一种铁塔基站新能源储能远传电源系统

技术领域

本发明涉及基站供电技术领域，尤其涉及一种铁塔基站新能源储能远传电源系统。

背景技术

目前，铁塔基站电源系统主要用ACDC整流器将电网电力变换为移动通信设备需要的DC48V直流电源系统，原来主要采用铅酸电池作为后备电源，提供3小时无线通信设备以及10小时有线通信设备的供电能力，随着电池产业发展，铁塔基站已经停止采购铅酸电池，改用新型的锂离子电池作为后备电源。

在使用多组铅酸电池的电源系统设计中，用无源合路器实现预先配组的性能参数相近的电池组之间的并联过程，然后各个电池组并联使用，在充放电使用中自动实现自然均流。然而电池组并联一起搭配使用时，会存在环流，浪费电能，并使载荷失配，损伤电池，减少了电池组使用寿命。

在有需要维护和更换某些有问题的电池组时，通过合路器调平新电池组与原电池组的电压差，然后并联使用。这种新旧电池并联一起搭配使用时，存在的环流更大，对电池组的损害更厉害。

在铁塔基站开始采用锂离子电池时，一方面锂离子电池对工作电压窗口的高敏感性需要电池电压采集系统即电池管理系统BMS，进而更精确控制电压电流实现安全使用。另一方面，铁塔基站有大量在使用中的铅酸电池，鉴于资产经济性不能一刀切同时淘汰掉，要和锂离子电池一起使用，直到容量衰减到要求的技术指标为止，在换新和扩容时增加锂离子电池。为了满足这些需求，最新采用的新型合路器即电池共用管理器，用DCDC变换器实现每个电池组单独充电，即受控充电，用半导体开关实现并联放电使用，为了适应新旧电池使用，支持放电时具有开关控制，实现新旧电池分时段放电。但分时段放电仍属于非受控放电。电池共用管理器解决了锂离子电池的独立充电问题，但仍然是并联或分时放电，要么存在环流，要么分时放电时电池被超负荷使用。

铅酸电池可以通过涓流充电实现均充，在标准的浮充电压下与荷电程度成比率，可以实现满电的备电。采用锂离子电池以后，不能按照电池组总电压控制充电，也不能涓流充电，许多基站电源系统继续采用铅酸电池传统的基于电池组电压控制充电量的方法，不能保证铁塔基站的一次设备备电指标，不能充分发挥电池备电能力。

目前电池共用管理器的原理思路仍然是为了兼顾电池组电压范围，而提高整流器的输出电压，比如使用最多的通信基站用磷酸铁锂电池组标称电压48V，单体16串，理论充电截止电压57.6V，为了用等效的降压变换器，将整流器输出电压从标称48V上调到接近电池组上限电压57.6V，使得所用基站用电设备的供电电压提高了，由此造成整流器、通信设备的工作电压都远离优化设计的标称工作点，运行效率明显下降，增大了电能消耗。

在移动通信的蜂窝网络中，多种类型基站也都涉及电源供电问题，供电方式分直接从电网拉电和从建筑物业方间接拉电，直接供电涉及电力接入，对于微小基站、微小功耗或者偏远地区，直接供电的投入和维护都需要不小的费用，从第三方拉电又存在大量的场地租用费、高价电费、高额管理费用以及互相推诿扯皮等问题。

因此，亟需一种可以克服上述问题的铁塔基站新能源储能远传电源系统方案。

发明内容

本发明实施例提供一种铁塔基站新能源储能远传电源系统，用以实现数字化、智能化能源管理，该铁塔基站新能源储能远传电源系统包括：多个铁塔基站电源，每个铁塔基站电源包含监控器以及根据预设基站树结构配置的功能单元；

每个铁塔基站电源的监控器采集所述功能单元的数据工况信息，通过以太网或GSM/GPRS接入物联网和互联网，与远程管理主机连接并上报所述数据工况信息，接收远程管理主机发送的指令决策信息，根据所述指令决策信息向功能单元发送决策控制指令进行统一调度管理。

一个实施例中，铁塔基站的类型包括：中心局站，枢纽站，宏基站，小基站，微基站，飞基站，皮基站，抱杆站，美化站，室分吸顶站，信源站，直放站，全向站，扇区站，射频拉远站，边际站，室内分布系统。

一个实施例中，根据预设基站树结构的层级关系，在需要进行电池充放电时所述功能单元包括：电池适配器，储能电池和电池管理系统BMS；

所述储能电池的类型包括：铅酸电池，锂离子电池和电化学体系电池，其中，锂离子电池包括：磷酸铁锂，钴酸锂，锰酸锂，三元锂，钛酸锂；所述储能电池的电解质包括：液态电解质，凝胶电解质，聚合物电解质，固态电解质，所述储能电池的形状包括：方形，软包和圆柱，所述储能电池的形态包括：电芯，单体，电池块，电池堆，电池模组，电池组和电池包，所述储能电池还包括：新电池和梯级电池；

所述电池管理系统BMS采集储能电池数据；

所述电池适配器根据监控器下发的决策控制指令控制储能电池充放电，所述决策控制指令为削峰平谷指令，所述电池适配器与电池管理系统BMS进行通信并收集储能电池数据。

一个实施例中，所述电池适配器为双向DCDC变换器，所述电池适配器的小功率拓扑结构为升降压斩波器，所述电池适配器的大功率或高电压拓扑结构包括：带有变压器的反激结构，推挽结构，半桥结构，全桥结构其中之一或任意组合。

一个实施例中，根据预设基站树结构的层级关系，在需要接入电网时所述功能单元包括：电网适配器和交流配电单元；

所述电网适配器为双向ACDC交直流电能转换器，所述电网适配器的工作模式包括并网模式和孤岛模式，其中，并网模式下电网适配器运行方式包括整流方式和逆变方式，通过调整并网模式下的功率因数调节无功，所述电网适配器的功率拓扑结构包括单级拓扑结构，准单级拓扑结构，两级拓扑结构或多级拓扑结构；

所述交流配电单元用于接入电网为主基站内交流设备供电并对主基站内交流设备进行分路计量，所述主基站内交流设备包括：空调设备和照明设备。

一个实施例中，根据预设基站树结构的层级关系，在需要进行远传供电时所述功能单元包括：母线适配器，所述母线适配器为双向DCDC直流电能变换器，所述母线适配器的工作模式包括：远传供电模式和远传受电模式，其中，在远传供电模式下主基站的母线适配器将DC48V母排电压变换为远传供电的DC380V母线电压，在远传受电模式下子基站的母线适配器将DC380V母线电压变换为DC48V母排电压。

一个实施例中，根据预设基站树结构的层级关系，在需要接入新能源发电时所述功能单元包括：光伏控制器和风电控制器，用于向母排进行光伏、风电发电，并根据监控器下发的决策控制指令分别独立闭环控制最大功率点跟踪和最小弃电保护，通过总线接入信息网络进行远传信息和决策管理，所述决策控制指令为弃电管理指令。

一个实施例中，根据预设基站树结构的层级关系，在需要接入备用发电机组时所述功能单元包括：发电控制器，用于利用备用发电机组向母排发电。

一个实施例中，所述远程管理主机为铁塔数据中心或储能数据中心，与铁塔公司的数据接口包括：储能数据中心与铁塔数据中心之间的交互，监控器接入网络并通过信道接口和协议给铁塔数据中心提供交互服务，或监控器通过通信接口与铁塔公司嵌入式通信网关实施数据通信。

一个实施例中，所述功能单元包括：连接至母排的直流配电单元，用于为主基站内直流设备和社会杆供电并对主基站内直流设备和社会杆进行分路计量，所述主基站内直流设备包括：通信有线设备，通信无线设备，仪表，工具，安防设备，所述社会杆包括：照明路灯，视频监控器，交流充电桩，交通指示灯，信息发布板，广告箱，广告牌、广播喇叭。

本发明实施例提供的铁塔基站新能源储能远传电源系统包括多个铁塔基站电源，每个铁塔基站电源包含监控器以及根据预设基站树结构配置的功能单元；每个铁塔基站电源的监控器采集所述功能单元的数据工况信息，通过以太网或GSM/GPRS接入物联网和互联网，与远程管理主机连接并上报所述数据工况信息，接收远程管理主机发送的指令决策信息，根据所述指令决策信息向功能单元发送决策控制指令进行统一调度管理。本发明实施例根据预设基站树结构配置功能单元，并通过每个铁塔基站电源的监控器采集功能单元的数据工况信息，通过以太网或GSM/GPRS接入物联网和互联网，与远程管理主机连接并上报数据工况信息，接收远程管理主机发送的指令决策信息，根据指令决策信息向功能单元发送决策控制指令进行统一调度管理，从而实现数字化、智能化能源管理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中一种铁塔基站新能源储能远传电源系统示意图；

图2为本发明具体实施例中一种铁塔基站新能源储能远传电源系统结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

发明人考虑到，随着5G发展和普及，供电消耗更大，电力负荷增大，节能减排，新能源利用，双碳目标，净化电网和优化供需平衡，削峰填谷，储能供电，数字能源，智慧网络，都进入了势在必行的快车道。移动通信运营商精打细算开源节流也带给铁塔基站电能管理的运营压力，客观需要远传供电、储能供电、精确详细的分路计量。铁塔基站电源系统需要更新换代适应新的技术和经济性要求。尤其需要解决新旧电池搭配使用，锂离子电池和铅酸电池搭配使用，电池组充分、长寿命和安全使用，稳定直流供电系统提高电能利用效率，精确分路计量，远传供电，优化的方案兼顾考虑多种功率规模的不同基站类型，削峰填谷电费套利和匹配电力供需平衡，电池储能，净化电网，支持光伏和风电新能源分布式发电，支持备电发电机组启动，支持潮流控制，支持智能电网建设。

为了实现数字化、智能化能源管理，本发明实施例提供一种铁塔基站新能源储能远传电源系统，如图1所示，该铁塔基站新能源储能远传电源系统可以包括：多个铁塔基站电源，每个铁塔基站电源包含监控器以及根据预设基站树结构配置的功能单元；

每个铁塔基站电源的监控器采集所述功能单元的数据工况信息，通过以太网或GSM/GPRS接入物联网和互联网，与远程管理主机连接并上报所述数据工况信息，接收远程管理主机发送的指令决策信息，根据所述指令决策信息向功能单元发送决策控制指令进行统一调度管理。

由图1所示可以得知，本发明实施例提供的铁塔基站新能源储能远传电源系统包括多个铁塔基站电源，每个铁塔基站电源包含监控器以及根据预设基站树结构配置的功能单元；每个铁塔基站电源的监控器采集所述功能单元的数据工况信息，通过以太网或GSM/GPRS接入物联网和互联网，与远程管理主机连接并上报所述数据工况信息，接收远程管理主机发送的指令决策信息，根据所述指令决策信息向功能单元发送决策控制指令进行统一调度管理。本发明实施例根据预设基站树结构配置功能单元，并通过每个铁塔基站电源的监控器采集功能单元的数据工况信息，通过以太网或GSM/GPRS接入物联网和互联网，与远程管理主机连接并上报数据工况信息，接收远程管理主机发送的指令决策信息，根据指令决策信息向功能单元发送决策控制指令进行统一调度管理，从而实现数字化、智能化能源管理。

实施例中，铁塔基站新能源储能远传电源系统可以包括：多个铁塔基站电源，每个铁塔基站电源包含监控器以及根据预设基站树结构配置的功能单元；

每个铁塔基站电源的监控器采集所述功能单元的数据工况信息，通过以太网或GSM/GPRS接入物联网和互联网，与远程管理主机连接并上报所述数据工况信息，接收远程管理主机发送的指令决策信息，根据所述指令决策信息向功能单元发送决策控制指令进行统一调度管理。

一个实施例中，铁塔基站的类型包括：中心局站，枢纽站，宏基站，小基站，微基站，飞基站，皮基站，抱杆站，美化站，室分吸顶站，信源站，直放站，全向站，扇区站，射频拉远站，边际站，室内分布系统。

具体实施时，按照基站覆盖面积从大到小可以依次分为广域宏基站、小区宏基站、室内分布基站以及5G时代盛行的各种微小型基站，其功率和备电容量也大致具有从大到小的规模变化。考虑到基站类型及其供电系统的复杂多样性，基于技术经济性考虑直流远传供电，将远传供电的基站称为主基站或称父基站，对应基站树结构的父节点，将远端受电的基站称为子基站，对应树结构的子节点，从电网直接供电又不远传供电的独立供电基站由于在功能结构上更靠近主基站，按主基站对待。可见，按不同的层级关系，一个基站既可以是上级主基站的子基站，也可以同时是下级子基站的主基站，在比较大的远传供电网络中，可以取有线通信系统的枢纽站作为最上级的主基站，接入电网，称为根基站、枢纽站、或中心站，对应基站树结构的根节点，而将最下级的不再远传供电的子基站称为端基站，对应基站树结构的叶节点或端节点，从而可以用基站树结构配置功能单元，管理基站供电系统的逻辑关系，所有基站树结构构成基站森林，基站森林采用云存储和空中管理，就实现了基站数字能源，构筑基站能源信息高速公路，进而可以优化基站电源系统的能源智能管理，基于基站树结构思想，对基站功能优化、抽象和建模。

本实施例中，在预设基站树结构中，包括主基站和子基站，主基站可以对应功率较大的宏基站，也可以是处于偏远孤立位置、不方便连接到其他主基站的小基站，子基站包括但不限于功率较小的宏基站、小基站、微基站、皮基站、飞基站、信源站、各种直放站、射频拉远站、边际站、室内分布站，以及可以包含小基站的各种社会功能杆等。

一个实施例中，根据预设基站树结构的层级关系，在需要进行电池充放电时所述功能单元包括：电池适配器，储能电池和电池管理系统BMS；

所述储能电池的类型包括：铅酸电池，锂离子电池和电化学体系电池，其中，锂离子电池包括：磷酸铁锂，钴酸锂，锰酸锂，三元锂，钛酸锂；所述储能电池的电解质包括：液态电解质，凝胶电解质，聚合物电解质，固态电解质，所述储能电池的形状包括：方形，软包和圆柱，所述储能电池的形态包括：电芯，单体，电池块，电池堆，电池模组，电池组和电池包，所述储能电池还包括：新电池和梯级电池；

所述电池管理系统BMS采集储能电池数据；

所述电池适配器根据监控器下发的决策控制指令控制储能电池充放电，所述决策控制指令为削峰平谷指令，所述电池适配器与电池管理系统BMS进行通信并收集储能电池数据。

一个实施例中，所述电池适配器为双向DCDC变换器，所述电池适配器的小功率拓扑结构为升降压斩波器，所述电池适配器的大功率或高电压拓扑结构包括：带有变压器的反激结构，推挽结构，半桥结构，全桥结构其中之一或任意组合。

具体实施时，电池适配器通过算法可支持动力电池梯次利用，基于先进技术对梯次电池使用安全的保障将不劣于电动汽车应用工况。

具体实施时，储能电池与电池管理系统BMS可组成智能电池模块，可按预定策略发挥电池最大能效，能主动充足电和放空电并削峰填谷，解决原浮充备电方式不能提供可靠的掉电续航时间和不间断供电可靠性问题。支持热插拔和不间断运行中换电池，主基站既是充电站也是用电站，支持系统级动态优化调配、支持通过换电方式增加掉电后电池续航时间。根据地域性电网用电峰谷时段的分布特点和具体的用电复费率计费方式，可设置和动态优化削峰平谷运行模式，平衡节省电费与优化储能电池的功能、性能和使用寿命。主基站分别计量从电网用电、向电网发电、向基站设备分组供电、向社会杆分项供电、电池组荷电状态、以及新能源发电电量，并进而测算电能变换效率、计量耗电量、计算分担电费。基站供电可兼容社会杆供电设计，如路灯、监控器、充电桩、交通指示、信息发布、广播、广告箱等。

需要说明的是，预定策略包括设备设计的充放电制度和方法，以及现场或远程可设定参数，比如充放电深度、充放电强度，SOC、温度、电压、电流、功率工作窗口限值，设计动力和储能电池使用方法和优化使用方法。这些电池使用技术跟电池设计参数、品牌、品种、组合方式、温度和热管理、载荷、工况、循环寿命等等有关系。削峰填谷是在谷时段充电，在峰时段和平时段放电。发明人发现，现在的基站电源没有电池适配器，不能自主的充满电和放空电，尤其是无法单独放电。因此本发明实施例利用电池适配器根据监控器发送的削峰平谷指令为电池单元充电或放电。浮充电是从铅酸电池承继下来的充电方法，不适用于锂电池，浮充电压过高电池会损坏，过低则充电不足，这是由电池性能特点决定的。现有技术中标称3小时的备电，行业抽检普遍2小时都不能保证。另外，浮充中的电池由于难于检测参数不能提前预报温升、失效、故障，这些都是可靠性问题。根据用电和发电分布情况的不同，电网的峰谷平时段规定是有地域性的，也是用国家电网动态规划的，比如北京峰谷差价最大，内陆较小。我国电网峰谷平总体特点有双峰，单谷，基本上就是工业用电高峰和家庭用电高峰的组合。用电侧复费率计量是电力系统实施了的技术和规范，电表都是复费率的，按峰谷平不同时段分别计量和计费。削峰平谷本质就是谷存电峰发电，峰谷平参数需要根据当地电网规定确定，为发挥电池效能，最好是在夜晚谷时段充进电池的能量，正好满足其他时段发电量，由于充电时不知道发电将实际需要多少，需要各种优化算法，逼近供需平衡，才能是电池抗用，省下的电费客观，在两者中优化平衡。

一个实施例中，根据预设基站树结构的层级关系，在需要接入电网时所述功能单元包括：电网适配器和交流配电单元；

所述电网适配器为双向ACDC交直流电能转换器，所述电网适配器的工作模式包括并网模式和孤岛模式，其中，并网模式下电网适配器运行方式包括整流方式和逆变方式，通过调整并网模式下的功率因数调节无功，所述电网适配器的功率拓扑结构包括单级拓扑结构，准单级拓扑结构，两级拓扑结构或多级拓扑结构；

所述交流配电单元用于接入电网为主基站内交流设备供电并对主基站内交流设备进行分路计量，所述主基站内交流设备包括：空调设备和照明设备。

具体实施时，根据预设基站树结构的层级关系，对于主基站需要接入电网时，功能单元配置电网适配器和交流配电单元。当主基站用电规模数据小于第一设定值时电网接入单相电；当主基站用电规模数据大于第二设定值时电网接入三相电。其中，用电规模数据包括：用电功率和用电储能；当主基站用电规模数据小于第一设定值时电网接入单相电，包括：当主基站用电功率小于5kW且用电储能小于50kWh时电网接入单相电；当主基站用电规模数据大于第二设定值时电网接入三相电，包括：当主基站用电功率大于15kW且用电储能大于150kWh时电网接入三相电。具体的，当主基站用电功率小于5kW且用电储能小于50kWh时时，电网应接入单相AC220V；用电功率在5kW-15kW之间且用电储能在50kWh-150kWh之间，根据现场情况决定使用单相电或者三相电；用电功率15kW以上且用电储能150kWh以上时应接入三相AC380V；用电功率100kW以上时，应电力增容，使用三相AC380V或更高电压等级。

一个实施例中，根据预设基站树结构的层级关系，在需要进行远传供电时所述功能单元包括：母线适配器，所述母线适配器为双向DCDC直流电能变换器，所述母线适配器的工作模式包括：远传供电模式和远传受电模式，其中，在远传供电模式下主基站的母线适配器将DC48V母排电压变换为远传供电的DC380V母线电压，在远传受电模式下子基站的母线适配器将DC380V母线电压变换为DC48V母排电压。

一个实施例中，根据预设基站树结构的层级关系，在需要接入新能源发电时所述功能单元包括：光伏控制器和风电控制器，用于向母排进行光伏、风电发电，并根据监控器下发的决策控制指令分别独立闭环控制最大功率点跟踪和最小弃电保护，通过总线接入信息网络进行远传信息和决策管理，所述决策控制指令为弃电管理指令。

具体实施时，扩展光伏、风电等新能源接入，可有效节电，符合分布式新能源发电、节能减排、低碳环保。

一个实施例中，根据预设基站树结构的层级关系，在需要接入备用发电机组时所述功能单元包括：发电控制器，用于利用备用发电机组向母排发电。

一个实施例中，所述远程管理主机为铁塔数据中心或储能数据中心，与铁塔公司的数据接口包括：储能数据中心与铁塔数据中心之间的交互，监控器接入网络并通过信道接口和协议给铁塔数据中心提供交互服务，或监控器通过通信接口与铁塔公司嵌入式通信网关实施数据通信。

一个实施例中，所述功能单元包括：连接至母排的直流配电单元，用于为主基站内直流设备和社会杆供电并对主基站内直流设备和社会杆进行分路计量，所述主基站内直流设备包括：通信有线设备，通信无线设备，仪表，工具，安防设备，所述社会杆包括：照明路灯，视频监控器，交流充电桩，交通指示灯，信息发布板，广告箱，广告牌、广播喇叭。

具体实施时，交流设备、直流设备、母线适配器、光伏及光伏控制器、风电及风电控制器、油机及发电控制器具有相同的定义和接口标准。此外，铁塔基站新能源储能远传电源系统可以如图2所示，用方框表示的功能单元，支持多个或多组并联，模块化设计且按需定容，包括但不限于：交流配电单元、直流配电单元、电网适配器、电池适配器、储能电池、电池管理系统BMS、母线适配器、光伏控制器和风电控制器。

具体实施时，母排为DC48V，可兼容原基站整流模块和基站通讯设备，利于有效利用和整合铁塔原有设备资产，保持较优化的设计参数与指标，较高的能量变换效率。

一个实施例中，当监控器接入铁塔公司数据中心时，按照约定接口和协议实施连接。当不能接入铁塔数据中心又需要远程管理时，需要设计安装运行铁塔基站电源系统云管理平台，即储能数据中心。云管理平台的主要功能包括准确统计现有局（站）能耗数据，监控站点能耗情况，找出并分析能耗异常变化的站点；测试、评估基站采用的各种节能措施的实际节能效果；根据标杆站点采集的数据，建立模型，通过分析得到不同条件下最优的节能措施和方法；对超出同类型基站用电标杆电量的基站及时发出预警信息，每月通过能耗管理系统统计出实际用电量和报销用电量的差值，输出预警信息；完成基站用电量的查询、统计、分析和分摊结算，为铁塔公司合同能源管理方案的实施提供结算依据。

远程管理系统由基站控制器、数据中心、管理和用户客户端（BS）、手机App（NET）组成，将所有基站电源联网管理；告警时通过App直接将报警信息发送给维护人员，同时通过手机模块上网传输到监控中心，实现双通道告警，摒弃中间环节，减少人工成本；组网方式灵活，信息传输没有距离限制，无分系统和子系统数量的限制，可组成多个分中心和子系统，以利于维护工作，提高故障处理的效率。

云管理平台的主要功能包括：1、自动收集：按照预定规则自动收集各基站、机房数据和信息，存储和上报数据中心；2、自动计量：系统将采集上来的数据根据基站的类型，按照能量类型的划分进行统计、分析和评估；3、数据统计：可按地域、能耗类型、基站类型统计，提供日、周、月、年统计等多种时段数据的统计方式；4、数据分析：提供同比、环比、排名等方法，可实现对能耗、数据、状态提供日、周、月、年的数据分析；5、数据评估：建立基站能耗密度标准值、评分等级标准、设备运行状态评分标准等进而提供比较评估结论；6、参数预警：对基站存在的故障进行预警，如设备运行效率过低、突发性改变、持续性损耗现象等；7、用电管理：可预测基站能耗未来一周、一月、一年内的能耗趋势，并提供曲线、棒图等图形表现方式。

云管理平台的优化设计具有如下特征：1、实用性：基站地理位置分散，采用EtherNet、GPRS确保网络正常运行；2、实时性：采用最新技术实现多线程远程并发通信，实时监视和调度；3、可扩充：可进行系统或模块的无限扩展，便于长期可升级和可维护；4、易维护：可远程参数设置、控制、终端复位、软件升级等；5、操作简易：功能完善、模块化、图形化设计、中英文帮助、操作简单方便；6、高性价比：专为基站储能电源量身定制，充分考虑到基站用电信息各个环节的业务需求。

本发明实施例能够解决电池组并联使用中非受控放电问题，保障锂离子电池使用安全性；解决基站电源备电时间不能保障充足的问题；解决不同种类电池组并联工作时的不均流和环流问题；解决新旧电池混用时超负荷充放电问题影响电池组寿命的问题，从而实现电池长寿命、高效能、安全运行；实现数字化、智能化能源管理；实现削峰填谷，净化电网，电费套利；实现新能源发电补电。实现直流远传供电。

下面给出一个具体实施例，说明本发明实施例中铁塔基站新能源储能远传电源系统的具体应用。在本具体实施例中为最大配置模式，各不同基站根据功率和能量规模，以及地理位置和功能要求的特点，丰俭由需而确定各种功能模块的有无和数量配比。

假设4G时代所有4G基站都已经在全国范围内按需覆盖全部或大部分完成部署；4G基站可视直线传输距离1km，5G基站可视直线传输距离330m；4G基站按最大密度且按蜂窝状分布，4G基站相互间隔1km；假设把所有的原4G基站都改造成5G宏基站；在宏基站之间新增5G微小基站按最大密度且按蜂窝状部署，小基站相互间隔330m（2.5-4.9GHz）；每个宏基站需要新增6个配套的微小基站，包括参考Micro、Pico、Femto Site；假设宏基站和微小基站功耗都可以预计和估计；宏基站只从4G宏基站改造而来，不另行集中管理其他宏基站，不用电力变压器增容（针对首期工程）；假设机柜和结构成本已经分摊在各分列项目中；假设电网每天负荷峰值、谷值和平值各时段可以有限度的不连续；

根据基站功率和储能规模选择供电电源输入来源：根基站接入A交流电网，功率5kW以下、储能50kWh以下时，考虑采用单相220V交流供电；功率15kW以上、150kWh以上时，考虑采用三相380V交流供电；其他情况根据现场具体情况接入单相220V或三相380V交流电。电网适配器采用ACDC双向变换器，从电网取电时工作在单位功率因数整流器模式，向电网放电时工作在负单位功率因数的高频链并网有源逆变的周波变换器模式，控制目标是DC48V母排电压，交流侧并网指标是正弦波有源逆变，正或负单位功率因数，或者按调度指令预设功率因数，低谐波注入THD。也可以采用整流器加逆变器代替双向ACDC变换器，在确定没有分布式新能源发电接入或者有接入但发电量加电池放电不足以导致需要向电网逆变发电时，可以只使用整流器。控制目标和并网指标的要求是相同的。变换器拓扑按功率规模可以选择单级、准单级、两级、多级拓扑结构。

交流供电根据功率规模选配电网适配器，交流侧为选定的交流电网单相AC220V或三相AC380V，直流侧为母排DC48V，双向ACDC变换器，或者ACDC整流器加DCAC逆变器，或者仅ACDC整流器，由电力需求分析确定，原则上需要并网逆变发电时需要双向变换器或者逆变器。变换器采用双环或三环控制，最外环为DC48V母排电压控制，次外环为并网电流环控制。

非根基站考虑D母线直流远传受电，标称直流DC380V，母线适配器采用DCDC变换器，控制目标也是DC48V母排，高压差适合采用具有变压器的双向DCDC拓扑，根据功率规模可以选择双向反激、推挽、半桥、全桥及其组合结构。各变换器之间实施并联均流算法控制，适配功率规模。直流远传受电采用母线适配器，采取双向DCDC变换器，当采用多个变换器并联工作时也需要实施并联均流算法控制。配置电池组容量。按照基站一次下电设备备电3小时，二次下电设备备电10小时，估算备电电池容量，按照一般的电网峰谷平设置，取峰和平时段用电量之和，在谷时段全部充进电池组，适当考虑能量转换效率，估算储电电池容量，按当地光伏和风电的地理和季节特点，以及配置的新能源分布式发电装置的发电量，预算发电电量，按照同样原理计算远传供电电量，将上述备电、储电、发电、供电电量取和并预留运行系数，配置为所需的电池组电量。电池组可以是铁塔基站在服役的铅酸电池，可以是新采购的磷酸铁锂、三元、锰酸锂或者其他类型的锂离子电池，可以是从动力电池退役下来的梯次电池，可以是标称48V的通信用电池组，也可以是其他电压等级的电池组或电池包。

根据配置的电池组类别和规格，选择匹配的电池组管理系统BMS，BMS的储能用功能主要包括电池单体和组电压、单体极柱或壳体或电池组壳体预定位置的温度点采样，具有荷电状态SOC均衡功能实现电池组长期运行免维护，可以采用专门设计的储能用BMS，或者通过协议转换连接其他类型的BMS，能够调取电压和温度数据。根据选定的电池组，配置适合的电池适配器，为双向DCDC变换器结构，有充电和放电两种工作模式，当充电时，根据电池类型执行充电工艺，控制目标是电池的充放电电流，限制条件有单体电压、组电压、电池温度和SOC等；作为储能电源工作各电池组统一放电时，总体控制目标是母排电压48V，电池组分项控制目标是电池组放电电流，限制条件同样是单体电压、组电压和电池温度。单独的电池组维护性测试时，单个电池组独立充放电，控制电池组的充放电电流或电压。

母排直流负载载荷由直流配电单元分路和分别精细计量，用于不同通信运营商的电费结算与附加费用共同分担的依据，目前运营商包括移动、联通、电信和广电，可从母排或母线扩展支持社会功能杆的供电需求，比如照明路灯、视频监控器、交流充电桩、交通指示灯、信息板、广告牌、广播大喇叭等。这些扩展供电也需要精细计量，用于公益结算。交流负载由交流配电单元分路和计量，主要包括照明和空调等，若考虑电力掉电时维护动力环境的需要，可以考虑选用直流供电的设备或者加装母排到设备之间的逆变器。

总体基站电源系统由监控器负责信息采集和实施各种智能控制，测控的对象包括组成基站电源系统的各种功能模块，比如交流配电单元、直流配电单元、电网适配器、电池适配器、BMS、母线适配器等，监控器通过现场总线连接它们，采集数据工况信息，下发决策和控制指令，统一调度，并将必要的数据和信息上报储能管理系统或者铁塔综合运营系统，并接受上级指令和决策信息。

当需要引入光伏、风电、以及其他分布式发电的，通过配置相匹配的光伏控制器、风电控制器、发电控制器，完成这些发电系统与直流48V母排之间的功率流和能量流连接，通过现场总线接入监控器完成信息采集和指令下达。这些控制器被设计成系列化产品，用以匹配不同的发电装置的规格和型号。支持各种最优化算法，最大功率点跟踪技术，最小弃电，更安全可靠，无人值守，数字化测控，智慧能源管理。

原则上，基站电源系统可灵活组态，丰俭自由设定。需要引入电网的，需要经直流母线供电或用电的，如果由母线供电或者需要经母线给其他基站供电的，则需要母线适配器；经母线用电的，如各种小基站、不带储能和电网供电的宏基站、室外抱杆无线单元、社会杆等；经母线远传供电的，如中心局站、枢纽站，接入电网需要远传供电的宏基站；既经母线用电也经母线远传供电的，如经母线供电的宏基站，需要远传供电小基站，通常通过母线适配器将供电与用电母线隔离开，提高可靠性；母线通常支持能量双向流动，也就是支持新能源发电，以及多路供电。

关于基础建设方面，对于新设基站的，只需要在电缆敷设中增加合理的电源远传母线电缆；对于旧站改造的，可以沿着有线电缆线槽增设母线电缆，尽量减免基础建设工程；对于确实没有线槽可用的，考虑挖沟埋线。系统需要兼容多种接口。能耗监测模块的物理协议多用RS485，电网适配器的整流器模块并联和通信接口多为RS485，新能控制器、电池适配器、母线适配器等可能使用RS485或者是CAN，BMS可能使用RS485接口，梯级电池附带的BMS可能用CAN或者RS485，监控器远传可能使用Ether Net或者GPRS模块。系统需要兼容多种协议。能耗监测模块、电能表通常使用兼容DLT645电能表协议，或者是Modbus；新能控制器、电池适配器、母线适配器等可能兼容铁塔电池共用管理器协议；开关监测、一二次上下电接触器、本地人机接口HMI由监控器控制；远程协议可以是Ether Net或者GPRS；监控器支持铁塔协议信道。系统需要兼容多种数据结构和体系。支持各种单元或模块数据与工况信息，监控器备份有关电网适配器、电池适配器、发电控制器的各种主要和关键数据与日志记录。

各功能模块实现各自的动力环路控制。电网适配器整流器模块间自主并联运行，稳压和限流控制等；电池适配器根据当地峰谷平设定实现削峰填谷算法，模块间自主并联运行，接收BMS信息并保护电池；对通信备电和传输备电给予合理估算和预留；母线适配器稳定输出电压控制，动态调整能量方向，稳定闭环控制；新能源发电控制器完成新能源与母排之间的电能变换，并实现最大功率跟踪技术MPPT，实现弃电保护；监控器计量能耗、记录工作状态、基于全局优化部署、配置各功能单元；基于均衡能量效率、可靠性等调整整流器工作数量和具体工作批组，甚至包括稳压值配置、均流模式等；基于能量效率和可靠性优化调整电池和电池变换器的工作模式、数量、批组、负荷等；实现削峰填谷算法的最外环路控制，即指挥电池适配器和电网适配器之间的协调工作；指挥电池适配器受控充电和受控放电。

铁塔基站电源系统实现的主要功能。包括备电管理，比如3h一次备电，10h二次备电；8h谷时段充电、储电、削峰填谷管理；新能源发电管理；母线供电管理；监控器实现采集、监测、监控、警示、故障保护整个电源系统各种工况；动环监控、干接点监控、无线传输监控；功能故障安全设计；失败安全设计；安全设计；空中升级、在系统升级；自检、自测试等。

下面介绍云管理平台的人机界面设计：

1、登陆管理：系统管理员对各级操作人员分配用户名和密码，以限制不同人员的操作范围和权限，经系统确认后方可允许进入系统。

2、基站管理：基站基础信息：名称，分类、地域，建设时间，空调，机房结构（砖混、钢混、板房），产权属性（自建、租用、共用），机房位置（地面、楼内、楼顶），机房面积，外墙数量等信息。机房、基站电费信息：可以按照不同机房/基站设置电费单价，自动计算电费。

3、采集设置：可为基站、机房设置采集数据信息的配置，如定时、数据变化、警报、故障等触发条件；设备管理：对基站电源内各种参数、工作模式、算法配置进行管理，一个基站可能有几套基站电源系统，每个基站电源系统可能包括：若干或没有电网适配器即整流模块；若干或没有电池适配器、电池组、BMS；若干或没有光伏控制器、风电控制器、发电控制器；一组或没有交流配电单元；一组直流配电单元；一套监控器及采集和执行单元；一套母排；一套供电母线；一套用电母线。

4、地理地图：结合 GIS 地图，基站地理位置清晰标注。

5、数据查询：可按省，市，地区，站点分级显示，方便查找；可输入站名快速查找站点；可从GIS地理位置快速查找站点；可显示站点当前在各个时间间隔的的电量、电费、削峰填谷数据；可设置历史数据起始时间段，快速查找各个基站历史数据，可随时导出excel。

6、用电结算：按预定制度发起报账流程，自动生成流水号，按照日历时间表程序，避免了多报、漏报、错开报的情况。流水号与每次报账记录相对应，审核人员可以按流水号查找报账记录。也包括结算削峰填谷的经济效益。

7、能耗分析：提供同一区域内基站能耗对比、同种类型基站能耗对比，同个基站不同时间段能耗对比，分析时段可提供时分析、天分析、周分析、月分析、年分析以及任意指定时间段内的数据分析，并提供多种表现方式；汇总和统计分项能耗。

8、运行分析：运行、状态、预警、报警、故障、及故障处理的汇总与分析。

9、日志记录：增加、删除、修改各级基站管理人员和电费结算人员操作、访问权限；自动记录所有重要操作，包括操作人、基站、设备、日期、时间和内容等，有查询、统计功能；记录所有的停电及用电异常故障告警，且不可擦除；记录对电量管理系统的详细操作记录，包括增加、删除权限、修改口令、登录、退出记录等。

在本具体实施例中，包括用电部分、储能部分、供电部分和发电部分。在用电部分，当有交流用电设备时，由交流配电单元供电；交流设备如空调、风扇、照明等；当有直流用电设备时，由DC48V母排经直流配电单元供电，直流设备如辅助电源、照明、探头、电信无线设备、有线设备、计量仪表、动环监测设备等；当有远传用电输出时，由DC48V经母线适配器转换为DC380V母线远传供电。在储能部分，当有储能电池组时，由DC48V母排经电池变换器给电池组充电。由DC48V母排经电池变换器给电池组放电。有监控器指挥电池适配器对电池组按照削峰平谷策略执行充电和放电。在供电部分，当交流电供电时，电网适配器负责输出和稳定DC48V母排电压，交流设备由交流配电单元供电，直流设备由母排经直流配电单元供电。当有直流母线供电时，DC380V直流母线经母线适配器给DC48V母排供电。当有储能电池组时，电池组经电池适配器给DC48V母排供电。在发电部分，当有新能源分布式发电接入时，当有光伏发电接入时太阳能电池板经过光电控制器向DC48V母排发电，光电控制器根据母排电压或监控器指令决定是否弃电。风电、热电机组等同理。

在本具体实施例中，当包含中心局站、枢纽站、根基站、远传供电主站时，中心局用电100kW，远传供电6个4单位20kW宏基站，合计功耗220kW；3h无线备电660kWh，10h传输备电2kWh，10h削峰填谷2200kWh，合计2862kWh；整流器功率440kW，电池适配器功率220kW。接入三相380V电网250kW，250kW交流配电单元，1P空调，电网适配器采用440kW整流器，3MWh储能电池组， 48V磷酸铁锂电池组需要60kAh，假如选用48V200Ah通信基站用电池组需要300组，300台储能BMS，300台48V30A电池适配器，母线控制器120kW，100kW直流配电单元。可以增设光伏、风电、发电机组控制器。

在本具体实施例中，当包含带直流受电和远传的宏基站、远传受电站、远传供电站时，用电包括远传受电4单位合计20kW，其中远传供电5kW，远传受电20kW，总线供电适配器5kW，受电适配器20kW，直流配电单元15kW。考虑光伏、风电、发电机组接入需要增设相应的控制器。未涉及的部分包括交流配电单元、电网适配器、电池组、BMS、电池适配器。

在本具体实施例中，当包含独立接入电网的孤立宏基站、单独站、偏远的信源站时，用电包括交流接入20kW，远传供电5kW，供电母线适配器5kW，接入电网三相380V25kW，交流配电单元22kW，直流配电单元15kW。电池组260kWh，48V5400Ah。考虑光伏、风电、发电机组接入需要增设相应的控制器。

在本具体实施例中，当包含小基站、微基站、信源站、端基站、叶基站时，用电功率200W，只需要200W的母线适配器将直流远传母线DC380V变换为DC48V给基站设备供电，根据需要可以配置光伏和、或风机发电，也可以增加社会功能杆供电。

综上所述，本发明实施例提供的铁塔基站新能源储能远传电源系统包括多个铁塔基站电源，每个铁塔基站电源包含监控器以及根据预设基站树结构配置的功能单元；每个铁塔基站电源的监控器采集所述功能单元的数据工况信息，通过以太网或GSM/GPRS接入物联网和互联网，与远程管理主机连接并上报所述数据工况信息，接收远程管理主机发送的指令决策信息，根据所述指令决策信息向功能单元发送决策控制指令进行统一调度管理。本发明实施例根据预设基站树结构配置功能单元，并通过每个铁塔基站电源的监控器采集功能单元的数据工况信息，通过以太网或GSM/GPRS接入物联网和互联网，与远程管理主机连接并上报数据工况信息，接收远程管理主机发送的指令决策信息，根据指令决策信息向功能单元发送决策控制指令进行统一调度管理，从而实现数字化、智能化能源管理。

以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。