艾默生3G可再生能源基站供電解決方案淺述

1、引言

隨著(zhù)電信重組的完成，中國電信業(yè)進(jìn)入了新的“三國演義”時(shí)代，也加速了3G的進(jìn)程。3G作為三大全業(yè)務(wù)運營(yíng)商的全新課題，其發(fā)展必然也對各運營(yíng)商提出了共性的要求和共同的挑戰，例如3G網(wǎng)絡(luò )規劃建設、網(wǎng)絡(luò )升級演進(jìn)、新業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)創(chuàng )新以及產(chǎn)業(yè)鏈打造等問(wèn)題，而3G網(wǎng)絡(luò )規劃建設又是成為實(shí)現3G應用的首要基礎和關(guān)鍵步驟。目前，在3G機房網(wǎng)絡(luò )規劃中，運營(yíng)商必須明確以下幾個(gè)問(wèn)題：

首先，如何滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)網(wǎng)高速數據業(yè)務(wù)的應用需求。3G帶來(lái)的直接創(chuàng )新就是各種新型基站的大規模應用，這意味著(zhù)寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的覆蓋面將會(huì )加大，對戶(hù)外機房的需求也將增加。但是，相比室內機房，戶(hù)外機房的應用環(huán)境更為復雜，建站取點(diǎn)遍及高山、平原、河谷，溫差、海拔對設備的要求不一，對溫度、濕度、潔凈度、電磁場(chǎng)強度、噪音干擾、安全保安、防漏、電源質(zhì)量、振動(dòng)、防雷和接地等的要求還不盡相同，必須兼顧環(huán)境的適應性和移動(dòng)的靈活性。

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

針對這些問(wèn)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 )的穩定和數據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由SunnySure系列太陽(yáng)能控制器、太陽(yáng)能方陣、風(fēng)能發(fā)電機、氫燃料電池四個(gè)系統組成，可應用于太陽(yáng)能、風(fēng)能資源豐富地區的各類(lèi)3G基站。

2.1系統工作原理

太陽(yáng)能控制器是各種可再生能源基站的系統控制核心，在艾默生的系統中集成了自主研發(fā)的SunnySure系列太陽(yáng)能控制器。艾默生太陽(yáng)能供電系統主要是將轉換效率高達18%的太陽(yáng)能電池組成的方陣的能量輸出到控制器中，控制器通過(guò)控制太陽(yáng)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(shí)通過(guò)蓄電池給負載供電，在晚上或者陰雨天則完全由蓄電池給負載供電。

由太陽(yáng)能方陣產(chǎn)生的輸入電壓最大開(kāi)路電壓為96V?？刂破魍ㄟ^(guò)對輸入功率板的控制產(chǎn)生相應的浮充電壓范圍和均充電壓范圍，根據蓄電池的容量和電壓狀態(tài)對蓄電池進(jìn)行相應的浮充或均充，同時(shí)，給負載供電。當蓄電池電壓過(guò)高時(shí)，輸出功率板將使負載脫離以保護負載設備；當蓄電池電壓過(guò)低，輸出功率板也將切斷負載以保護蓄電池，控制器還具有反向放電保護功能、極性反接電路保護等功能。

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

2.2、系統設計

（1）獨立光伏電源系統解決方案

這一方案由太陽(yáng)能控制器、風(fēng)能發(fā)電機、氫燃料電池三個(gè)系統構建而成。當天氣為晴天或者多云的白天時(shí)，整個(gè)系統由太陽(yáng)能進(jìn)行供電；在夜晚或陰雨天時(shí)候，太陽(yáng)能會(huì )自動(dòng)停止供電，電池會(huì )向負載放電，這時(shí)如果是正常的夜晚供電，第二天白天有陽(yáng)光后，太陽(yáng)能方陣的輸出電流將會(huì )給蓄電池充電，以補充夜晚供電的能量損失。

為了避免蓄電池過(guò)充電及對通信設備的影響，太陽(yáng)能控制器控制輸出電壓不高于57.6V（電壓變換方式和太陽(yáng)能電池方陣切換方式），太陽(yáng)能方陣的最高輸出電流可達90A，太陽(yáng)能方陣向負載供電并向蓄電池組充電。當蓄電池組電壓高于57.6V 時(shí)，太陽(yáng)能方陣要逐組切離，防止對蓄電池和主設備造成損壞。

這一方案適用于具有豐富太陽(yáng)能資源的偏遠無(wú)市電地區，方案簡(jiǎn)單易于建站，系統自動(dòng)管理免于維護，可大幅度縮減運營(yíng)商的日常運營(yíng)費用。同時(shí)，方案也滿(mǎn)足實(shí)現節能及環(huán)保要求的建站，可實(shí)現100%節能、環(huán)保，能源的轉化使用環(huán)節清潔無(wú)污染，實(shí)現節能減排目標。

圖1 獨立光伏電源系統解決方案

（2）光電（油機）互補電源系統解決方案

這一方案是獨立光伏電源系統方案的一個(gè)補充。從圖1中可以看出，如果是連續陰雨天，由于電池連續放電，電池電壓降至48V 時(shí)（電池充足后陰雨60 小時(shí)左右后）太陽(yáng)能控制器就會(huì )自動(dòng)或人工起動(dòng)油機。這時(shí)，油機通過(guò)開(kāi)關(guān)電源向電池及負載供電。當對電池的充電電流小于設置點(diǎn)時(shí)，并且持續時(shí)間超過(guò)小電流延時(shí)均充T（T根據蓄電池大小可設置），則太陽(yáng)能控制器關(guān)停油機（此時(shí)或者是電池已基本充足，或者是太陽(yáng)能恢復正常供電）。在陰天且油機又發(fā)生故障時(shí)，電池放電至負載保護點(diǎn),太陽(yáng)能控制器發(fā)出命令，電池停止向負載供電。

該方案適用于太陽(yáng)能資源豐富、雨季較多的地區。光伏和油機組成的電源系統可以提高電源可靠性，實(shí)現為偏遠基站的供電，同時(shí)解除了電源的束縛，從而提高了覆蓋率。對于市電不穩定地區，可提高供電可靠性，降低掉電率，可大規模應用于有市電的地區。在節能方面，可有效節電30%-100%。而且通過(guò)這種市電（油機）、太陽(yáng)能互補利用，也可以減少太陽(yáng)能極板的配置，有效降低系統初始投資和運行維護費用。

圖2 光電（油）互補電源系統解決方案

（3）風(fēng)光互補電源系統解決方案

該方案簡(jiǎn)單易于建站，可適用于太陽(yáng)能及風(fēng)能資源豐富地區。通過(guò)風(fēng)光資源互補，可以最大化利用能源，擴大網(wǎng)絡(luò )覆蓋。在維護方面，可以通過(guò)太陽(yáng)能控制器全面地監控保護，利用電壓控制原理，有效保護蓄電池及負載等系統設備，進(jìn)而減少基站維護量。這種方案地域適應性強，環(huán)境適應能力強，太陽(yáng)能控制器可以在 -30℃~60℃、氫燃料電池可在-40℃~60℃溫度范圍應用，且能夠在颶風(fēng)、冰雹和其他惡劣天氣下正常運行。

此外，兩種能源可根據條件靈活配置，同時(shí)通過(guò)完善的充放電管理方案，可以最大限度延長(cháng)蓄電池壽命，并保障系統穩定運行，縮減系統投資。

圖3 風(fēng)光互補電源系統解決方案

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)電系統進(jìn)行構建，迎合了廣大偏遠無(wú)市電或缺少市電地區的移動(dòng)通信基站、微波站等建站的需求。同時(shí)，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(yáng)能、風(fēng)能，這是資源最豐富的可再生能源。太陽(yáng)能、風(fēng)能供電，具有獨特的優(yōu)勢和巨大的開(kāi)發(fā)利用潛力，太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電不會(huì )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(gè)基站每年可節電約1000 萬(wàn)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(shí)又具有在自然界不斷再生、有規律補充的特點(diǎn)，可循環(huán)利用，從而在為基站提供穩定、可靠的電力供應的同時(shí)，真正實(shí)現了“以站養站”，讓系統“活”起來(lái)。從長(cháng)遠來(lái)看，方案投資優(yōu)勢明顯，3年至5年既可以達到或低于傳統方式建站的水平。

除此之外，在方案設計過(guò)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 )的應用特點(diǎn)，在可靠性、智能化、靈活性、網(wǎng)絡(luò )擴容等方面也顯現出如下優(yōu)勢：

（1）可靠性方面，核心系統——艾默生SunnySure系列太陽(yáng)能控制器采用高可靠性及可維護性設計，兩組電池接入，最大充電電流200A，能實(shí)現太陽(yáng)電池板與太陽(yáng)電池的電壓自動(dòng)識別和自動(dòng)匹配、充電過(guò)程的自動(dòng)調節及放電過(guò)程的自動(dòng)控制和保護。同時(shí)，系統引入了具有前瞻性的燃料電池能源系統，控制器系統也采用全數字無(wú)損控制技術(shù)，可以使能源轉化效率達到99.6%，從而為系統的高可靠性和高可用性奠定了良好的基礎；

（2）監控系統智能化的設計真正符合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(yáng)能控制器采用智能監控系統，能實(shí)時(shí)記錄充放電和告警信息，并可遠程上傳到監控中心，從而實(shí)現智能化的能源輸入管理、蓄電池管理及電源管理，有效保護蓄電池及負載等系統設備，免運營(yíng)維護。

（3）可實(shí)現靈活搭建、輕松擴容?；景惭b搬遷方便，無(wú)需布線(xiàn)，組網(wǎng)靈活。發(fā)電和系統控制采用了模塊化架構，在應用中用戶(hù)可以實(shí)現選擇性的停用電池匣，而且安裝方便，無(wú)需工具，數秒內即能輕松完成熱插拔維護。最重要的是，在建設中用戶(hù)可以依需而用，靈活增減電源模塊，從而實(shí)現高度可靠的低成本、高效益的備用電源解決方案，為未來(lái)網(wǎng)絡(luò )的升級提供了可擴容的空間。

4、結語(yǔ)

能源問(wèn)題促使發(fā)達國家大規模地應用太陽(yáng)能、風(fēng)能等發(fā)電技術(shù)，經(jīng)濟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應用全面推進(jìn)，通信行業(yè)也邁入了一個(gè)新的階段。在滿(mǎn)足提高覆蓋率的前提下又對節能減排提出了新的要求，無(wú)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。