一種高壓直流遠供系統和方法
2023-09-20 22:29:50
一種高壓直流遠供系統和方法
【專利摘要】本發明公開了一種高壓直流遠供系統和方法，該系統包括微處理單片機、矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊、矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出採樣模塊、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊和矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊。採用了本發明的技術方案，能夠有效杜絕信路通供電斷的故障，增加了通訊設備的工作使用率，延長通訊設備壽命，易於控制，故障保護動作快，故障率低。
【專利說明】一種高壓直流遠供系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信電源【技術領域】，尤其涉及一種高壓直流遠供系統和方法。
【背景技術】
[0002]隨著通信技術的發展，各種通信網絡終端設備大量增加，如樓道交換機、全球眼、WIFI無線覆蓋設備以及室內覆蓋系統中的微蜂窩、光端機、幹放、直放站、3G基站等。由於系統集成商多、設備生產廠家多、設備種類多、數量多、安裝條件差等原因，其故障率遠遠高於機房內設備。
[0003]而在3G建設中，基於3G新一代移動通信的特點，普遍採用BBU+RRU的方式進行信號分布式覆蓋，其中系統終端設備(RRU、微蜂窩、光端機、光纖拉遠直放等)安裝條件差(安裝在屋頂、弱電井、樓道內)，取電困難且可靠性不高，由於受安裝環境限制，故障定位、檢查和排除也更為困難，將成為後期維護的一個難點。
[0004]所以目前移動通信基站存在的以下問題:建設易受場地限制，談站困難，拖延工期；採用UPS等保障供電時，電池受環境影響，壽命短，維護量大；建設投資大，空調能耗高；就近取電可靠性不高，易受雷電、浪湧侵入，維護不便；可靠市電引入困難，投資大，報裝時間長。
[0005]現有的通信系統中的遠程直流高壓供電系統主要有以下幾種組網方式:
[0006]一是點對點方式，該方式適用於網點少或負載功率較大，如大功率網點、基站，此時如果有必要也可以將若干個局端模塊、遠端模塊並聯使用。
[0007]二是星形結構(發散式供電系統)，該組網方式適用於一個中心機房周圍有多個但在不同方向的網點或基站。
[0008]三是鏈式結構(級聯方式)，包括兩種結構，結構一的方式適用於在同一方向的較近距離內由多個網點或基站，而且多個負載點的總功率不太大，該方式的主要優點是通過減少遠端供電設備，節省初期投資；結構二的組網方式一般適用於在同一方向有多個網點或基站，且基站(或網點)之間距離比較遠，該方式的主要優點是節省主幹線路上的遠供電源線、方便線路施工。
[0009]通過以上可以看出，目前已有的通信系統中的遠程高壓供電系統技術普遍存在如下問題:
[0010]供電方式單一，只能點對點來解決局部設備供電問題，並且對端局或中心局選取的要求較高，蓄電池容量配置必須足夠大，否則無法滿足遠程高壓供電放電要求。
[0011]遠程高壓供電系統技術由於對端局或中心局，如機房地板承重、面積等要求較高，需要較大蓄電池容量配置，而目前的現實是各移動基站普遍是採用民用建築，根本無法達到配置要求的，所以無法大面積推廣使用。
[0012]目前在網運行的通信電源設備基本上仍處於各自為戰、點對點的供電模式，供電方式的落後已對網絡的運行質量造成很大影響。
【發明內容】
[0013]為了解決現有技術中現網基站分散供電、後備時間無法保障、電力監控不力、無法進行系統維護的技術問題，本發明提出一種高壓直流遠供系統和方法。
[0014]本發明的一個方面，提供一種高壓直流遠供系統，包括微處理單片機、矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊、矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出採樣模塊、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊和矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊，其中，
[0015]微處理單片機用於完成信號採樣、數據處理，以及輸出控制與監測；
[0016]矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊位於本局端蓄電池直流輸入和其他局端之間，用於控制其間的能量傳遞，根據需要調節能量傳遞方向，實現電能雙向流動；
[0017]矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出採樣模塊用於採集不同時間段電壓電流標稱的值，並自動計算出實際發送出功率大小值；
[0018]矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊用於分別以每30秒的時間間隔發送90-240V不同的電壓及10-100A不同的電流值至另一局端矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊，並利用高壓遠供直流電源線來建立功率輸出兼容性矩陣現場多總線結構數據信號的接收與發送傳輸通道；
[0019]矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊用於分別測量高壓遠供直流電源線在不同時間段的電壓及電流值，並提交給微處理單片機進行矩陣相關數據處理，再提交至矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊中內置現場多總線結構數據信號的接收與發送傳輸子模塊，進行本端局對另一端局電壓電流測量數據傳輸。
[0020]本發明的另一個方面，提供一種高壓直流遠供方法，在矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊、矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出採樣模塊、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊和矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊中創建以電壓電流為基礎兼容性矩陣，由微處理單片機推導出相應的功率逆矩陣，實現智能自愈矩陣級輸入輸出電壓電流及功率最佳適應和匹配性。
[0021]本發明的技術方案是直接將機房內穩定的-48V電源經遠供電源處理，以最大效率的方式通過光電複合電纜或電力線直接給遠方或接入端的通訊設備供電，不受通訊設備本地(接入端區域)任何停電情況的影響，相對於用電設備的室內機可稱為永久性供電，有效杜絕信路通供電斷的故障，增加了通訊設備的工作使用率。
[0022]而且本發明的技術方案不受當地市電複雜的負荷變化、晝夜變化、電站多樣化而產生電壓過高或過低；不受當地大型設備開啟和關閉時而產生幹擾、諧波、閃變和浪湧；杜絕當地複雜電力網絡中的直接雷和感應雷損壞通訊設備，網絡乾淨單一，供電電壓穩定，延長通訊設備壽命，降低設備的故障率。
[0023]同時網絡採用對地懸浮技術設計，輸出電壓與大地不構成迴路，無漏電流產生，保證用戶利益，單極對人身無傷害，採用直流電壓方式傳輸，易於控制，故障保護動作快，故障率低。
【專利附圖】
【附圖說明】[0024]圖1是本發明高壓直流遠供系統的結構示意圖；
[0025] 圖2是本發明高壓直流遠供局端發送交直流雙向AC-DC交換器模塊工作流程圖；
[0026]圖3是本發明高壓直流遠供局端接收交直流雙向AC-DC交換器模塊工作流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖詳細描述本發明技術方案的【具體實施方式】。
[0028]圖1是本發明高壓直流遠供系統的結構示意圖。如圖1所示，該高壓直流遠供系統包括包括微處理單片機1、矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊2、矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出採樣模塊3、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊4、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊5、AC-DCIB交直流輸入板6、AC-DCMB交直流母板7、DCMB直流母板8和ALB告警控制採樣板9。
[0029]其中，微處理單片機是TMS320LF2407DSP晶片，用於完成信號採樣、數據處理，以及輸出控制與監測。控制電路模塊進一步包括DSP外圍電路、故障信號處理電路、PWM輸出隔離電路和信號調理電路；採樣信號模塊進一步包括蓄電池電壓單元、變換器輸出電壓單元、電感電流單元和升降壓指令單元。
[0030]矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊位於本局端蓄電池直流輸入和其他局端之間，用於控制其間的能量傳遞，根據需要調節能量傳遞方向，實現電能雙向流動。
[0031]矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出採樣模塊用於採集不同時間段電壓電流標稱的值，並自動計算出實際發送出功率大小值。
[0032]矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊用於分別以每30秒的時間間隔發送90-240V不同的電壓及10-100A不同的電流值至另一局端矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊，並利用高壓遠供直流電源線來建立功率輸出兼容性矩陣現場多總線結構數據信號的接收與發送傳輸通道。
[0033]矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊用於分別測量高壓遠供直流電源線在不同時間段的電壓及電流值，並提交給微處理單片機進行矩陣相關數據處理，再提交至矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊中內置現場多總線結構數據信號的接收與發送傳輸子模塊，進行本端局對另一端局電壓電流測量數據傳輸。
[0034]本發明的核心是在矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊、矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出採樣模塊、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊和矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊中創建以電壓電流為基礎兼容性矩陣，由微處理單片機推導出相應的功率逆矩陣，實現智能自愈矩陣級輸入輸出電壓電流及功率最佳適應和匹配性。同時利用電壓電流矩陣實時波動變化範圍的區間，監測直流供電網絡各類線路故障及雜散電流腐蝕。
[0035]以下為電壓電流矩陣庫實例。
[0036]電壓矩陣:
[0037]+-----------+--------------------------------------------------------
------+
[0038]I 53.5-100V電壓|輸入輸出電壓值:[0039]
【權利要求】
1.一種高壓直流遠供系統，其特徵在於，包括微處理單片機、矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊、矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出採樣模塊、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊和矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊，其中， 微處理單片機用於完成信號採樣、數據處理，以及輸出控制與監測； 矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊位於本局端蓄電池直流輸入和其他局端之間，用於控制其間的能量傳遞，根據需要調節能量傳遞方向，實現電能雙向流動； 矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出採樣模塊用於採集不同時間段電壓電流標稱的值，並自動計算出實際發送出功率大小值； 矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊用於分別以每30秒的時間間隔發送90-240V不同的電壓及10-100A不同的電流值至另一局端矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊，並利用高壓遠供直流電源線來建立功率輸出兼容性矩陣現場多總線結構數據信號的接收與發送傳輸通道； 矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊用於分別測量高壓遠供直流電源線在不同時間段的電壓及電流值，並提交給微處理單片機進行矩陣相關數據處理，再提交至矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊中內置現場多總線結構數據信號的接收與發送傳輸子模塊，進行本端局對另一端局電壓電流測量數據傳輸。
2.根據權利要求1所述的一種高壓直流遠供系統，其特徵在於，微處理單片機是TMS320LF2407DSP 晶片。
3.根據權利要求2所述的一種高壓直流遠供系統，其特徵在於，還包括控制電路模塊和採樣信號模塊，控制電路模塊進一步包括DSP外圍電路、故障信號處理電路、PWM輸出隔離電路和信號調理電路；採樣信號模塊進一步包括蓄電池電壓單元、變換器輸出電壓單元、電感電流單元和升降壓指令單元。
4.根據權利要求1所述的一種高壓直流遠供系統，其特徵在於，還包括AC-DCIB交直流輸入板、AC-DCMB交直流母板和DCMB直流母板。
5.根據權利要求1所述的一種高壓直流遠供系統，其特徵在於，還包括ALB告警控制採樣板。
6.一種高壓直流遠供方法，適用於權利要求1所述的一種高壓直流遠供系統，其特徵在於，在矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊、矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出採樣模塊、矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊和矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊中創建以電壓電流為基礎兼容性矩陣，由微處理單片機推導出相應的功率逆矩陣，實現智能自愈矩陣級輸入輸出電壓電流及功率最佳適應和匹配性。
7.根據權利要求6所述的一種高壓直流遠供方法，其特徵在於，還包括利用電壓電流矩陣實時波動變化範圍的區間，監測直流供電網絡各類線路故障及雜散電流腐蝕。
8.根據權利要求6所述的一種高壓直流遠供方法，其特徵在於，由微處理單片機推導出相應的功率逆矩陣進一步包括: 電壓電流矩陣所形成的方程稱為矩陣方程； 電壓*電流=功率，其中，電流電壓為線性議程組的係數矩陣，功率為線性方程組的未知矩陣； 對於η階方陣電流電壓，如果有η階方陣電流電壓滿足， V*A=W，其中V是平均電壓，A是平均電流，W是逆矩陣功率。
9.根據權利要求6-8中任一權利要求所述一種高壓直流遠供方法，其特徵在於，還包括以下步驟: AC-DCIB交直流輸入板、AC-DCMB交直流母板和DCMB直流母板啟動； 微處理單片機啟動矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊； 微處理單片機依據發送與接收的電壓電流的差異變化，計算不同時間段電壓電流至另一端局後功率變化值，並與矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出採樣模塊進行比對，找出發送前後功率變化差異最小的值； 微處理單片機依據功率變化差異最小的電壓電流及功率值，確定本局端局與另一端局高壓遠程供電最佳最合理電壓電流及輸出功率值，調整DCMB直流母板及矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊負載輸出電壓電流值； 微處理單片機將最終確定的電壓電流及輸出功率值，提交至ALB告警控制採樣板內的監控模塊，並依據現場多總線結構數據信號的接收與發送傳輸通道上報監控中心； 本局端局與另一端局的高壓直流遠程供電及現場多總線結構數據信號的接收與發送傳輸通道的數據配置與通信建立。
10.根據權利要求9所述一種高壓直流遠供方法，其特徵在於，還包括以下步驟: 微處理單片機根據最終確定的電壓電流及輸出功率值實時波動變化範圍的區間超過10-20%，則發出高壓直流供電網絡線路故障告警信息。
11.根據權利要求9所述的一種高壓直流遠供方法，其特徵在於，所述AC-DCIB交直流輸入板、AC-DCMB交直流母板和DCMB直流母板啟動進一步包括以下步驟: 本局端微處理單片機處理計算ALB告警控制採樣板，輸入電壓電流檢測模塊送入電壓、電流及各母板的工作信息； 當本局端各母板工作不正常或有告警系統自動關閉，矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊中的接收直流雙向DC-DC變換器旁路輸出啟動替代主設備工作； 本局端矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊中內置的矩陣電流/電壓調節器由微處理單片機控制矩陣開關調整輸出功率的大小。
12.根據權利要求9所述的一種高壓直流遠供方法，其特徵在於，所述微處理單片機啟動矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊進一步包括以下步驟: 本局端矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊分別以每30秒的時間間隔發送90-240V不同的電壓及10-100A不同的電流值至另一局端矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊，並利用高壓遠供直流電源線來建立功率輸出兼容性矩陣現場多總線結構數據信號的接收與發送傳輸通道； 另一端局矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊分別測量高壓遠供直流電源線在不同時間段的電壓及電流值，並提交給微處理單片機進行矩陣相關數據處理，再提交至矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量發送模塊中內置現場多總線結構數據信號的接收與發送傳輸子模塊中，進行本端局對另一端局電壓電流測量數據傳輸;本局端局矩陣級高壓直流阻抗特性負荷功率輸出大小測量接收模塊利用現場多總線結構數據信號的接收與發送傳輸通道進行發送至另一端局電壓電流數據測量結果的接收，並提交至微處理單片機； 矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出採樣模塊採集不同時間段電壓電流標稱的值，並計算出實際發送出功率大小值。
13.根據權利要求6-8中任一權利要求所述的一種高壓直流遠供方法，其特徵在於，還包括以下步驟: AC-DCIB交直流輸入板、AC-DCMB交直流母板和DCMB直流母板啟動； 如另一端局傳輸高壓遠供直流電壓高於或低於本局端實際輸出電壓，本局端矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊中的參考電流生成模塊、信號檢測及電壓調節器和信號檢測模塊將實測的電壓電流值提交微處理單片機； 微處理單片機根據傳送的電壓電流值計算相應功率逆矩陣，並與矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出採樣模塊內置的功率逆矩陣庫進行比對，確定接收電壓電流值及功率是否在正常的範圍內； 矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊通過現場多總線結構數據信號的接收與發送傳輸通道上報由於供電線路故障系統自保護的告警信息至監控中心。
14.根據權利要求13所述的一種高壓直流遠供方法，其特徵在於，所述AC-DCIB交直流輸入板、AC-DCMB交直流母板和DCMB直流母板啟動進一步包括以下步驟: 本局端微處理單片機處理計算ALB告警控制採樣板，輸入電壓電流檢測模塊送入電壓、電流及各母板的工作信息； 當本局端各母板工作不正常或有告警系統自動關閉，矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊中的接收直流雙向DC-DC變換器旁路輸出啟動替代主設備工作。
15.根據權利要求13所述的一種高壓直流遠供方法，其特徵在於，所述微處理單片機根據傳送的電壓電流值計算相應功率逆矩陣，並與矩陣級高壓直流標稱負荷功率輸出採樣模塊內置的功率逆矩陣庫進行比對，確定接收電壓電流值及功率是否在正常的範圍內進一步包括以下步驟: 如果接收的電壓電流值及功率在正常的範圍內，微處理單片機打開矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊內接收直流雙向DC-DC變換器的輸出電壓並與本局端設備輸出電壓一致； 如果接收的電壓電流值及功率不在正常的範圍內，微處理單片機啟動局端發送交直流雙向AC-DC變換器模塊工作流程，重新進行二次傳送的電壓電流值測試，檢查遠程直流高壓供電線路是否存在各類故障； 如果遠程直流高壓供電線路有線路故障告警，矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊中的接收直流雙向DC-DC變換器停止接收另一端局輸入電壓電流； 矩陣級高壓直流雙向DC-DC自整定互偶備份模塊改為由本局端蓄電池直流輸入或者本局端發送交直流雙向ac-dc變換器輸入,並由旁路輸出給負載供電。
【文檔編號】H02J13/00GK103580281SQ201210273258
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月2日 優先權日:2012年8月2日
【發明者】包靜 申請人:中國移動通信集團甘肅有限公司