基于UPS的风光互补基站供电系统研究

徐　昊

（深圳供电规划设计院有限公司 配电部，广东　深圳　518054）



基于UPS的风光互补基站供电系统研究

徐昊

（深圳供电规划设计院有限公司 配电部，广东深圳518054）

摘要：太阳能与风能作为新能源，地域限制低、可自由利用、取之不尽。在西北西南等条件艰苦地区，可以作为运营商通信局站为UPS提供电力储能支持，解决部分地区无市电的通信阻断问题。文章对基站中蓄电池能源的风光互补代替市电的供电系统方法进行了讨论，并进行了初步的设计。

关键词：UPS；风光互补；基站供电系统

随着通信网的不断发展，通信网络覆盖规模不断扩大，三家运营商的移动通信基站的建设数量也在原有需求量的三倍建设。电力供应是通信网络里的“血液”，为远离市区的基站等通信设施提供了能源支持。持久不间断的通信电源保证是通信网络畅通运行的重要前提。基站电源的中断会造成局部通信网络的瘫痪。许多通信基站需要建立在高山戈壁等偏远山区，而偏远地区不能满足供电要求甚至根本无市电可引的问题。由于基站用电负荷的持续性，所以当基站断电时候由维护人员开车使用柴油发电机来为基站提供临时应急电力。造成人力和资源的成本居高不下，只能作为一种短时的应急之举。

1　相关技术

1.1 UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply）

不间断电源是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与设备相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。在通信领域，当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给基站设备使用，此时的UPS就是一台交流电稳压器，同时它还向电池充电使用；UPS作为接替市电停电之后使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏；维持用户暂存网络中的应急之举。

1.2光风互补

风能与太阳能是最常见2种的可再生资源，彼此在时间和季节分布上具有相关性。偏远地区条件艰苦大多由交通不便所致，阳光照射没有地域条件的限制；到了晚上光辐射变弱，温度降低大气流动，即使在西南高原山区，山顶也会有风力。在夏季，太阳光辐射强度大而风能较小；冬季，太阳光强度变弱而风能变大。由于太阳能和风能的互补性和能源的可利用再生性，一次投入多次产出的经济利益性，所以使得风光互补供电系统在通信上具有很好的发展前景。特别是在西藏、内蒙、新疆这样地广人稀用户稀少的地区，独特的地理和环境优势便于风能和太阳能落地生花。在移动通信基站建设中，如果利用风光互补供电系统来给基站机房设备供电，不仅解决了基站的供电问题，而且对当地经济的发展，居民生活水平的提高都具有重要的意义。

2　基站供电系统

基站的耗能设备主要包括信号收发处理机柜设备、信号增强放大处理的传输设备、机房温度控制调节的温控设备（空调）。其中信号处理设备约占系统总耗电的45%～60%，机房空调占35%～55%，开关电源占5%～15%。

目前风光互补发电系统的应用多作为试点基站尝试性投入使用，在用电方便市区直接引市电线路，投资少运营商减小了投资成本，偏远地区运营商客户稀少，也不值得建立基站。就目前来讲，风光互补作用于远离电网或者电能质量无法满足需求的地区。如部队的边防哨所战、高速公路收费站和铁路的信号站、野外地质勘察和气象工作站、偏远山区及海岛驻防灯塔指引等均可采用此种供电方式。本文仅仅局限于在通信工程中的基站建设采用光风互补供电。

2.1存在问题

目前基站大多依靠UPS配置市电系统。市电系统与蓄电池并联，并时刻不断的为蓄电池及设备提供电力输出，这样使得系统需求电量超出了基站运行所需，不仅造成了能源的浪费，还使得电力系统成本居高不下

目前在通信工程中采用新能源供电方式的主要问题在以下几个方面：第一，气象数据的获得。由于新能源发电依靠太阳能与风能等自然气象资源，所以获得当地气象资源数据是设计的基础。第二，如何确定风机与太阳能电池的发电量。风机与太阳能作为将自然资源转化为电能的设备，计算其在当地实际的发电量是系统设计的核心问题。风机在风速的变化的同时其发电量也在时刻变化，太阳能电池在不同辐射度下其发电能力也不同，如何计算风机与太阳能放电量是系统配置的依据。第三，如何能够在满足供电系统需求的情况下降低系统的成本。

2.2节能优势

在太阳和大气流动资源条件充裕的前提，在光风互补供电系统保证主设备正常运行的同时又能给空调供电，蓄电池充电。风力发电机与太阳能电池组成的联合供电系统叫做风光互补发电系统，在保证供电的条件下风光互补供电系统与仅仅使用风能或光能供电系统相比，是一次投资双倍产出的双保险；可以减少储能蓄电池消耗市电的冗余电量的消耗。风光互补供电系统降低基站市电总能耗的81%～92%。到目前为止，中国移动采用绿色能源的基站数量已经达到5000座，而且还在不断增加。

3　风光互补UPS系统设计

风光互补本质上是风能和太阳能既可以相互补充又可以共同给机柜等负载供电。风能资源与时间刻度无关，仅仅与地域条件有关；而太阳能资源时间度减半，太阳能弥补了风能的间歇性及在季节性不连续性的缺点。两者时间频率取了一个中位数，所以通信基站采用风光互补供电系统供电。为了使风光互补供电系统中风机与光伏组件的最优配置比，首先需要明确风机的发电量，以确定风机的功率类型和数量。风机影响风机的参数有风机固定高度的风速，风速频率以及当地空气密度等相关。合理设计风力发电机数目和太阳能板，蓄电池组的数目，达到各月供电均能满足负载正常用电需求的系统最优（见图1）。

图1　风光互补供电系统

风光互补供电系统各部分组成：风力机组；光伏阵列；控制系统（含风能控制电源、光伏控制电源、远程监控、集中管理模块、后备电源管理、控制系统集成机柜、直流配电单元等）；开关电源；通信负载；蓄电池组。

结合通信基站中负载功率一般较小的特点，本文提出控制风机数目方法来进行系统的优化配置。具体配置方法为首先根据当地气象资料计算风机实际发电量，并求取风机最大数量；然后对基站负载进行统计，用负载数据减去一台风机各月发电量，获得各月除去风机发电量后的系统各月所需要最大电量，然后按照光伏系统配置，获得最大光伏电池数量。然后改变风机数，继续求取太阳能板数量。直到风机数量为最大为止。然后求取在风机数量为1到最大值之间的系统总成本最小值（见图2）。

图2　风机数目控制方法

4　结语

本文结合对移动通信、通信电源系统、供电特性及、新能源技术的学习，以风光互补供电系统及其在通信基站中的应用为题进行研究讨论。移动通信技术朝着更快发展的今天，移动通信基站已经遍及到到每一个角落，然而由于地域经济等多方面原因，尤其是在边远地区电力能源的铺设却未能覆盖人类居住的每一寸土地，需要克服困难就地取材发展新型能源建设新能源供电设备。通信领域的发展对新电力能源的促进是相互的。太阳能与风能对环境没有污染属于清洁能源，安全稳定可靠。

［参考文献］

［1］国家发展和改革委员会.可再生能源中长期发展规划［J］.可再生能源，2007（5）：1-5.

［2］张志强.绿色通信［J］.数据通信，2011（3）：3-4.

［3］刘丽，皮立华，李文杰.绿色通信的发展历程、发展策略和政策导向分析［J］.移动通信，2012（9）：7-11.

Study on Power Supply System of Scenery Complementary Base Station Based on UPS

Xu Hao
（The Power Distribution Department， Shenzhen Power Supply Planning Design Institute Corporation Limited， Shenzhen518054， China）

Abstract：Solar and wind energy as a new energy, low regional restriction, are free to use, and inexhaustible. such as in the southwest of the northwest region Conditions, can be used as carrier communication board stand for UPS power energy storage support, to solve the problem of the communication block the parts without mains. In this paper, the base station of battery energy scenery complementary method instead of the mains power supply system are discussed, and has carried on the preliminary design.

Key words：UPS; scenery complementary; base station power supply system

作者简介：徐昊（1990-），男，宁夏银川，本科，助理工程师；研究方向：配电网自动化工程设计。