具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

根据本发明的第一个实施例，提供了一种通信基站电力智能控制系统，如图1所示，包括隔离储能变流器10、DC/DC控制器40、锂电池组50以及电池管理单元60，隔离储能变流器10与市电电网20和通信基站电源设备30均连接；DC/DC控制器40为多个，多个DC/DC控制器40与隔离储能变流器10均连接；锂电池组50为多个，多个锂电池组50与多个DC/DC控制器40一一对应地连接；多个锂电池组50通过电池管理单元60与隔离储能变流器10连接；市电电网20处于正常状态时，隔离储能变流器10直接向通信基站电源设备30供电并将市电电网20的交流电压转换为直流电压通过多个DC/DC控制器40向多个锂电池组50充电；市电电网20处于非正常状态时，多个锂电池组50通过多个DC/DC控制器40进行放电以将直流电压输送至隔离储能变流器10变换为交流电压向通信基站电源设备30供电；电池管理单元60用于监测多个锂电池组50的运行状态信息，隔离储能变流器10和多个DC/DC控制器40用于根据多个锂电池组50的状态信息控制多个锂电池组50在放电过程中的放电功率一致。解决了现有技术中通信基站在市电中断后采用UPS进行供电没有采用电池性能均衡功能保护电池组导致无法调节及保证单体电池的一致性，从而缩短了整个电池组有效工作时间的问题。

具体实施时，多个锂电池组50包括48V锂电池组和60V锂电池组，具体可以为48V/60V-20AH磷酸铁锂电池组或锰系锂电池组。多个锂电池组50放置在机柜仓内，机柜仓分为主体仓和扩容仓，主体仓12仓，扩容仓8仓，每仓配置一台双向DC/DC控制器40。锂电池组50一个功能是换电，另一个功能是备电。当市电正常时，多个锂电池组50处于充电模式，多个锂电池组50充电完成后，整个设备作为换电柜使用，为城市电动车提供有偿更换电池服务。当市电故障时，多个锂电池组50处于放电模式，整个设备作为备电柜使用，给通信基站电源设备30提供不间断供电。

本实施例的通信基站电力智能控制系统还设置有设备仓，设备仓用于安装隔离储能变流器10。当市电电网20正常时，通过隔离储能变流器10和DC/DC控制器40给多个锂电池组50进行恒流充电，同时给通信基站电源设备30供电；当市电电网20故障时，采用“一调度，二响应”的控制策略，通过隔离储能变流器10和DC/DC控制器40进行电能调度及调节，确保多个锂电池组50响应调度指令进行放电，并且在放电过程中，每个锂电池组50的放电功率一致，然后由隔离储能变流器10将直流电转换成交流电，给通信基站电源设备30提供不间断供电。解决了现有技术中通信基站在市电中断后采用UPS进行供电没有采用电池性能均衡功能保护电池组导致无法调节及保证单体电池的一致性，从而缩短了整个电池组有效工作时间的问题。同时，本实施例的通信基站电力智能控制系统既可以带具有有源功率因数校正（APFC）开关电源的基站负载，又可以带大型或复杂的敏感型负载，稳压精度高，可调整输出频率。

进一步地，还包括上位机监控平台70，上位机监控平台70通过能量管理单元11与隔离储能变流器10连接，上位机监控平台70用于通过能量管理单元11监控隔离储能变流器10、DC/DC控制器40以及多个锂电池组50的工作状态；DC/DC控制器40采用隔离型全桥双向DC/DC变换电路，隔离型全桥双向DC/DC变换电路由两个全电路桥、一个高频电感和一个高频变压器组成。

隔离储能变流器10具有能量管理单元11，多个DC/DC控制器40以及电池管理单元60均通过能量管理单元11与隔离储能变流器10连接；能量管理单元11用于根据电池管理单元60发送的锂电池组50的运行状态信息控制隔离储能变流器10和多个DC/DC控制器40的工作状态以使多个锂电池组50在放电过程中的放电功率一致。

进一步地，隔离储能变流器10的主要功能有：①交流侧、高压直流侧的高频隔离；②直流电压与交流电网之间的能量双向流动，双向充放电功能；如图2和图3所示，既可以工作在有源逆变模式，实现直流到交流的变换向市电电网20输送电能，也可以工作在有源整流模式，实现交流到直流的变换，从市电电网20吸收电能储存在锂电池组50中；③通过控制策略实现对有功/无功功率（P/Q）控制，采用了电网电压定向的矢量控制，实现了有功和无功功率的正交解耦，实现了功率的解耦控制。根据瞬时功率理论，实现了有功和无功功率的瞬时控制。可根据监控系统运行控制指令等信号自动调节有功/无功功率的输出与吸收，并快速准确响应；④并网电压异常耐受能力，宽频率范围运行能力，隔离储能变流器10具有较强的电压异常耐受能力，交流输出端三相电压的允许偏差为额定电压的+10%、-15%。当市电电网20发生故障引起电网电压跌落时，隔离储能变流器10为输出系统调度需要的功率，输出电流会大幅增加，为增强隔离储能变流器10的电网电压异常耐受能力，避免触发隔离储能变流器10的过流保护值而引起停机，所以当输出电流达到隔离储能变流器10最大值时，退出功率控制模式，进入电流控制模式，输出电流被控制在隔离储能变流器10的最大值，使其不会触发过流保护值，三秒钟之后若隔离储能变流器10仍然工作在最大电流控制模式，则脱离与市电电网20的连接，进入保护模式。若按照上位机发出的功率调度指令，输出电流没有达到变流器最大值，则变流器工作在功率控制模式，按照上位机监控平台70的调度指令运行；宽频率范围运行能力采用基于矢量变换的数字锁相技术，当市电电网20电压频率有较大波动时，隔离储能变流器10能够快速准确跟踪电网电压的频率和相位，使得隔离储能变流器10能在宽泛的频率范围内正常运行；⑤通信接口与监控功能，隔离储能变流器10具备与电池管理单元60、上位机监控平台70的通信接口。隔离储能变流器10能够与电池管理单元60通信，获取锂电池组50电压、电流、SOC、故障告警信息等；同时隔离储能变流器10能将自身运行信息通过能量管理单元11上传至上位机监控平台70，满足电网运行控制要求。

隔离储能变流器10还包括主功率电路、信号检测电路、控制电路以及驱动电路；主功率电路与市电电网20、通信基站电源设备30、多个DC/DC控制器40、信号检测电路、控制电路以及驱动电路均连接；信号检测电路、控制电路以及驱动电路均与能量管理单元11连接；其中，市电电网20处于正常状态时，主功率电路用于接收市电电网20的交流电压直接向通信基站电源设备30供电或将市电电网20的交流电压转换为直流电压传送至多个DC/DC控制器40；市电电网20处于非正常状态时，主功率电路还用于将多个DC/DC控制器40传送的直流变换为交流电压向通信基站电源设备30供电；信号检测电路用于检测主功率电路的电压和电流信号并发送至能量管理单元11；控制电路用于对主功率电路进行控制以及与能量管理单元11通信；驱动电路用于驱动主功率电路。

主功率电路是隔离储能变流器10的主体部分，是能量流动的通路。通过IGBT的导通与关断实现能量形式的变换（DC/AC变换或AC/DC变换）和能量的双向流动；主功率电路以隔离型全桥变换器为主。

如图4所示，当锂电池组50充电时，全桥H1为整流桥，将市电电网20侧交流电变成直流电，提供给直流母线。全桥H2为逆变桥，将直流母线上的高压直流转换成交流电，再输入到变压器T，这里的高频变压器主要起到两个作用，一个是隔离作用，将市电电网20侧与锂电池组50侧相互隔离；二是变压作用，将高低电压相互转换。全桥H3为整流桥，将变压器输出的高频交流电转换成低压的直流电，来给锂电池组50充电。在此过程中，全桥H1对直流母线电压进行控制，H2对高频交流电压进行控制，H3对锂电池组50的充电电压或电流进行控制，三个全桥都为单闭环控制系统；当锂电池组50供电时，三个全桥的工作模式与充电时的工作模式相反，全桥H3为逆变桥，将锂电池组50直流电转换成高频交流电。H2为整流桥，将高频交流电转换成高电压的直流电，提供给直流母线。H1为逆变桥，将直流母线上的高电压转换成工频的交流电，供通信基站电源设备30使用或向市电电网20并网馈电。在此过程中，全桥H3对高频电压进行控制，H2对直流母线电压进行控制，H1对工频交流电压进行控制。三个全桥同样都是单闭环控制环节。

信号检测电路主要实现主功率电路电压、电流信号的高精度检测，信号处理功能以及故障信号的检测功能；控制电路是隔离储能变流器10的核心部分。采用TI高速工业级DSP芯片作为核心处理器，控制电路实现的功能主要有：电压信号、电流信号等信号的采样和计算，变流器控制、变流器的故障判断与保护，以及与能量管理单元11通信；驱动电路选用IGBT专用驱动，使IGBT工作于最优开关状态，提高IGBT工作可靠性；同时驱动电路本身还对IGBT功率器件进行过流、过温等异常状态检测，当有异常状态出现时，关断功率器件，达到保护器件的功能；能量管理单元11集成在隔离储能变流器10内，采用3英寸高清LCD液晶触摸屏作为输入输出接口，提供了友好的人机交互界面，同时提供多种通讯接口，实现隔离储能变流器10就地控制功能。LCD液晶触摸屏具有以下特点：友好的人机交互界面，具有高可靠性，高达2G数据存储空间，多种通信接口（以太网、RS485、CAN）。

隔离储能变流器10在运行过程中，如图5所示，首先需要对控制电路中的各寄存器、全局变量和常量进行设置，以及对I/O端口进行定义和初始化，通过定时器参数设置确定系统采样频率、开关管工作频率和死区时间等，并且产生正余弦值表，以便产生标准的正弦电压电流；初始化结束之后，对隔离储能变流器10的输入输出电压电流进行采样，计算出电压或电流的有效值和相位，以便与参考值进行比较；上位机监控平台70与控制电路进行通讯，通过对人机界面的操作，完成工作模式选择；将测量值与参考值进行比较之后，求出偏差量，将此偏差量送入PID处理子程序，经过PID调节之后得出调制变量，变量与设定的上下限进行比较，如果没有超出限定值，则用此变量与三角波比较，产生SPWM波来控制开关管，如果变量超出限定值，则用限定值与三角波比较，产生SPWM波，此方法可以使隔离储能变流器10运行更加可靠与稳定；最后将输入输出变量再进行检测，以此循环运行。

DC/DC控制器40主要功能：①在锂电池组50与隔离储能变流器10的直流母线之间的双向能量传递；②通过控制策略实现对锂电池组50的智能检测及充放电管理，对母线负荷功率的跟踪；③对锂电池组50供/放电模式智能响应及调节，确保放电时每个锂电池组50的放电功率一致。

DC/DC控制器40采用隔离型全桥双向DC/DC变换电路，如图6所示，电路由两个全桥、一个高频电感Lt和一个高频变压器T组成。在正向DC/DC变换过程中，变压器左侧的全桥将直流母线电压逆变成高频交流电，交流电经过变压器降压隔离后，由变压器右侧的全桥整流成直流。在反向DC/DC变换过程中，两个全桥的工作状态互换。可选地，DC/DC控制器40的控制芯片采用TI公司的DSP系列控制器，具体选择TMS320F2812芯片。

隔离储能变流器10集成的能量管理单元11采用3英寸高清LCD液晶触摸屏作为能量管理控制器，使隔离储能变流器10具备强大的监控、通讯与人机交互能力。通过LCD液晶屏可以收到/发出命令，控制隔离储能变流器10启动、停止、故障复位；LCD液晶屏实时显示隔离储能变流器10运行状态、工作模式、直流侧电压电流值、市电电网20侧电压电流值、发电功率和发电量等数据；当故障发生时，LCD液晶屏记录故障的名称、状态以及故障发生时的各个检测点数据，并进行保存，为设备调试、运行、维护、故障分析提供有力工具；可通过LCD进行变流器参数的设置，如输出、储能功率值、保护的阀值和动作时间等参数。

隔离储能变流器10与能量管理单元11、上位机监控平台70以及电池管理单元60之间的通讯，是通过LCD液晶屏实现的。LCD液晶触摸屏提供了以太网，RS485和CAN等通讯接口，支持MODBUS通信规约。隔离储能变流器10通过LAN接受能量管理单元11的控制指令，当远程控制模式有效时，本机控制功能无效。同时LCD液晶触摸屏可以将隔离储能变流器10的运行状态，实时运行数据上传至上位机监控平台70。上传的运行信息包含：电池充电电流、电池组端口电压、电池放电电流、交流侧电压/电流/频率、功率器件温度、控制/保护定值、保护及故障信号；上传的变流器运行信息包含以下内容：电池充电电流、电池组端口电压、电池放电电流、交流侧电压/电流/频率、功率器件温度、控制/保护定值、保护及故障信号。LCD液晶触摸屏通过CAN或RS485接口，实现隔离储能变流器10与电池管理单元60的数据交互，可接收电池管理单元60发送的电池状态量及告警信息，如电池组可充电电量、电池组可放电电量、电池组状态：充满、放空、正常、告警、故障等。

电池管理单元60由电池模组监测模块(BMU)、电池簇管理模块(BCMS）、直流监控模块(DMU)、电池堆管理模块（BAMS）及显示、监控模块等组成。电池管理单元60的主要功能有：监测并传递锂电池组50的运行状态信息，如电池电压、电流、温度以及保护量等；评估计算锂电池组50的荷电状态SOC、寿命健康状态SOH及电池累计处理能量等；保护电池安全。电池管理单元60可对单体及整组电池进行实时监控、充放电、均衡、巡检、温度监测等，采用诸如电压均衡控制、超温保护等智能化技术，可以管理多个锂电池组50，检测每组中所有单体锂电池组50的电压、电池组总电流、多路环境温度等。

上位机监控平台70由操作系统、支撑平台、应用功能共三个层次组成。支撑平台包含数据采集管理、数据库管理、网络通信管理、图形界面、报表管理、权限管理、告警管理、计算统计、系统管理等模块。应用功能分为基本应用功能和高级管理功能两个部分，基本应用功能包括数据采集、监控、统计分析、安全WEB数据发布等，高级管理功能包括全局能量管理目标制定等。

根据本发明的第二个实施例，提供了一种通信基站电力智能控制方法，包括以下步骤：当市电电网20处于正常状态时，由市电电网20向通信基站电源设备30供电并向多个锂电池组50进行充电；当市电电网20处于非正常状态时，控制多个锂电池组50以相同功率进行放电以向通信基站电源设备30供电。在实际应用时，当市电正常时，多个锂电池组50处于充电模式，多个锂电池组50充电完成后，整个设备作为换电柜使用，为城市电动车提供有偿更换电池服务。当市电故障时，多个锂电池组50处于放电模式，整个设备作为备电柜使用，给通信基站电源设备30提供不间断供电。解决了现有技术中通信基站在市电中断后采用UPS进行供电没有采用电池性能均衡功能保护电池组导致无法调节及保证单体电池的一致性，从而缩短了整个电池组有效工作时间的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。