艾默生3G可再生能源基站供电解决方案浅述

1、引言

随着电信重组的完成，中国电信业进入了新的“三国演义”时代，也加速了3G的进程。3G作为三大全业务运营商的全新课题，其发展必然也对各运营商提出了共性的要求和共同的挑战，例如3G网络规划建设、网络升级演进、新业务开发创新以及产业链打造等问题，而3G网络规划建设又是成为实现3G应用的首要基础和关键步骤。目前，在3G机房网络规划中，运营商必须明确以下几个问题：

首先，如何满足无线网高速数据业务的应用需求。3G带来的直接创新就是各种新型基站的大规模应用，这意味着宽带无线网络的覆盖面将会加大，对户外机房的需求也将增加。但是，相比室内机房，户外机房的应用环境更为复杂，建站取点遍及高山、平原、河谷，温差、海拔对设备的要求不一，对温度、湿度、洁净度、电磁场强度、噪音干扰、安全保安、防漏、电源质量、振动、防雷和接地等的要求还不尽相同，必须兼顾环境的适应性和移动的灵活性。

再者，如何实现网络能源可再生循环应用，再造生命周期。节能与环保是3G技术应用带来的主要成果。对于室外基站而言，应该充分考虑基站环境特点，尽可能将风能、太阳能等各种绿色可再生能源转化利用，以减少碳排放量，实现能源的可再生循环利用。

针对这些问题，艾默生网络能源提出了3G可再生能源基站解决方案，为下一代3G网络的稳定和数据信息的安全提供可靠、可用、绿色的保障。

2、艾默生3G可再生能源解决方案

艾默生可再生能源基站供电系统由SunnySure系列太阳能控制器、太阳能方阵、风能发电机、氢燃料电池四个系统组成，可应用于太阳能、风能资源丰富地区的各类3G基站。

2.1系统工作原理

太阳能控制器是各种可再生能源基站的系统控制核心，在艾默生的系统中集成了自主研发的SunnySure系列太阳能控制器。艾默生太阳能供电系统主要是将转换效率高达18%的太阳能电池组成的方阵的能量输出到控制器中，控制器通过控制太阳能方阵的投入和撤出产生所需要的电压和电流给蓄电池充电，同时通过蓄电池给负载供电，在晚上或者阴雨天则完全由蓄电池给负载供电。

由太阳能方阵产生的输入电压最大开路电压为96V。控制器通过对输入功率板的控制产生相应的浮充电压范围和均充电压范围，根据蓄电池的容量和电压状态对蓄电池进行相应的浮充或均充，同时，给负载供电。当蓄电池电压过高时，输出功率板将使负载脱离以保护负载设备；当蓄电池电压过低，输出功率板也将切断负载以保护蓄电池，控制器还具有反向放电保护功能、极性反接电路保护等功能。

艾默生太阳能控制器可以实现壁挂式或抱杆式安装，方便应用于多种场合，户外型防护等级达到IP55。同时，控制器还具有多种充电接口，便于接入风能发电机、市电、油机，可以根据基站环境提供多种供电解决方案。蓄电池作为系统的储能部件，主要是将太阳能电池和其他能源方式产生的电能存储起来方便供电。

2.2、系统设计

（1）独立光伏电源系统解决方案

 这一方案由太阳能控制器、风能发电机、氢燃料电池三个系统构建而成。当天气为晴天或者多云的白天时，整个系统由太阳能进行供电；在夜晚或阴雨天时候，太阳能会自动停止供电，电池会向负载放电，这时如果是正常的夜晚供电，第二天白天有阳光后，太阳能方阵的输出电流将会给蓄电池充电，以补充夜晚供电的能量损失。
   
为了避免蓄电池过充电及对通信设备的影响，太阳能控制器控制输出电压不高于57.6V（电压变换方式和太阳能电池方阵切换方式），太阳能方阵的最高输出电流可达90A，太阳能方阵向负载供电并向蓄电池组充电。当蓄电池组电压高于57.6V 时，太阳能方阵要逐组切离，防止对蓄电池和主设备造成损坏。

这一方案适用于具有丰富太阳能资源的偏远无市电地区，方案简单易于建站，系统自动管理免于维护，可大幅度缩减运营商的日常运营费用。同时，方案也满足实现节能及环保要求的建站，可实现100%节能、环保，能源的转化使用环节清洁无污染，实现节能减排目标。

 
图1 独立光伏电源系统解决方案

（2）光电（油机）互补电源系统解决方案
   
这一方案是独立光伏电源系统方案的一个补充。从图1中可以看出，如果是连续阴雨天，由于电池连续放电，电池电压降至48V 时（电池充足后阴雨60 小时左右后）太阳能控制器就会自动或人工起动油机。这时，油机通过开关电源向电池及负载供电。当对电池的充电电流小于设置点时，并且持续时间超过小电流延时均充T（T根据蓄电池大小可设置），则太阳能控制器关停油机（此时或者是电池已基本充足，或者是太阳能恢复正常供电）。在阴天且油机又发生故障时，电池放电至负载保护点,太阳能控制器发出命令，电池停止向负载供电。
   
该方案适用于太阳能资源丰富、雨季较多的地区。光伏和油机组成的电源系统可以提高电源可靠性，实现为偏远基站的供电，同时解除了电源的束缚，从而提高了覆盖率。对于市电不稳定地区，可提高供电可靠性，降低掉电率，可大规模应用于有市电的地区。在节能方面，可有效节电30%-100%。而且通过这种市电（油机）、太阳能互补利用，也可以减少太阳能极板的配置，有效降低系统初始投资和运行维护费用。
 

图2  光电（油）互补电源系统解决方案

（3）风光互补电源系统解决方案
   
该方案简单易于建站，可适用于太阳能及风能资源丰富地区。通过风光资源互补，可以最大化利用能源，扩大网络覆盖。在维护方面，可以通过太阳能控制器全面地监控保护，利用电压控制原理，有效保护蓄电池及负载等系统设备，进而减少基站维护量。这种方案地域适应性强，环境适应能力强，太阳能控制器可以在 -30℃~60℃、氢燃料电池可在-40℃~60℃温度范围应用，且能够在飓风、冰雹和其他恶劣天气下正常运行。

此外，两种能源可根据条件灵活配置，同时通过完善的充放电管理方案，可以最大限度延长蓄电池寿命，并保障系统稳定运行，缩减系统投资。

 
图3   风光互补电源系统解决方案

3、该解决方案的优势

从以上方案中可以看到，艾默生可再生能源基站解决方案采用离网式发电系统进行构建，迎合了广大偏远无市电或缺少市电地区的移动通信基站、微波站等建站的需求。同时，方案充分考虑了建站环境的特点，供电能源取自于用之不竭的太阳能、风能，这是资源最丰富的可再生能源。太阳能、风能供电，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力，太阳能、风能发电不会产生二氧化碳，是一种清洁、安全的能源。利用这一能源，每1000个基站每年可节电约1000 万度，减少二氧化碳排放约10000吨。而最为重要的是，这种清洁的能源同时又具有在自然界不断再生、有规律补充的特点，可循环利用，从而在为基站提供稳定、可靠的电力供应的同时，真正实现了“以站养站”，让系统“活”起来。从长远来看，方案投资优势明显，3年至5年既可以达到或低于传统方式建站的水平。
  
 除此之外，在方案设计过程中，艾默生3G可再生能源基站方案还充分考虑3G网络的应用特点，在可靠性、智能化、灵活性、网络扩容等方面也显现出如下优势：
   
（1）可靠性方面，核心系统——艾默生SunnySure系列太阳能控制器采用高可靠性及可维护性设计，两组电池接入，最大充电电流200A，能实现太阳电池板与太阳电池的电压自动识别和自动匹配、充电过程的自动调节及放电过程的自动控制和保护。同时，系统引入了具有前瞻性的燃料电池能源系统，控制器系统也采用全数字无损控制技术，可以使能源转化效率达到99.6%，从而为系统的高可靠性和高可用性奠定了良好的基础；
   
（2）监控系统智能化的设计真正符合3G网络能源智能化、网络化的发展趋势。艾默生太阳能控制器采用智能监控系统，能实时记录充放电和告警信息，并可远程上传到监控中心，从而实现智能化的能源输入管理、蓄电池管理及电源管理，有效保护蓄电池及负载等系统设备，免运营维护。
   
（3）可实现灵活搭建、轻松扩容。基站安装搬迁方便，无需布线，组网灵活。发电和系统控制采用了模块化架构，在应用中用户可以实现选择性的停用电池匣，而且安装方便，无需工具，数秒内即能轻松完成热插拔维护。最重要的是，在建设中用户可以依需而用，灵活增减电源模块，从而实现高度可靠的低成本、高效益的备用电源解决方案，为未来网络的升级提供了可扩容的空间。

4、结语

能源问题促使发达国家大规模地应用太阳能、风能等发电技术，经济水平的提升也支持了可再生能源发电技术在我国的推广，并且由于3G应用全面推进，通信行业也迈入了一个新的阶段。在满足提高覆盖率的前提下又对节能减排提出了新的要求，无疑，艾默生网络能源基于通信领域多年积累所推出的可再生能源基站方案极具推广潜力。