多种光伏接入方案在通信直流供电系统中的应用.pdf
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1、Telecom Power Technology 77 Sep.10,2023,Vol.40 No.17 Telecom Power Technology 2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期电源与节能技术DOI:10.19399/ki.tpt.2023.17.025多种光伏接入方案在通信直流供电系统中的应用李 凯(广东邮电职业技术学院,广东 广州 510630)摘要:随着碳达峰、碳中和国家政策的提出和光伏发电建设成本的降低,各通信运营商将光伏发电作为能源低碳转型和节能增效的重要举措。为了探索光伏在不同通信电源场景的应用,详细阐述-48 V 直流嵌入式光伏的接入位置和控制原理
2、,解决传统光伏接入方案实际运行时扰乱蓄电池充放电管理问题。同时,针对大容量互联网数据中心(Internet Data Center,IDC)机房不同时期服务器投入运行数量,调整高压直流和光伏发电混合模式,解决光伏发电功率和负载不均衡的问题。关键词:通信基站;嵌入式光伏发电;互联网数据中心(IDC)机房;高压直流Application of Multiple Photovoltaic Access Schemes in Direct Current Power Supply Systems for CommunicationLI Kai(Guangdong Vocational College
3、of Post and Telecom,Guangzhou 510630,China)Abstract:With the proposal of the national policy of carbon peaking and carbon neutrality,as well as the reduction of construction costs for photovoltaic power generation,communication operators have taken photovoltaic power generation as an important measu
4、re for low-carbon energy transformation and energy-saving efficiency enhancement.In order to explore the efficient application of photovoltaic technology in different communication power supply scenarios,this article elaborates in detail on the access position and control principle of-48 V direct cu
5、rrent embedded photovoltaic,solves the problem of disrupting battery charging and discharging management during the actual operation of traditional photovoltaic access schemes,and demonstrates its promotion value.At the same time,adjust the hybrid mode of high-voltage direct current and photovoltaic
6、 power generation to address the issue of imbalanced photovoltaic power generation power and load,based on the number of servers put into operation at different times in large capacity Internet Data Center(IDT)rooms.Keywords:communication base station;embedded photovoltaic power generation;Internet
7、Data Center(IDT)machine room;high voltage direct current0 引 言太阳能是清洁可再生能源,对其进行综合开发利用,可大大减少二氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物等温室气体排放,对碳达峰、碳中和国家政策的实施具有重要意义。目前,户用光伏发电和大规模光伏电站已经在国内外得到广泛应用,技术方案已趋于成熟。为满足民用与工业供电中多数的交流负载,光伏电站需要将已发出的直流电逆变为交流电才可以并网或离网使用。通信局站的负荷本身很多就是直流供电,将光伏发电引入通信供电系统后,若仍将其输出的直流电先逆变并网后再整流为直流电,会增加转换过程中的能量损失和设备的投资
8、,且占用了有限的局站空间。所以,近些年国内外已经在光伏与直流混合供电领域开展了很多应用研究。例如:中国电信在部分地区通信基站试点了基于-48 V 的光伏嵌入式供电1,2;东南大学研究不间断电源系统(Uninterruptible Power System,UPS),将光伏接入储能装置侧的直流供电;厦门大学试点了 380 V 高压直流系统,将光伏发电接入铅酸蓄电池侧的直流电源3,4。总体来看,光伏的直流并网开始得到较为广泛的应用,成为广大学者和工程师的研究热门。1 嵌入式太阳能通信直流供电系统嵌入式太阳能发电系统率先由中国电信提出,在原有通信基站电源系统的负载端接入,是一种辅助电源,无须对蓄电池
9、充电。因此,太阳能阵列的额定容量只需达到负载功率的 1.5 2.0 倍,在一定环境下即可满足负载需要1,2。经过多年的实验探索后,技术日渐成熟,且随着光伏阵列价格的持续下降,在通信基站原有的-48 V 开关电源系统基础上嵌入太阳能光伏发电系统,越来越具备推广价值和实际意义。1.1 嵌入式太阳能光伏发电系统结构组成通信用嵌入式太阳能光伏发电系统主要是在收稿日期:2023-08-18基金项目:广东省普通高校青年创新人才类项目“基于 IoT架构的太阳能电站光伏组件故障在线诊断与定位研究”(2022KQNCX214);广东邮电职业技术学院校级课题“IDC机房中光伏与高压直流混合供电模式研究”(2021
10、44)。作者简介:李 凯(1988),男,河南开封人,研究生,讲师,主要从事电工理论与新技术、通信电源、光伏发电技术等教学与研究工作。2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期Sep.10,2023,Vol.40 No.17Telecom Power Technology 78 原-48 V 电源基础上,配置 1 2 倍额定负载容量的光伏阵列,并接到直流负载入线侧,为负载辅助供电,实现基站的节能减排。它主要包括-48 V 通信电源系统(380 V 低压市电、油机、高频开关电源、铅酸蓄电池)和嵌入式太阳能光伏发电系统(光伏阵列、光伏功率控制器、DC/DC 变换器),结构如图 1 所示
11、。光伏阵列 汇流排光伏阵列 汇流排嵌入光伏发电光伏控制器DC/DC 变换-48 V 直流负载380 V 交流市电柴油发电机组蓄电池组-48 V 开关电源智能切换开关图 1 嵌入式光伏发电结构组成1.2 嵌入式太阳能光伏发电系统应用原理在很多实际应用中,太阳能光伏供电系统除了满足负载容量,还会对蓄电池进行充电,接入容量偏大。光照充足时,往往会导致蓄电池过充,缩短蓄电池的使用寿命,甚至烧坏蓄电池。除此之外,有的光伏发电被嵌入通信电源系统后,参与蓄电池组的一次下电、二次下电管理,导致原通信电源系统功能紊乱,意外造成同基站多次重复掉电。为了避免此类问题出现,嵌入式太阳能供电系统设置了光伏运行的上止点工
12、作电压和下止点电压。为了使太阳能光伏发电系统优先进行功率输出,可以将其作为辅助电源,达到节能减排的效果。在系统运行的任何时刻,太阳能光伏发电系统的输出电压均应比原通信电源直流系统的输出电压高。此外,为了不浪费光照资源,尽量使光伏发电系统输出最大功率,使太阳能系统的光伏阵列输出电压处于接近最大功率点对应的电压。实际运行时,原系统的电压比光伏接入点的输出电压低 0.5 1.0 V,可确保光伏板优先输出功率。太阳能功率控制系统采用脉冲调节技术,可通过控制光伏发电模块的输入电压,实时追踪理论最大功率点对应的工作电压,从而实现光伏发电系统的最大功率输出,运行过程如图 2 所示。浮充56.5 V55 V5
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