艾默生3G可再生能源基站供電解決方案淺述

1、引言

隨著電信重組的完成，中國電信業(yè)進(jìn)入了新的“三國演義”時代，也加速了3G的進(jìn)程。3G作為三大全業(yè)務(wù)運(yùn)營商的全新課題，其發(fā)展必然也對各運(yùn)營商提出了共性的要求和共同的挑戰(zhàn)，例如3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)升級演進(jìn)、新業(yè)務(wù)開發(fā)創(chuàng)新以及產(chǎn)業(yè)鏈打造等問題，而3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)又是成為實(shí)現(xiàn)3G應(yīng)用的首要基礎(chǔ)和關(guān)鍵步驟。目前，在3G機(jī)房網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，運(yùn)營商必須明確以下幾個問題：

首先，如何滿足無線網(wǎng)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用需求。3G帶來的直接創(chuàng)新就是各種新型基站的大規(guī)模應(yīng)用，這意味著寬帶無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面將會加大，對戶外機(jī)房的需求也將增加。但是，相比室內(nèi)機(jī)房，戶外機(jī)房的應(yīng)用環(huán)境更為復(fù)雜，建站取點(diǎn)遍及高山、平原、河谷，溫差、海拔對設(shè)備的要求不一，對溫度、濕度、潔凈度、電磁場強(qiáng)度、噪音干擾、安全保安、防漏、電源質(zhì)量、振動、防雷和接地等的要求還不盡相同，必須兼顧環(huán)境的適應(yīng)性和移動的靈活性。

再者，如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能源可再生循環(huán)應(yīng)用，再造生命周期。節(jié)能與環(huán)保是3G技術(shù)應(yīng)用帶來的主要成果。對于室外基站而言，應(yīng)該充分考慮基站環(huán)境特點(diǎn)，盡可能將風(fēng)能、太陽能等各種綠色可再生能源轉(zhuǎn)化利用，以減少碳排放量，實(shí)現(xiàn)能源的可再生循環(huán)利用。

針對這些問題，艾默生網(wǎng)絡(luò)能源提出了3G可再生能源基站解決方案，為下一代3G網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定和數(shù)據(jù)信息的安全提供可靠、可用、綠色的保障。

2、艾默生3G可再生能源解決方案

艾默生可再生能源基站供電系統(tǒng)由SunnySure系列太陽能控制器、太陽能方陣、風(fēng)能發(fā)電機(jī)、氫燃料電池四個系統(tǒng)組成，可應(yīng)用于太陽能、風(fēng)能資源豐富地區(qū)的各類3G基站。

2.1系統(tǒng)工作原理

太陽能控制器是各種可再生能源基站的系統(tǒng)控制核心，在艾默生的系統(tǒng)中集成了自主研發(fā)的SunnySure系列太陽能控制器。艾默生太陽能供電系統(tǒng)主要是將轉(zhuǎn)換效率高達(dá)18%的太陽能電池組成的方陣的能量輸出到控制器中，控制器通過控制太陽能方陣的投入和撤出產(chǎn)生所需要的電壓和電流給蓄電池充電，同時通過蓄電池給負(fù)載供電，在晚上或者陰雨天則完全由蓄電池給負(fù)載供電。

由太陽能方陣產(chǎn)生的輸入電壓最大開路電壓為96V?？刂破魍ㄟ^對輸入功率板的控制產(chǎn)生相應(yīng)的浮充電壓范圍和均充電壓范圍，根據(jù)蓄電池的容量和電壓狀態(tài)對蓄電池進(jìn)行相應(yīng)的浮充或均充，同時，給負(fù)載供電。當(dāng)蓄電池電壓過高時，輸出功率板將使負(fù)載脫離以保護(hù)負(fù)載設(shè)備；當(dāng)蓄電池電壓過低，輸出功率板也將切斷負(fù)載以保護(hù)蓄電池，控制器還具有反向放電保護(hù)功能、極性反接電路保護(hù)等功能。

艾默生太陽能控制器可以實(shí)現(xiàn)壁掛式或抱桿式安裝，方便應(yīng)用于多種場合，戶外型防護(hù)等級達(dá)到IP55。同時，控制器還具有多種充電接口，便于接入風(fēng)能發(fā)電機(jī)、市電、油機(jī)，可以根據(jù)基站環(huán)境提供多種供電解決方案。蓄電池作為系統(tǒng)的儲能部件，主要是將太陽能電池和其他能源方式產(chǎn)生的電能存儲起來方便供電。

2.2、系統(tǒng)設(shè)計

（1）獨(dú)立光伏電源系統(tǒng)解決方案

 這一方案由太陽能控制器、風(fēng)能發(fā)電機(jī)、氫燃料電池三個系統(tǒng)構(gòu)建而成。當(dāng)天氣為晴天或者多云的白天時，整個系統(tǒng)由太陽能進(jìn)行供電；在夜晚或陰雨天時候，太陽能會自動停止供電，電池會向負(fù)載放電，這時如果是正常的夜晚供電，第二天白天有陽光后，太陽能方陣的輸出電流將會給蓄電池充電，以補(bǔ)充夜晚供電的能量損失。
   
為了避免蓄電池過充電及對通信設(shè)備的影響，太陽能控制器控制輸出電壓不高于57.6V（電壓變換方式和太陽能電池方陣切換方式），太陽能方陣的最高輸出電流可達(dá)90A，太陽能方陣向負(fù)載供電并向蓄電池組充電。當(dāng)蓄電池組電壓高于57.6V 時，太陽能方陣要逐組切離，防止對蓄電池和主設(shè)備造成損壞。

這一方案適用于具有豐富太陽能資源的偏遠(yuǎn)無市電地區(qū)，方案簡單易于建站，系統(tǒng)自動管理免于維護(hù)，可大幅度縮減運(yùn)營商的日常運(yùn)營費(fèi)用。同時，方案也滿足實(shí)現(xiàn)節(jié)能及環(huán)保要求的建站，可實(shí)現(xiàn)100%節(jié)能、環(huán)保，能源的轉(zhuǎn)化使用環(huán)節(jié)清潔無污染，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

 
圖1 獨(dú)立光伏電源系統(tǒng)解決方案

（2）光電（油機(jī)）互補(bǔ)電源系統(tǒng)解決方案
   
這一方案是獨(dú)立光伏電源系統(tǒng)方案的一個補(bǔ)充。從圖1中可以看出，如果是連續(xù)陰雨天，由于電池連續(xù)放電，電池電壓降至48V 時（電池充足后陰雨60 小時左右后）太陽能控制器就會自動或人工起動油機(jī)。這時，油機(jī)通過開關(guān)電源向電池及負(fù)載供電。當(dāng)對電池的充電電流小于設(shè)置點(diǎn)時，并且持續(xù)時間超過小電流延時均充T（T根據(jù)蓄電池大小可設(shè)置），則太陽能控制器關(guān)停油機(jī)（此時或者是電池已基本充足，或者是太陽能恢復(fù)正常供電）。在陰天且油機(jī)又發(fā)生故障時，電池放電至負(fù)載保護(hù)點(diǎn),太陽能控制器發(fā)出命令，電池停止向負(fù)載供電。
   
該方案適用于太陽能資源豐富、雨季較多的地區(qū)。光伏和油機(jī)組成的電源系統(tǒng)可以提高電源可靠性，實(shí)現(xiàn)為偏遠(yuǎn)基站的供電，同時解除了電源的束縛，從而提高了覆蓋率。對于市電不穩(wěn)定地區(qū)，可提高供電可靠性，降低掉電率，可大規(guī)模應(yīng)用于有市電的地區(qū)。在節(jié)能方面，可有效節(jié)電30%-100%。而且通過這種市電（油機(jī)）、太陽能互補(bǔ)利用，也可以減少太陽能極板的配置，有效降低系統(tǒng)初始投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。
 

圖2  光電（油）互補(bǔ)電源系統(tǒng)解決方案

（3）風(fēng)光互補(bǔ)電源系統(tǒng)解決方案
   
該方案簡單易于建站，可適用于太陽能及風(fēng)能資源豐富地區(qū)。通過風(fēng)光資源互補(bǔ)，可以最大化利用能源，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋。在維護(hù)方面，可以通過太陽能控制器全面地監(jiān)控保護(hù)，利用電壓控制原理，有效保護(hù)蓄電池及負(fù)載等系統(tǒng)設(shè)備，進(jìn)而減少基站維護(hù)量。這種方案地域適應(yīng)性強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，太陽能控制器可以在 -30℃~60℃、氫燃料電池可在-40℃~60℃溫度范圍應(yīng)用，且能夠在颶風(fēng)、冰雹和其他惡劣天氣下正常運(yùn)行。

此外，兩種能源可根據(jù)條件靈活配置，同時通過完善的充放電管理方案，可以最大限度延長蓄電池壽命，并保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，縮減系統(tǒng)投資。

 
圖3   風(fēng)光互補(bǔ)電源系統(tǒng)解決方案

3、該解決方案的優(yōu)勢

從以上方案中可以看到，艾默生可再生能源基站解決方案采用離網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，迎合了廣大偏遠(yuǎn)無市電或缺少市電地區(qū)的移動通信基站、微波站等建站的需求。同時，方案充分考慮了建站環(huán)境的特點(diǎn)，供電能源取自于用之不竭的太陽能、風(fēng)能，這是資源最豐富的可再生能源。太陽能、風(fēng)能供電，具有獨(dú)特的優(yōu)勢和巨大的開發(fā)利用潛力，太陽能、風(fēng)能發(fā)電不會產(chǎn)生二氧化碳，是一種清潔、安全的能源。利用這一能源，每1000個基站每年可節(jié)電約1000 萬度，減少二氧化碳排放約10000噸。而最為重要的是，這種清潔的能源同時又具有在自然界不斷再生、有規(guī)律補(bǔ)充的特點(diǎn)，可循環(huán)利用，從而在為基站提供穩(wěn)定、可靠的電力供應(yīng)的同時，真正實(shí)現(xiàn)了“以站養(yǎng)站”，讓系統(tǒng)“活”起來。從長遠(yuǎn)來看，方案投資優(yōu)勢明顯，3年至5年既可以達(dá)到或低于傳統(tǒng)方式建站的水平。
  
 除此之外，在方案設(shè)計過程中，艾默生3G可再生能源基站方案還充分考慮3G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用特點(diǎn)，在可靠性、智能化、靈活性、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容等方面也顯現(xiàn)出如下優(yōu)勢：
   
（1）可靠性方面，核心系統(tǒng)——艾默生SunnySure系列太陽能控制器采用高可靠性及可維護(hù)性設(shè)計，兩組電池接入，最大充電電流200A，能實(shí)現(xiàn)太陽電池板與太陽電池的電壓自動識別和自動匹配、充電過程的自動調(diào)節(jié)及放電過程的自動控制和保護(hù)。同時，系統(tǒng)引入了具有前瞻性的燃料電池能源系統(tǒng)，控制器系統(tǒng)也采用全數(shù)字無損控制技術(shù)，可以使能源轉(zhuǎn)化效率達(dá)到99.6%，從而為系統(tǒng)的高可靠性和高可用性奠定了良好的基礎(chǔ)；
   
（2）監(jiān)控系統(tǒng)智能化的設(shè)計真正符合3G網(wǎng)絡(luò)能源智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢。艾默生太陽能控制器采用智能監(jiān)控系統(tǒng)，能實(shí)時記錄充放電和告警信息，并可遠(yuǎn)程上傳到監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)智能化的能源輸入管理、蓄電池管理及電源管理，有效保護(hù)蓄電池及負(fù)載等系統(tǒng)設(shè)備，免運(yùn)營維護(hù)。
   
（3）可實(shí)現(xiàn)靈活搭建、輕松擴(kuò)容。基站安裝搬遷方便，無需布線，組網(wǎng)靈活。發(fā)電和系統(tǒng)控制采用了模塊化架構(gòu)，在應(yīng)用中用戶可以實(shí)現(xiàn)選擇性的停用電池匣，而且安裝方便，無需工具，數(shù)秒內(nèi)即能輕松完成熱插拔維護(hù)。最重要的是，在建設(shè)中用戶可以依需而用，靈活增減電源模塊，從而實(shí)現(xiàn)高度可靠的低成本、高效益的備用電源解決方案，為未來網(wǎng)絡(luò)的升級提供了可擴(kuò)容的空間。

4、結(jié)語

能源問題促使發(fā)達(dá)國家大規(guī)模地應(yīng)用太陽能、風(fēng)能等發(fā)電技術(shù)，經(jīng)濟(jì)水平的提升也支持了可再生能源發(fā)電技術(shù)在我國的推廣，并且由于3G應(yīng)用全面推進(jìn)，通信行業(yè)也邁入了一個新的階段。在滿足提高覆蓋率的前提下又對節(jié)能減排提出了新的要求，無疑，艾默生網(wǎng)絡(luò)能源基于通信領(lǐng)域多年積累所推出的可再生能源基站方案極具推廣潛力。