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[摘 要]目前，国内许多偏远地区的通讯基站会出现市电无法供电或供电不稳定的情况。风能、太阳能作为可再生的清洁能源，利用两者的互补特性建立风光互补发电系统，可有效地解决通讯基站供电问题，并达到节能减排的目的。 本文分析了风光互补发电系统的设计方法，并以具体的应用实例有效地证明了风光互补发电系统在通讯基站上得到了良好的应用。
[关键词]通讯基站 风光互补发电 节能减排
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0000-02
1、前言
电源是通讯网络建设中不可或缺的部分，改变通讯基站现有供电模式，达到节能减排目的，已成为一个不可忽视的重要问题。据调查，目前国内通讯基站的数目早已超过60万个，仅基站的年耗电量就已超过80亿KW·h。如果考虑配套的空调、电源和传输等设备，耗电量还将大幅增长。风能、太阳能作为可再生的清洁能源，在通讯基站上建立风光互补发电系统，不仅可以保证整体系统运行的稳定性，而且也大幅降低了能耗，实现了通讯基站节能减排的目标。
2、通讯基站现有供电模式
现有通讯基站的供电模式主要以市电为主，蓄电池组作为备用电源，还有一些旧基站另外配有柴油机发电机组，如图1所示。
图1 通讯基站现有供电模式
通讯基站里主要的用电设备包括机房空调、通讯设备、开关电源以及照明设备等。其中空调和通讯设备占整体能耗的一半以上，因此从源头上进行节能是最直接、最有效降低能耗的方式。以通讯设备负载为1500W的基站为例（如果配上3HP的空调，以每年4-11月每天按50%运行时间，工业用电费用1元/kw·h来计算），一年的用电量及费用为：
用电量：1.5×24×365+3×0.75×24×210×50%=18810kw·h
费用：18810kw·h×1元/kw·h=18810元
在通讯基站建立风光互补发电系统设备，如按节能40%-60%计算，则一年可节省的电费大约在7524-11286元。
3、风光互补发电系统设计
3.1 系统组成
风光互补发电系统主要由太阳能电池组、小型风力发电机组、太阳能控制器、风能控制器、系统控制器、蓄电池组等几大部件组成，对于交流负载，还需要配置相应的逆变器，如图2所示。
图2 离网型风光互补发电系统图
整套发电系统可应用于带有市电的基站，也可在一些偏远地区没有市电或市电供电不稳定的基站使用。
3.2 系统设计原则
风光互补发电系统的设计必须具备3个基本条件：
（1）当地风能资源状况和太阳能辐射强度的资源状况，如日照强度、气温、风速等基本资源数据；
（2）用电设备的配置、功率、供电电压范围、负载特征、是否连续供电等；
（3）风力发电机和太阳能组件的功率特性。
风光互补发电系统的设计分为系统设计和硬件设计两部分，系统设计内容主要包括如下几方面：
（1）负载的特性、功率和用电量的计算；
（2）太阳能、风力发电机日平均发电量计算；
（3）蓄电池容量计算；
（4）风力发电机、太阳能电池组件、蓄电池之间相互匹配的优化设计。
系统硬件设计内容包括如下几方面：
（1）太阳能电池组件、风力发电机、控制器、逆变器和蓄电池的选型；
（2）太阳能电池方阵设计、风力发电机组安装基础设计、支架结构设计、安装工程设计、供配电等附属设备的选型和设计；
（3）控制、監控系统的硬软件及系统设计。
3.3 系统设计步骤
（1）根据用电设备配置确定日平均用电量；
（2）根据资源状况、无有效风速及连续阴天的长短、，每天必用的最低电量，确定蓄电池的用量及型号；
（3）根据日平均用电量、逆变器和蓄电池的效率等测算日平均发电量；
（4）根据风能和太阳能资源状况、系统可靠性要求及投资限额，确定风力发电机和太阳能的比例关系。风力发电机和太阳能电池配置容量比例推荐为3：7-7：3；
（5）根据所需风能发电量及太阳能光伏发电量和资源情况，进行风力发电机选型、太阳能电池方阵选型设计。
4、通讯基站风光互补发电具体应用实例
此通讯基站位于青海省海南州共和县地区，属于室外移动微基站，设备负载功率600W，24小时连续工作，直流48V电压输出。当地风光资源条件情况如表1所示：
（1）确定太阳能、风能、蓄电池组容量；
根据负载设备的用电量及当地风光资源情况，同时保证系统在无风无光的情况下蓄电池能持续供电2天，太阳能电池组的功率与风能发电机组功率按5：5进行匹配设计：
太阳能电池组的日平均发电量：
风力发电机组的日平均发电量：
蓄电池组容量Q：
蓄电池组的电压值需和负载电压匹配，确定为48V。容量的配置需设计成每次的用电量不超过总容量的50%，以达到蓄电池最长寿命要求，因此蓄电池组的容量为：
Q=600242/48/0.5=1200Ah
太阳能电池系统配置：
峰值日照小时数=日辐射量/3.6，其中3.6为将辐射量换算成峰值日照小时数的换算系数。得出峰值日照小时为4.66。按照当地平均日照峰值时间4.66小时计算，同时考虑充放电损耗以及太阳能转换效率，太阳能功率容量：
Ppv=（7200/4.66）/0.6=2575Wp
考虑到取整，因此配置太阳能电池组件的功率为2600W。 风能电源系统配置：
风机日发电量=风机功率风机效率有效风速时间0.8
风机功率—取1000W；风机效率—一般取0.2—0.4；有效风速时间—日平均风速3的时间大概在8h左右。0.8—安全系数
风机日发电量=10000.480.8=2.56KWH
因此需配置3台1KW风力发电机。
综上所述，负载设备的风光互补配置为48V/1200Ah蓄电池，2600W太阳能电池板以及3000W风力发电机。
（2）风光互补控制系统；
风光互补控制系统主要由风能控制器、MPPT太阳能控制器以及远程监控系统组成，是风光互补发电系统中最重要的部件，其性能影响到整个系统的寿命和运行稳定性，特别是蓄电池的使用寿命。控制系统对太阳能电池组和风力发电机组所产生的电能进行调节和控制，一方面把经调整的电能送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的电能按蓄电池的特性曲线对蓄电池进行充电，当风光互补发电系统所发的电不能满足负载需求时，控制器又把蓄电池的电能送往负载，同时对蓄电池做到过充、过放的保护。另外，控制系统的监控单元可实时获得风光互补发电系统的运行数据（如日发电量、当前系统输出功率等）并监控各种告警信号，为系统设备的维护和管理提供基础数据。此控制系统的框图如图3所示。
图3 风光互补控制系统框图
（3）风光互补发电系统运行情况
该系统于2012年10月初正式投入使用，到目前为止，整体发电系统运行良好，并无出现供电故障问题，其终端也很好地监测了发电系统的运行情况，保证了基站通讯设备的稳定运行。由于该基站地处偏远，使用风光互补发电系统有效地解决了基站供电困难的问题，同时也达到了通讯基站節能减排的目标。可见，风光互补发电系统在通讯基站上具有广泛的应用前景。
5、结束语
随着移动网络的飞速发展，未来通讯基站的数量也将不断增加，以扩大通讯信号的覆盖面。但对于运营商而言，通讯基站的能耗则成为了巨大的负担。风光互补发电系统在通讯基站上已得到了很好地应用和发展，它能在保证系统稳定运行地情况下有效地降低系统能耗。随着未来新能源技术的不断更新发展，新能源系统在通讯基站上的应用也会变得更加普遍。
参考文献
[1] 周志敏，纪爱华.离网风光互补发电技术及工程应用[M].北京：人民邮电出版社，2011，7.
[2] 肖玉华.离网型风光互补发电系统的设计与研究，2010，4.
[3] 杨晓宇，通信基站太阳能供电系统设计.北京：电力系统通信.2007，10：47-50.
[4] 康洪波，陈忠海，郭强.通信基站风光互补发电系统的设计与研究，2010，3.
[关键词]通讯基站 风光互补发电 节能减排
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0000-02
1、前言
电源是通讯网络建设中不可或缺的部分，改变通讯基站现有供电模式，达到节能减排目的，已成为一个不可忽视的重要问题。据调查，目前国内通讯基站的数目早已超过60万个，仅基站的年耗电量就已超过80亿KW·h。如果考虑配套的空调、电源和传输等设备，耗电量还将大幅增长。风能、太阳能作为可再生的清洁能源，在通讯基站上建立风光互补发电系统，不仅可以保证整体系统运行的稳定性，而且也大幅降低了能耗，实现了通讯基站节能减排的目标。
2、通讯基站现有供电模式
现有通讯基站的供电模式主要以市电为主，蓄电池组作为备用电源，还有一些旧基站另外配有柴油机发电机组，如图1所示。
图1 通讯基站现有供电模式
通讯基站里主要的用电设备包括机房空调、通讯设备、开关电源以及照明设备等。其中空调和通讯设备占整体能耗的一半以上，因此从源头上进行节能是最直接、最有效降低能耗的方式。以通讯设备负载为1500W的基站为例（如果配上3HP的空调，以每年4-11月每天按50%运行时间，工业用电费用1元/kw·h来计算），一年的用电量及费用为：
用电量：1.5×24×365+3×0.75×24×210×50%=18810kw·h
费用：18810kw·h×1元/kw·h=18810元
在通讯基站建立风光互补发电系统设备，如按节能40%-60%计算，则一年可节省的电费大约在7524-11286元。
3、风光互补发电系统设计
3.1 系统组成
风光互补发电系统主要由太阳能电池组、小型风力发电机组、太阳能控制器、风能控制器、系统控制器、蓄电池组等几大部件组成，对于交流负载，还需要配置相应的逆变器，如图2所示。
图2 离网型风光互补发电系统图
整套发电系统可应用于带有市电的基站，也可在一些偏远地区没有市电或市电供电不稳定的基站使用。
3.2 系统设计原则
风光互补发电系统的设计必须具备3个基本条件：
（1）当地风能资源状况和太阳能辐射强度的资源状况，如日照强度、气温、风速等基本资源数据；
（2）用电设备的配置、功率、供电电压范围、负载特征、是否连续供电等；
（3）风力发电机和太阳能组件的功率特性。
风光互补发电系统的设计分为系统设计和硬件设计两部分，系统设计内容主要包括如下几方面：
（1）负载的特性、功率和用电量的计算；
（2）太阳能、风力发电机日平均发电量计算；
（3）蓄电池容量计算；
（4）风力发电机、太阳能电池组件、蓄电池之间相互匹配的优化设计。
系统硬件设计内容包括如下几方面：
（1）太阳能电池组件、风力发电机、控制器、逆变器和蓄电池的选型；
（2）太阳能电池方阵设计、风力发电机组安装基础设计、支架结构设计、安装工程设计、供配电等附属设备的选型和设计；
（3）控制、監控系统的硬软件及系统设计。
3.3 系统设计步骤
（1）根据用电设备配置确定日平均用电量；
（2）根据资源状况、无有效风速及连续阴天的长短、，每天必用的最低电量，确定蓄电池的用量及型号；
（3）根据日平均用电量、逆变器和蓄电池的效率等测算日平均发电量；
（4）根据风能和太阳能资源状况、系统可靠性要求及投资限额，确定风力发电机和太阳能的比例关系。风力发电机和太阳能电池配置容量比例推荐为3：7-7：3；
（5）根据所需风能发电量及太阳能光伏发电量和资源情况，进行风力发电机选型、太阳能电池方阵选型设计。
4、通讯基站风光互补发电具体应用实例
此通讯基站位于青海省海南州共和县地区，属于室外移动微基站，设备负载功率600W，24小时连续工作，直流48V电压输出。当地风光资源条件情况如表1所示：
（1）确定太阳能、风能、蓄电池组容量；
根据负载设备的用电量及当地风光资源情况，同时保证系统在无风无光的情况下蓄电池能持续供电2天，太阳能电池组的功率与风能发电机组功率按5：5进行匹配设计：
太阳能电池组的日平均发电量：
风力发电机组的日平均发电量：
蓄电池组容量Q：
蓄电池组的电压值需和负载电压匹配，确定为48V。容量的配置需设计成每次的用电量不超过总容量的50%，以达到蓄电池最长寿命要求，因此蓄电池组的容量为：
Q=600242/48/0.5=1200Ah
太阳能电池系统配置：
峰值日照小时数=日辐射量/3.6，其中3.6为将辐射量换算成峰值日照小时数的换算系数。得出峰值日照小时为4.66。按照当地平均日照峰值时间4.66小时计算，同时考虑充放电损耗以及太阳能转换效率，太阳能功率容量：
Ppv=（7200/4.66）/0.6=2575Wp
考虑到取整，因此配置太阳能电池组件的功率为2600W。 风能电源系统配置：
风机日发电量=风机功率风机效率有效风速时间0.8
风机功率—取1000W；风机效率—一般取0.2—0.4；有效风速时间—日平均风速3的时间大概在8h左右。0.8—安全系数
风机日发电量=10000.480.8=2.56KWH
因此需配置3台1KW风力发电机。
综上所述，负载设备的风光互补配置为48V/1200Ah蓄电池，2600W太阳能电池板以及3000W风力发电机。
（2）风光互补控制系统；
风光互补控制系统主要由风能控制器、MPPT太阳能控制器以及远程监控系统组成，是风光互补发电系统中最重要的部件，其性能影响到整个系统的寿命和运行稳定性，特别是蓄电池的使用寿命。控制系统对太阳能电池组和风力发电机组所产生的电能进行调节和控制，一方面把经调整的电能送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的电能按蓄电池的特性曲线对蓄电池进行充电，当风光互补发电系统所发的电不能满足负载需求时，控制器又把蓄电池的电能送往负载，同时对蓄电池做到过充、过放的保护。另外，控制系统的监控单元可实时获得风光互补发电系统的运行数据（如日发电量、当前系统输出功率等）并监控各种告警信号，为系统设备的维护和管理提供基础数据。此控制系统的框图如图3所示。
图3 风光互补控制系统框图
（3）风光互补发电系统运行情况
该系统于2012年10月初正式投入使用，到目前为止，整体发电系统运行良好，并无出现供电故障问题，其终端也很好地监测了发电系统的运行情况，保证了基站通讯设备的稳定运行。由于该基站地处偏远，使用风光互补发电系统有效地解决了基站供电困难的问题，同时也达到了通讯基站節能减排的目标。可见，风光互补发电系统在通讯基站上具有广泛的应用前景。
5、结束语
随着移动网络的飞速发展，未来通讯基站的数量也将不断增加，以扩大通讯信号的覆盖面。但对于运营商而言，通讯基站的能耗则成为了巨大的负担。风光互补发电系统在通讯基站上已得到了很好地应用和发展，它能在保证系统稳定运行地情况下有效地降低系统能耗。随着未来新能源技术的不断更新发展，新能源系统在通讯基站上的应用也会变得更加普遍。
参考文献
[1] 周志敏，纪爱华.离网风光互补发电技术及工程应用[M].北京：人民邮电出版社，2011，7.
[2] 肖玉华.离网型风光互补发电系统的设计与研究，2010，4.
[3] 杨晓宇，通信基站太阳能供电系统设计.北京：电力系统通信.2007，10：47-50.
[4] 康洪波，陈忠海，郭强.通信基站风光互补发电系统的设计与研究，2010，3.