摘 要：本文分析了光伏系统在解决通信基站供电难题和节能建设等方面的应用，讨论了光伏系统存在的主要问题，分析了能量控制策略的现状和蓄电池分组控制策略，给出了分组原则，研究了控制电路的结构和原理。实践证明，分组充放电对于提高供电可靠性，延长蓄电池寿命有一定的现实意义。

关键词：太阳能 光伏系统  分组策略

Application and control of photovoltaic system in communication field

Xu Peijun

（China Mobile Design Institute Shanghai branch   shanghai200060）

Abstract: This article analyzes the application of photovoltaic system to solve the problem of communication base station power supply and energy saving construction, discusses the main problems of photovoltaic system at present, analyzes the status quo of energy control strategy and a battery group control strategy, given the grouping principle, the structure and principle of the control circuit. Practice has proved that grouping charging and discharging has certain practical significance for improving the reliability of power supply and prolonging the storage battery life.

Keywords: solar photovoltaic system grouping strategy

1. 引言

近年来随着环境污染的不断加剧，环保意识的不断提高，人们对能源和环境问题日益关注，新能源的开发和应用取得了飞速的发展，其中以太阳能的应用最为广泛。太阳能发电在解决郊县、边远地区基站供电难题中发挥了很大的作用，尤其是在集团公司提出绿色行动计划的要求以后，太阳能同样在节能建设中发挥了重要作用，通信领域主要以光伏供电系统为主，主要为通信基站电源。

通过对光伏系统在通信领域应用的广泛调研，分析整理资料和建议，得到三点启示：一是光伏系统在通信的应用会越来越广泛，以解决偏远基站的供电为主，其他多种形式的应用发展迅速；二是独立光伏系统中的能量控制策略过于简单，没有根据系统的容量大小进行具体的设计，造成能量的利用效率较低，储能蓄电池容易失效，运行成本较高；三是实行储能系统的分组充放电，能够有效地提高供电可靠性。

本文将对独立光伏系统在通信领域中的应用进行研究分析，同时对系统的能量控制策略进行研究，提出一种分组充放电控制策略，为解决光伏系统应用中存在的问题，提供了很好的参考。

2. 光伏系统在通信领域中的应用

随着科学技术水平的不断发展，现在通信保障对于配套电源的保障提出了更高的要求，要求我们必须拓展多种供电渠道，研究多种供电保障方式，以满足各种复杂条件下的供电要求；同时由于能源开发、供应的紧张、能源的巨大消耗，电源成为通信行业的最大消耗资源。通信行业从自身发展、社会责任等多角度出发，也需要一种绿色环保、成本较低的新型能源。而太阳能作为一种绿色能源，正好满足了以上要求。太阳能作为一种清洁、环保、绿色能源，在通信建设中发挥着越来越重要的作用，通过对光伏系统的应用调研，光伏发电在通信领域主要的应用和意义有以下四个方面：

1) 解决了偏远基站的供电保障难题。

我国幅员辽阔，很多偏远基站基本上都存在着供电保障难的问题。目前，其用电主要是通过自备的发电机（组）来解决。很显然，这一方案存在发电成本较高、噪音大、污染环境、燃料运输成本高等的不足。随着新能源技术的不断发展，改善这些基站的供电条件，已经越来越重要，其中以独立光伏发电系统和小型风力发电系统应用最为广泛。建设一个小型的独立光伏电站不但可以解决供电问题，同时可以拉远供电建设成本，减少运输燃油的费用，降低对于燃油的依赖。

2) 户外独立工作站点的供电。

对于各种微波中继站、户外基站和室外站等户外独立工作设备，常常远离电网，电网的延伸供电困难重重，投资很大，光伏系统能够很好的解决这类室外工作站点的电源供电问题。

3) 在节能减排中应用广泛。

建设生态环境、环保环境、绿色环境为目标，一般都会根据局点所在地的自然环境条件进行新能源项目的论证，主要包括太阳能照明、太阳能路灯、太阳能景观灯、光伏发电系统、风力发电等。

4) 为开发其他新能源系统提供了很好的参考。

光伏发电系统的投建，对于其他多能源的开发和应用具有良好的参考作用，也可以不断地提高官兵的环境保护意识、节约资源意识。同时，对于开发和应用其他新能源系统，如风光互补系统，也可以提供很好的应用参考。

3. 独立光伏系统的应用分析

1) 独立光伏系统面临的主要问题

一个典型的独立光伏发电系统结构框图如图1，包括太阳能阵列、DC/DC变换器、控制器、蓄电池以及用于交流负载的逆变器，其中虚线所示为备选结构，有交流负载时选用。根据系统的电压设计要求，选择合适的DC/DC变换电路，同时能够跟踪最大功率点，实现负载匹配。光伏系统的核心部件在于控制器，主要作用有两点：一是防止蓄电池过充电和过放电，并对供电系统进行全面的监测、管理、控制和保护；二是实现系统的能量控制策略，控制DC/DC变换电路工作。

独立光伏发电系统目前面临以下两个问题：一是能量密度不高，整体的利用效率较低，前期的投资较大；二是独立发电系统的储能装置一般以铅酸蓄电池为主，蓄电池成本占光伏电站初始设备成本的25％左右，而对于蓄电池的充放电控制比较简单，容易导致蓄电池提前失效，增加了系统的运行成本。蓄电池在20年的运行周期中占投资费用的43%，大多数蓄电池并不能达到设计的使用寿命，除了蓄电池本身的缺陷和管理维护不到位外，蓄电池运行管理不合理是导致蓄电池提前失效的重要原因。因此对于独立发电系统，提高能量利用率，研究科学的系统能量控制策略，可以降低独立光伏系统的投资费用。

2) 控制策略的现状分析

在太阳能光伏系统的发展过程中，从直接连接发展到应用电能变换器、微处理器和电脑监控的综合控制系统，尤其是随着微处理器技术和电力电子技术的快速发展，能量利用的效率逐渐提高。在研究光伏系统充放电控制策略和能量管理中，对蓄电池的充放电控制、功率跟踪控制、控制器设计三个方面的独立研究较多，存在的问题主要有以下三点：

a) 光伏组件的功率跟踪与蓄电池荷电状态之间的配合控制关系简单，常用的阶段性控制策略有待改进；

b) 对于蓄电池的分组充放电管理，缺少详细的设计；

c) 独立光伏系统蓄电池的充放电控制、功率跟踪控制、控制器设计三者之间没有公开发表的综合性能量控制策略。

本文针对上面提出的第二个问题进行了分析研究，主要从独立光伏系统在通信电源的应用入手，对分组的原则和控制进行了探讨。实际系统中的负荷分为重要负荷和一般负荷，重要负荷对于供电的可靠性要求很高，而蓄电池的分组充放电策略对于电力负荷分级供电具有很大的现实意义。

4. 分组充放电控制策略分析

1) 分组策略的提出

为了加强对蓄电池的充放电管理，同时提高对负荷的供电可靠性，可以对光伏系统中的蓄电池进行分组管理，使其变成多个容量较小的蓄电池组，主要基于以下几个原因：

a) 提高充电电流，有效地利用太阳能阵列的能量，减小长期的小电流放电和小电流充电对蓄电池带来的不良影响，避免小电流放电产生大的结晶；

b) 蓄电池在大电流放电后的接收电流能力较强，因此分组可以适当增加充电的效率；

c) 分组能够实现对于蓄电池组的维护性充电，在光照条件和蓄电池容量允许的条件对于蓄电池进行维护性的均衡充电，适当的过充能够避免电池电解液的分层；

d) 能够实现充电的同时，又能为白天需要保证的重要负载放电。

2) 分组管理的原则

蓄电池分组要考虑整个系统的设计容量，综合考虑光伏阵列在最大太阳辐射下的最大输出电流与蓄电池组的最大可充电电流的关系，分组的主要原则如下：

a) 系统光伏阵列最大输出电流要小于蓄电池组的最大可充电电流。主要是针对蓄电池的荷电状态较低时的充电接收能力而言，可接受的充电电流稍微大于阵列的最大输出电流；

b) 分组要考虑系统中负载的大小，放电电流在厂家规定的放电率附近，以一个工作日放电容量占蓄电池小组容量的20%左右为宜；

c) 分组要考虑控制系统的设计与实现，不宜太多，一般不超过3组，以2~3组为宜。

3) 分组控制电路的结构分析

以分两组为例，控制的策略如下：首先预测容量，对于容量较小的蓄电池组先充电，同时允许另一组放电；在线判断两组容量的变化，当两组容量相差达到30%以上时，进行充电和放电（或者静置）状态的切换；结合系统的控制策略，达到均衡充放电的目的，同时在系统的荷电状态较低时，应输出低荷电状态提示，结合负载的分级限制输出电流，分组控制电路结构如图2所示。

图2中KM1、KM2、KM3、KM4为充放电控制继电器，电路中接入常开触点，KM3为辅助常闭触点，电路主要是实现上面提出的控制策略，选择电压和电流满足要求的继电器可以实现控制的要求，控制指令如表1所示。

                 表1  分组充放电控制继电器指令表 

以上的控制系统虽然能够考虑所有的工作情况，但是控制复杂，对于千瓦级的系统，效果较好，对于容量较小的光伏系统，简化系统中的控制环节，一种简化的工作状态如下图3所示，简化的分组充放电控制指令如表2所示。

在实际的系统中，应该结合系统的实际设计容量和负载的要求，具体选择合理的控制方案，分组控制策略在实际的控制中很容易实现。

5. 结论

随着光伏系统工程技术水平的不断提高，光伏发电系统必将在通信领域取得越来越多地应用。本文提出的分组充放电管理，对于提高光伏系统供电可靠性具有现实意义。同时，不断优化光伏系统的控制策略，研究光伏系统能量跟踪的规律，研制智能化程度较高的光伏系统控制器，对推动光伏系统的深入应用具有重大的作用。

编辑：《电源工业》杂志