[发明专利]基于两重直流母线控制的通信基站用风光互补发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及采用可再生能源发电的电源技术领域，具体地说是一种基于两重直流母线控制的通信基站用风光互补发电系统。

背景技术

太阳能和风能作为一种清洁的可再生能源，将是人类未来最重要的能量来源之一，风力发电和光伏发电对缓解当今的能源危机和改善生态环境具有非常重要的意义。

GSM和CDMA等移动通信系统已经在世界各国大规模应用，一般MSS作为移动交换中心集中于系统主机房，而数量庞大的移动通信基站分散分布于需要信号覆盖的地方。仅中国目前已经分布了超过50万座的各类基站，3G通信还将建成基站近35万座，而移动通信系统中基站耗电占网络总耗电的70％以上，开展基站节能降耗已成为通讯行业一个迫切需要解决的问题。另外，随着通信网络逐渐扩展到远离电网或供电不稳定的地区，大量的移动通信基站将要建设在山区、海岛、沙漠、高原等偏远地区，因而采用各种替代能源为移动通信基站提供电力也成为其必然的选择。

由于风力和阳光资源的天然互补性，风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。风光互补供电系统各发电单元既可以独立控制也能协调工作，供电安全性和可靠性大大提高。移动通信基站一般建在较高的建筑物或者山坡上，接受太阳能辐射量和风能相对较高，具有采用风光互补发电系统的有利条件。因此，风光互补发电系统将是今后通信基站离网型电源发展的主流方向。

一般风光互补发电系统主要由光伏阵列、风力发电机及AC/DC变换器、泄荷器件、储能装置、控制器组成，需要交流输出时还会有DC/AC逆变器。储能装置一般为可以反复充放电的蓄电池组。此外，为防止极端恶劣天气时，系统储备电力不足，一些风光互补系统还配置了后备的蓄电池组、应急的柴油发电机，以保证通信系统的正常工作。

如中国专利CN2723723Y公开的一种风光互补发电系统，该系统采用可充电蓄电池作为储能装置。太阳能电池产生的电力通过最大功率跟踪后，经过蓄电池充电控制回路给蓄电池充电，风力发电机产生的电力通过整流以后经过蓄电池充电控制回路给蓄电池充电，蓄电池充电控制回路根据预设的电池温度不断调整充电的截止电压。蓄电池和直流母线连接，通过逆变器给负载提供交流电力。当直流母线电压低于预设值时，系统启动柴油机备用电源，这时的逆变器处于整流工作模式，柴油机的一部分电力通过整流以后给蓄电池充电。当母线电压恢复至预设值后，系统切断备用电源，逆变器处于逆变工作状态，蓄电池向负载提供电力。系统的运行情况由中央处理单元进行实时检测和控制。

在日本专利2005-051955公开的风力和太阳能混合发电系统中，利用蓄电池组作为储能装置，太阳能发电装置通过直交变换器给负载供电；风力发电装置通过升降压变换器一方面给蓄电池组充电，另一方面通过直交变换器给负载供电。蓄电池在需要输出电能的时候，通过升降压变换器与直交变换器连接，向负载进行供电。

在上述专利和现有的公知技术中，其风光互补发电系统中的光伏阵列、风力发电机的AC/DC变换器、蓄电池组和负载一般都直接连接到公共直流母线，或通过控制开关连接到公共直流母线。由于蓄电池组的钳位作用，系统充电端和放电端的电压会平衡到同一电压值，导致负载的工作电压、储能装置的充放电范围、光伏阵列和风力发电机的发电能力相互影响。

首先，光伏发电和风力发电分别受日照强度和风速变化的影响，其发出的电力极不稳定，公共直流母线上瞬间的过电压会造成通信基站直流主机设备的损坏。所以风光互补系统通常需要配备过大容量的蓄电池组进行补偿，以保持电能输出稳定。虽然也可通过升降压变换器稳定输出电压，但会额外增加很大的变换功率消耗。这些方案都会加大系统的配置，增加系统的造价。

其次，由于风光互补系统受自然环境的影响很大，发电功率具有间断性和不可预测性等特点，蓄电池组需要不断地吸收或者释放能量，可能经常反复进行深度充放电，导致蓄电池的使用寿命缩短，增加了系统的维护成本。

再次，通信基站直流主机设备在工作时的功率需求大多具有脉动性质，即瞬时功率高平均功率较低，为防止极端恶劣天气时，系统储备电力不足，一般需要配置远大于正常使用容量的蓄电池组，以保证系统的正常工作。这样不仅会提高系统的购置成本，还会在发电低谷期，造成全部蓄电池长时间处于亏电状态运行，导致蓄电池的使用寿命缩短，也增加了系统的维护成本。

另外，为了平抑光伏阵列和风力发电机发电功率的大幅波动造成公共直流母线电压的波动，影响系统的正常运行，光伏阵列和风力发电机可能会被频繁切出，光伏发电和风力发电的利用率大大降低。系统的发电能力低于设计预期，可能导致系统的运行状况进一步恶化。