永不消逝的电流——边远基站供电方案探讨

来源: 华为ups 日期:2016-07-13 11:00:24 人气:

 为了消除数字鸿沟,实现普遍服务的社会责任,为边远地区的基站提供便捷、不间断的能源供给,是运营商面临的重要挑战。

随着通信网络建设不断向边远地区延伸,基础设施简陋、电力环境差、常规能源价格上涨、环境保护呼声高涨……,使得运营商的成本不断增加,节能减排压力巨大。如何解决边远基站的供电,已成为运营商重点关注的问题之一。

针对此,华为提供业界领先的混合供电解决方案PowerCube。方案按照微电网能源系统MGES(Micro-Grid Energy System)思想构建,包含发电系统、控制系统、储能系统、监控系统四个部分。其中,发电系统支持风、光、油、电等多能源方式接入;控制系统集成ATS、系统电源、太阳能/风能控制器、配电等单元;储能系统针对不同场景采用不同的储能单元及温控方式,实现能源最大化利用;监控系统支持华为带内、带外GPRS/IP传输,后台通过NetEco、M2000实现。

华为混合供电解决方案PowerCube,基于统一平台、支持灵活组合,可为运营商提供“风不停、日不落、油不干、电不断”的不间断能源供给。

双动力

针对频繁停电的场景,传统方案通常采用“市电+备电蓄电池+备用油机”。当市电正常时,市电通过系统电源带负载,同时给蓄电池充电,市电中断时,油机带负载,备电蓄电池通常只在市电中断且油机未接入系统时短时间工作。基于常规蓄电池的充电特性和系统电源的充电逻辑,蓄电池的充电系数一般限定为0.1-0.15C。

但传统方案却面临着这样的问题:蓄电池需要的充电时间较长,但实际场景频繁停电,往往出现蓄电池未充满即放电的情况,蓄电池的寿命因此大大缩短;油机频繁启停,带来油耗、维护成本的大量增加;油机工作的噪音对附近居民生活造成恶劣干扰。那么,是否有办法通过提升蓄电池的充电效率,更有效地利用市电,降低油耗和维护成本,同时减少噪音污染?

针对这些需求,华为提出市电与快充蓄电池轮换工作的双动力方案,通过在蓄电池内部添加特殊的添加剂以改变蓄电池的受电能力,受电电流高达0.3C;通过优化系统电源的充电逻辑,满足蓄电池快速充电需求的同时,有效控制蓄电池的升温;在市电恢复或油机启动时,充电电流依据输入源容量主动适应,含充电缓启动、充电判断、充电限流等,规避瞬间接入大电流充电,拉低乃至拉瘫交流输入源。

华为双动力方案工作原理如图1所示,当市电恢复时,市电通过系统电源带负载,同时给蓄电池充电,蓄电池依据输入市电系统的容量和蓄电池本身的剩余容量,主动调节充电电流,最大可达0.3C,保证最大化利用市电的同时维持系统稳定;当市电中断时,蓄电池带负载;系统依据市电供给情况,使市电与快充蓄电池循环带载,仅仅当市电长时间中断、蓄电池能量无法满足备电需求时才启动油机。

实践证明,该方案能有效提升蓄电池的充电效率,实现市电间歇恢复的最大化利用,同时减少乃至取消油机工作,节约油耗及运维成本,有效解决市电不稳定地区基站的供电问题。

油电混合

针对无市电或市电很差的应用场景,传统方案通常采用“油机/市电+油机”,本文以“油机+油机”的双油机模式进行说明。两台油机轮换工作为基站供电,蓄电池在系统中做备电功能,在油机不工作时对负载供电。

传统方案不得不面对这样的问题:油机长时间工作,造成大量油料损耗,同时加速自身磨损,故障频繁;油机配置需考虑蓄电池放电后均充的充电电流需求,实际上,蓄电池通常工作在浮充状态,需要的充电电流很小,造成“大马拉小车”现象,燃油效率低下;大量的CO2排放,污染环境。

针对这些需求,华为提出市电与深循环蓄电池轮换工作的油电混合方案,通过转变蓄电池在供电系统中的功能,使其成为负载工作的主要能量来源之一;通过改变蓄电池极板的材料,满足深度放电、循环场景的需求;通过优化能源调度策略,实现油机与蓄电池最佳轮换工作方式。方案依据应用场景设定油机的启、停阈值,即蓄电池充、放电阈值,来调整油机与电池的工作比例:当油机启动时,既给负载供电,又给蓄电池充电;当蓄电池容量上升到设定的放电阈值时,油机停止工作,由蓄电池带载;当蓄电池容量下降到设定的充电阈值时,油机重新开始工作……如此循环。

实践证明,该方案能有效减少油机的运行时间,提升燃油效率,节约大量油料损耗和运维成本,非常适用于市电很差或者没有市电的基站。

可再生能源

当前,环境保护呼声高涨,常规能源日益枯竭,成本不断上升,因此,以太阳能、风能为主导的可再生能源方案逐渐迎来广泛应用。

基于可再生能源不易采集的特性,华为提出“物尽其用”原则,如采用高效太阳能光板和MPPT(最大功率点跟踪)太阳能控制器,可再生能源与常规能源混合供电;专有储能系统应用于不同解决方案……,满足不同应用场景的需求。其中,可再生能源基站供电包括“纯光”、“光+油”、“光+电”等。

“纯光”方案

当光照条件好时,太阳能光伏组件将光能转化为电能,通过太阳能控制器对负载供电,同时对蓄电池充电;光照条件不好,太阳能光伏组件产生的能量无法完全满足负载需求,则由蓄电池对负载供电。

针对边远地区要求站点低成本、高集成、小容量的部署需求,华为结合自身优势,将纯光供电方案与基站、天线、传输、铁塔等集成,演进为“All on Pole”的Easy Site解决方案,协助运营商消除“数字鸿沟”。

“光+油”方案

该方案是纯光方案的补充,通过将油机引入系统,主要解决站点负载比较大或连续阴雨天气情况下的供电问题。当光照条件好时,太阳能光伏组件将光能转化为电能,通过太阳能控制器对负载供电,同时对蓄电池充电;光照条件不好,太阳能光伏组件产生的能量无法完全满足负载需求时,由蓄电池向负载供电;如果站点负载比较大或出现连续阴雨天气,太阳能光伏组件以及配置的蓄电池不足以满足备电需求时,则启动油机对负载供电并对蓄电池进行充电补充。

“光+电”方案

在有市电情况下,光与市电互补为基站供电并给蓄电池充电,通过调度逻辑实现光能优先,然后是市电。当光、电都无法满足时,蓄电池向负载供电。

在边远基站的供电问题上,华为混合供电解决方案PowerCube已得到广泛认可。到目前为止,华为系列化解决方案已服务于Vodafone、MTN、Etisalat、Zain等全球多个运营商。

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