通信用光电互补系统.doc

Emerson Network Power co. ltd

节能、减排、绿色
——光电互补方案在3G基站的应用探讨
李祖洪

众所周知，通讯电源的首要要求是实现可靠供电，但保证可靠供电的前提是能源充足，但单纯的新能源——太阳能或风能等，由于会受到自然条件的影响而不能实现持续供电，若要提高备电能力，势必会提高成本，而光电互补混合系统既充分利用了太阳能，又可利用作为后备补充的市电，其能源利用协调良好，系统可靠、节能。因此对于大部分已经使用或准备使用电源系统的地区，可通过推广该光电互补混合系统，来带动太阳能产品的推广，这是目前在市电地区推广太阳能产品的最佳的方案，也是通向新能源综合利用的便捷的通道。
通信基站分布广阔，供电环境复杂，存在大量无法接入市电，市电极端不稳定或接入市电成本昂贵的地点，对于这些场景，就需要采用互补系统保障供电的正常。
目前通信基站的主设备供电基本统一到-48V直流电压上，为互补系统的归一化也提供了前提。

一 EMERSON互补系统图示

整体的完整供电互补系统的图示如下：

二 EMERSON互补系统分类

目前的互补系统主要由太阳能，风能，柴油机以及市电组合构成，根据站点的环境，负载，费用等综合考虑各种组合情况，完成互补供电系统。

1. 纯太阳能系统，由太阳能控制器，太阳能极板，太阳能支架，太阳能汇线箱，蓄电池组等构成。
2. 风光互补系统，由风力发电机，风机塔架，风机控制器，太阳能控制器，太阳能极板，太阳能支架，太阳能汇线箱，蓄电池组等构成。
3. 光电互补系统，由太阳能控制器，太阳能极板，太阳能支架，太阳能汇线箱，蓄电池组，通信电源等构成。
4. 光油互补系统，由太阳能控制器，太阳能极板，太阳能支架，太阳能汇线箱，蓄电池组，柴油发电机组，ATS自动切换柜（可选），通信电源等构成。
5. 风光油（电）互补系统，由太阳能设备，风机设备，油机设备，蓄电池等共同组成。
6. 双油机互补系统，由两套柴油机，ATS自动切换柜，通信电源，蓄电池组构成。
7. 油机市电互补系统，由单柴油机配市电，ATS自动切换柜，通信电源，蓄电池组构成。
8. 油机电池互补系统，由单柴油机，ATS自动切换柜（可选），通信电源，蓄电池组构成。

三 EMERSON互补方案说明：

1. 纯太阳能系统
有充足日照时，太阳能极板接收日照辐射，将光能转换为直流电，太阳能控制器将此直流电压转换为-48V直流电，给负载供电，给蓄电池充电，日照不足或没有时，蓄电池提供电能，给设备供电。

2. 风光互补系统
太阳能极板接收日照辐射，将光能转换为直流电，太阳能控制器将此直流电压转换为-48V直流电。风力发电机接收自然风能，将风能转换为交流电，风机控制器将此交流电转换为-48V直流电，再接入到太阳能控制器，由太阳能控制器统一完成能量分配，当日照或风力充足时，给负载供电，给蓄电池充电，当二者能量之和不足或没有时，由蓄电池提供电能，给设备供电。当二者都有足够能量时，优先利用太阳能。

3. 光电互补系统
在日照充足时，太阳能控制器将充分利用太阳能供给负载以及进行蓄电池充电，当日照不足时，蓄电池放电，给负载供电，当蓄电池容量下降到一定程度时，启动通信电源，利用市电来维持负载供电，并给蓄电池充电，一旦蓄电池充满，或是日照恢复至可以支持负载供电，将关闭通信电源，最大程度利用太阳能。

4. 光油互补系统
在日照充足时，太阳能控制器将充分利用太阳能供给负载以及进行蓄电池充电，当日照不足时，蓄电池放电，给负载供电，当蓄电池容量下降到一定程度时，启动油机，利用油机发电来维持负载供电，并给蓄电池充电，一旦蓄电池充满，或是日照恢复至可以支持负载供电，将关闭油机和通信电源，最大程度利用太阳能。

5. 风光油（电）互补系统
太阳能及风能通过极板和风机及风机控制器转换为-48V直流电，接入到太阳能控制器，当日照或风力充足时，给负载供电，给蓄电池充电，当二者能量之和不足或没有时，由蓄电池提供电能，给设备供电。当蓄电池放电到一定深度时，优先开启市电接入，如果市电停电时，再开启油机供电，同时给蓄电池充电。一旦蓄电池充满，或是日照或风力恢复至可以支持负载供电，将关闭油机或市电接入，最大程度利用太阳能和风能。

6. 双油机系统（Duo Diesel）： 采用两台油机，通过ATS给通信电源系统提供交流电。 首先是蓄电池放电，当放电深度达到一定程度后，启动一台油机供电，同时进行蓄电池充电，当油机轮换时间到达，关闭此油机，启动另外一台油机进行工作，当蓄电池充满则关闭所有油机，通过蓄电池进行供电。

7. 油机市电互补系统
油机和市电通过ATS给通信电源系统提供交流电。 首先是启动市电供电，当市电停电时，由蓄电池供电，当放电深度达到一定程度后，启动油机进行替代供电，同时进行蓄电池充电，过程中一旦市电正常时，关闭油机并切换到市电，由市电供电并给蓄电池进行充电。

8. 油机电池互补系统
采用单台油机，给通信电源系统提供交流电。首先是蓄电池放电，当放电深度达到一定程度后，启动油机进行替代供电，当蓄电池充满则关掉油机，再通过蓄电池进行供电。

四 EMERSON互补方案核心：
上述互补方案有一个核心的原则，优先利用太阳能/风能，其次根据是否有太阳能/风能来看是先利用蓄电池能量还是先利用市电，最后利用油机。
这个原则的选取是由于，太阳能/风能是免费能源需要最大化利用，市电是成本最低的能源要优先利用，油机是最昂贵的能源，需要最后使用。蓄电池的利用则要综合考虑给蓄电池充电的能源类型以及蓄电池经常性放电带来的寿命缩短之间的平衡。

五 EMERSON互补方案中油机使用的考虑：
下图是一台15KVA油机的油耗和油机负载之间的关系图，可以看出在30%负载内，油机的效率很低，随着负载的降低，油耗上升迅速。而同时出于油机使用寿命角度考虑，一般要求油机使用负载不要超过70%。

但是，我们在配置油机时，必须要综合考虑到油机的启动特性，负载电流及蓄电池的充电电流以及通信电源效率等因素，对于48V直流负载，一般1KW直流负载（配400Ah蓄电池），需要配置的油机容量就要达到15KVA。平常浮充时，油机的负载为10%，蓄电池均充时，最高负载也不超过30%。要提高油机效率，降低油耗，通过增大蓄电池容量，提高蓄电池均充时的油机负载，是一个好的选择，比如1KW直流负载，如果配1000Ah蓄电池，均充时油机负载为65%，这样大大提高了燃油效率。同时平常使用蓄电池的存储能量对负载进行供电，大大减少了油机运行时间，同等的降低了油机维护频率，降低维护成本。

六 互补供电方案是一个综合的解决方案，制定方案时需要通盘考虑各种因素，最终以生命周期平均发电成本，和投资回报为衡量。
EMERSON可以提供互补方案中所有的设备，同时设备间能够相互协调，最大化的节省客户投资及运营维护成本。