒壓控制法
在一定溫度下，光伏電池板在不同光照強度下的最大功率點總是近似的處于某一恒定的電壓值Vm附近，在這一點電池板輸出的功率為Pm。因此，只需要通過負載阻抗的匹配，使得在光伏電池板的輸出電壓穩(wěn)定在Vm附近，就可以實現(xiàn)最大功率點控制。但是在同樣的光照強度下，最大功率點還受到溫度的影響，也就是說，在不同溫度下，Vm的值不是一個定值，尤其是在溫度變化比較大的情況下，這種影響更為明顯，這也是這種控制方法的缺陷所在。由于這種方法控制比較簡單，容易實現(xiàn)，因此在溫度變化不是很明顯的情況下，經(jīng)常被米用。
[0029]2)擾動觀察法
擾動觀察法的思想和本發(fā)明中的最大功率點搜索法相似，是目前常用的MPPT控制方法之一。其原理是每隔一定的時間增加或者減少光伏電池端電壓，井觀測其后的功率變化方向，來決定下一步的控制信號。這種控制方法的最大優(yōu)點在于其結(jié)構(gòu)簡單，被測參數(shù)少。其缺點是由于始終有“擾動”的存在，其輸出會有一定的微小波動，在最大功率跟蹤過程中將導致些微功率損失，同樣為了增加控制的精度，可以采用變步長擾動觀察法。
[0030]上述兩種控制方法各有優(yōu)缺點，前者控制簡單，但受溫度影響較大，后者可以跟蹤不同溫度下的最大功率點，但是存在波動，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。根據(jù)實際需要，本發(fā)明將二者結(jié)合起來，控制思路為:首先根據(jù)經(jīng)驗值Vm，采用CVT啟動，因為CVT法有良好的啟動特性，然后采用擾動觀察法，取得最大功率點，這樣便獲得一個最大功率點處的Vm，由于溫度不可能突變，因此在一定時間內(nèi)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的Vm基本保持不便；然后采用CVT法，將系統(tǒng)的輸出電壓控制在測得的Vm附近。過一段時間后，重復上述步驟，即可實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率輸出控制。
[0031 ] 蓄電池是風光互補移動基站智能供電系統(tǒng)中必不可少的輔助設備。蓄電池在整個發(fā)電系統(tǒng)中主要起三個作用:一是儲能，由于自然風和日照是不穩(wěn)定的，在風、日照充足的條件下，可以存儲供給負載后多余的電能，在風力、日照不佳的情況下，可以輸出電能給負載；二是穩(wěn)壓，風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速和輸出電壓的大小取決與風速的大小，由于自然風的變化極大，隨機性強，使得電壓浮動范圍很大，通過蓄電池調(diào)節(jié)，供電電壓可以保持穩(wěn)定；三是風光互補，風力發(fā)電與光伏發(fā)電是兩個獨立發(fā)電系統(tǒng)，它們在某個時刻的發(fā)電強度有很大差另O，利用蓄電池可以將二者產(chǎn)生的電能結(jié)合起來，實現(xiàn)二者的互補。蓄電池容量配置是否合理，對小型風光互補發(fā)電的技術(shù)經(jīng)濟指標影響很大，容量選小了，系統(tǒng)發(fā)出多余的電量得不到儲存；容量選大了，一則增加投資，二則蓄電池可能會長期處于充電不足的狀態(tài)，直接影響使用的效率和壽命。在常用的蓄電池中，主要有鉛酸蓄電池、堿性鎳蓄電池和鐵鎳蓄電池。其中鉛酸蓄電池價格低廉、性能可靠、安全性高，且技術(shù)上又不斷進步和完善。
[0032]蓄電池電池的過充和過放都會影響其壽命，當蓄電池放電嚴重，電壓過低時，同樣會損壞蓄電池，這時本發(fā)明采取的策略是通過繼電器斷開放電回路，當電壓回復時，再重新打開放電回路。為了保持系統(tǒng)穩(wěn)定工作，本發(fā)明還采用一個蓄電池放電電壓滯環(huán)控制，防止蓄電池過放。
[0033]風光互補移動基站智能供電系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)換接口實現(xiàn)遠程透明傳輸(無限制數(shù)據(jù)傳輸)、短信發(fā)送、語音撥號等功能。外部協(xié)議接口有:網(wǎng)絡接口、232、485協(xié)議串口、CDMA20003G網(wǎng)絡接口、2路輸入I路輸出IO接口、zigbbe、紅外接口，同時提供支持用戶自定義接口，根據(jù)用戶的需求設計相應的接口方式。
[0034]內(nèi)置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接模塊，根據(jù)組合將網(wǎng)口傳入數(shù)據(jù)由3G網(wǎng)絡、232串口、IO 口等不同的方式輸出，從而實現(xiàn)更加靈活的控制，以網(wǎng)口接入IP攝像頭為例:目前市場上的IP網(wǎng)絡攝像頭通過配置相關(guān)信息實現(xiàn)視頻流的傳輸，數(shù)據(jù)經(jīng)過智能多協(xié)議轉(zhuǎn)換部分可以通過3G模塊實現(xiàn)透傳，實現(xiàn)遠程傳輸，最終達到無線視屏流傳輸，亦可通過232串口轉(zhuǎn)到PC終端，通過中繼器、局域網(wǎng)最終實現(xiàn)多設備同時查看。
[0035]提供的多路接口為終端設備之間的相互傳輸提供了極大的便捷，在不同接口終端設備變動的情況下，根據(jù)撥動組合便可實現(xiàn)不同接口的不同收發(fā)功能。
[0036]網(wǎng)口接入設備通過網(wǎng)絡模塊做數(shù)據(jù)輸入，PC外置信息輸入，由CPU處理之后，經(jīng)串口或IO 口輸出，從而實現(xiàn)PC控制各接口設備，并實施掌控各接口設備的運營情況。
[0037]102路輸入接口，可外置智能開關(guān)系統(tǒng)，大型電器設備總閘繼電器，實時掌控IO狀態(tài)即設備運行狀態(tài)，并將狀態(tài)信息及時反饋到PC終端以及時統(tǒng)計、處理。
[0038]本發(fā)明可遠程查看風和光的狀態(tài)并且能根據(jù)設置的參數(shù)進行自動的轉(zhuǎn)換；查看蓄電池的剩余容量狀態(tài)和蓄電池電壓的放電保護模式；具有防浪涌、防短路、防反接、防過載等多重保護功能；能夠自動和手動控制風機剎車，還具有溫度補償功能，和溫度探頭自動識別功能，不會造成過量補償。
【權(quán)利要求】
1.一種風光互補移動基站智能供電系統(tǒng),其特征在于:該系統(tǒng)包括風力發(fā)電機(I)、太陽能電池板(2)、風光互補控制器(3)、蓄電池(4)和逆變器(5)，風力發(fā)電機(I)和太陽能電池板(2)均與風光互補控制器(3)連接；風光互補控制器(3)通過蓄電池(4)與直流負載(11)和交流負載(12)連接；逆變器(5)設置在蓄電池(4)與交流負載(12)之間；在風光互補控制器(3)上設有轉(zhuǎn)換接口(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風光互補移動基站智能供電系統(tǒng)，其特征在于:所述風光互補控制器(3)包括變換器(31)和單片機(32)，風力發(fā)電機(I)通過變換器(31)與蓄電池(4)連接；太陽能電池板(2)和蓄電池(4)均與單片機(32)連接；單片機(32)通過變換器(31)與蓄電池(4)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風光互補移動基站智能供電系統(tǒng)，其特征在于:單片機(32)芯片為PIC16F877A，單片機(32)與電壓采樣電路、電流采樣電路、功率管驅(qū)動電路、保護電路、通訊電路、輔助電源電路連接；電壓采樣電路測量太陽能電池板輸出電壓、風力發(fā)電機整流輸出電壓、蓄電池端電壓；電流采樣電路測量光伏充電電流和風力發(fā)電充電電流。
【文檔編號】H02S10/12GK103746639SQ201410027958
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】馬虹 申請人:南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院