[01182997]移动基站太阳能新型供电系统的研制开发

1.任务来源：河南省2009年科技发展计划重点攻关项目,项目编号：092102310103。 2.技术原理： 本项目研究是太阳能独立发电系统与移动基站的有机结合,也就是使用太阳能为移动基站提供电源,目标是摆脱传统的供电模式,为无电或缺电地区提供移动基站。项目以移动基站太阳能电源系统为研究对象,对独立型太阳能光伏系统的组成进行了分析,讨论了移动基站电源的要求、容量设计原则及方法,并对基站电源中的关键部件太阳电池阵列进行了MATLAB仿真,深入研究它的输出特性。 本文研究方法主要包括文献调研法、仿真实验法等。通过文献调研掌握目前国内外太阳能电池发电现状及在移动基站中应用的状况,作为自己研究的起点。其次光伏电池是太阳能基站电源系统的核心部分,在设计基站电源时,由于其在不同的光照和温度下的输出功率变化较大,如果采用真实的光伏阵列,成本比较高。为降低投资,提高系统的可行性,同时缩短基站供电系统的研究周期,提高研究效率和研究结果的可信度,可对实际的光伏电池进行实验或者动态仿真,通过仿真了解电源系统运行状态的瞬态变化并进而规避这种变化对负载的影响,有助于减小不必要的损失。当把模型建立起来以后,就可以将其当作基站仿真系统的输入电源。 3.性能指标 本基站利用太阳能电池通过充电控制来对蓄电池进行充电,对于系统多余的能量,可以通过空气调节系统来调节室内的温度,BTS以及传输均通过直流配电进行供电,基站内的日光灯也采用直流电源的LED灯具,基站系统维护和检修时需要用到交流电源,可以通过便携式逆变器提供。这样配置最大的优点是可以节省空调设备,简化供电系统。 地处偏远山区的通信基站,负载为直流20A的连续负载,电压为48V;由于是旅游区的移动基站,选择自给天数为3天,选择深循环蓄电池,DOD为0.8;取2000Ah作为系统设置。选用中华电池集团的6-GM-200、12V的阀控式铅酸蓄电池,蓄电池的联接方式为两组供电,则每组需提供1000Ah;太阳能电池组件的设计选择多晶硅光伏阵列（CNz-120p12）作为设计用太阳电池组件,则需要的总组件数为：9600/120=80,其中每组串联数为4,共需20组。在前期的使用观察中,发现其能够实现设计要求。 4.与国内外同类技术比较 目前检索到的国内在建设通信用太阳能光伏发电系统时,均是按照保障全部用电需求去考虑。这很不利于充分利用太阳能光伏供电系统的优势、扬长避短。本项目提出在新建项目时,也可考虑从以太阳能光伏供电系统来保障通信网络完全供电的模式变为尽量利用太阳能、节能减排、减少公共电网用电量为首要目标。太阳能系统在设计中只作为一种补充供电电源,不承担主通信电源的任务,只要根据可利用程度满足实际耗电的一部分或大部分要求来配置容量即可,这就不改变原有通信设备的供电系统,也可大大减少系统的投资。 5.成果的创造性、先进性 ⑴研究了太阳能供电系统的四个主要组成部分,即太阳能电池组件、蓄电池、电力电子控制器以及逆变器,分析了各组成部分的工作原理、器件类型及性能要求,以作为基站建设选择相应部件时的参考; ⑵研究了移动通信基站电源部分的要求,分析了移动基站电源的类型,太阳电池和蓄电池容量设计原则和方法,以及各项性能指标对整个基站的影响; ⑶针对河南省旅游景点设计了一个具体案例,介绍了太阳能供电系统的容量设计;分析了目前影响我国移动通信太阳能基站建设现状的主要原因,并提出了相应的解决思路; ⑷对太阳能光伏系统中的重要部件进行了实验和计算机仿真。在实验室测定太阳能电池的技术参数,同时在MATLAB仿真工具下,建立了光伏电池的仿真模型。针对案例中选用的太阳电池参数进行仿真,得出结论,作为系统运行过程中的参考。 其创造性体现在首次提出采用太阳能供电系统为移动基站提供电源,使得在无电或电力不足地区也可有稳定的基站电力供应。 在基站电源设计中,结合实验与计算机仿真,测定太阳能电池的技术参数,设计出的供电系统性能稳定。 6.作用意义 根据中国的太阳能资源划分,河南省属于三类地区,年太阳辐射总量为5000～5850MJ/m2。本文以河南省某旅游景区气候特点为依据,设计了太阳能基站电源系统,分别介绍太阳电池和蓄电池容量设计原则和方法,该系统也适合在高速公路附近等场所使用。 以往在建设通信用太阳能光伏发电系统时,均是按照保障全部用电需求去考虑,这很不利于充分利用太阳能光伏供电系统的优势。在新建项目时,可考虑从以太阳能光伏供电系统来保障通信网络完全供电的模式变为尽量利用太阳能、减少公共电网用电量为首要目标。太阳能系统在设计中只作为一种补充供电电源,不承担主通信电源的任务就不改变原有通信设备的供电系统,可大大减少系统的投资。 7.推广应用范围 本项目对太阳能光伏系统作为基站电源的构成进行了分析,研究了太阳能供电系统的各组成部分的工作原理、类型、影响工作的特性,根据实际情况设计了一个具体的基站电源,并对构成电源系统的关键部件太阳电池组件进行了MATLAB/SIMULINK仿真。 根据设计好的模型,用以指导中国移动通信集团河南有限公司、中国通信建设集团设计院有限公司和郑州中健电气设备有限公司等三家公司的基站电源设计及运行情况监测。公司的应用结果表明,基站电源能够适应现有的安装与工作条件,基本性能指标正常,使得公司不仅节省了能量,而且响应了国家节能减排的号召。因此,本项目的成果将对基站电源采用太阳能供电起到积极的推动作用。 本项目的研究成果可以很好地进行产品化,具有广泛的应用前景和巨大的市场价值。