太陽能基站能量供給的處理方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種太陽能基站能量供給的處理方法，包括以下步驟：獲取部署太陽能基站系統(tǒng)所在地的氣象數(shù)據(jù)，并在閾值時間內(nèi)統(tǒng)計小區(qū)用戶的服務(wù)請求率和用戶的平均服務(wù)時長；根據(jù)小區(qū)用戶的服務(wù)請求率和用戶的平均服務(wù)時長，計算在閾值時間內(nèi)基站的能耗均值和能量消耗率；根據(jù)基站的能耗均值和能量消耗率，得到所對應(yīng)的儲能電池的容量數(shù)據(jù)；由獲取部署太陽能基站系統(tǒng)所在地的氣象數(shù)據(jù)得到太陽能基站能量采集率，根據(jù)太陽能基站的能量采集率、基站的能量消耗率和儲能電池的容量數(shù)據(jù)計算得到對應(yīng)太陽能電池板的面積數(shù)據(jù)。本發(fā)明專利技術(shù)提供的太陽能基站能量供給的處理方法旨在保證太陽能基站的服務(wù)質(zhì)量以及儲能電池使用壽命的前提下，最優(yōu)化太陽能基站的成本。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
太陽能基站能量供給的處理方法
本專利技術(shù)涉及太陽能發(fā)電和移動通信
，尤其涉及一種太陽能基站能量供給的處理方法。
技術(shù)介紹
隨著移動通信產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，為了不斷滿足日益增長的系統(tǒng)容量、帶寬，以及為了提高用戶的服務(wù)質(zhì)量，基站的部署密度也要求越來越高。在這樣的趨勢下，移動通信網(wǎng)絡(luò)的能量需求也呈幾何增長。由于可再生能源在能量供應(yīng)當中，具有分布廣泛、無碳排放等優(yōu)點，將可再生能源（如太陽能）引入移動通信網(wǎng)絡(luò)成為時代發(fā)展的趨勢。但與此同時，由于太陽能與氣象、環(huán)境等因素密切相關(guān)，因此，太陽能具有時間與空間的隨機性。而如何對以太陽能作為能量供給的太陽能基站進行合理的設(shè)計是保證基站系統(tǒng)可靠工作的前提與首要解決的問題。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中太陽能基站系統(tǒng)架構(gòu)與組成示意圖。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中太陽能基站系統(tǒng)主要由以下子系統(tǒng)構(gòu)成：發(fā)電子系統(tǒng)110、控制子系統(tǒng)120、儲能子系統(tǒng)130和負載子系統(tǒng)140。其中：發(fā)電子系統(tǒng)110：太陽能電池板111作為太陽能基站系統(tǒng)中的能量采集部分，利用半導體材料的光電效應(yīng)將輻射到其表面的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽漭敵龉β逝c太陽輻射強度、環(huán)境溫度和太陽能電池板尺寸等因素相關(guān)。控制子系統(tǒng)120：包括電壓變換器DC/DC121和能量控制器122。能量管理器對系統(tǒng)中的能量流動過程進行管理和控制，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。例如，根據(jù)太陽能發(fā)電與負載用電情況對儲能電池的充、放電控制等。儲能子系統(tǒng)130：包括逆變器131、電壓變換器DC/DC132和蓄電池133，當太陽能電池產(chǎn)生的電能大于基站能量需求時，過剩的電能儲存在蓄電池133中；相反地，當系統(tǒng)發(fā)電量不足或負載電量增加時，蓄電池133將向基站釋放所存儲的能量，以保證基站覆蓋區(qū)域中移動用戶的服務(wù)質(zhì)量。負載子系統(tǒng)140：基站141作為系統(tǒng)中的能量消耗部分，為移動用戶142提供無線服務(wù)，其能耗大小依賴于眾多因素，例如，覆蓋區(qū)域大小，區(qū)域內(nèi)用戶的服務(wù)時長，基帶處理能耗等。現(xiàn)有技術(shù)中太陽能基站系統(tǒng)的設(shè)計方法主要是將太陽能基站系統(tǒng)的設(shè)計問題看作是一個目標優(yōu)化問題，通常是為了獲得更好的經(jīng)濟效益，在安裝地的氣象數(shù)據(jù)和基站能耗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性為約束條件，對太陽能電池板和儲能裝置的容量進行優(yōu)化設(shè)計。但是，由于太陽能電池板受到氣象條件的影響，功率輸出不穩(wěn)定，而基站耗能依賴于用于用戶行為，具有時變性；同時，儲能系統(tǒng)自身又具有自身的非線性特性。因此，太陽能基站系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計屬于復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化問題。在現(xiàn)有技術(shù)中太陽能基站供電系統(tǒng)中，張俊霞在“應(yīng)用分析,2013(4):45-47”《太陽能光伏供電系統(tǒng)在通信基站的節(jié)能應(yīng)用》中主要采用采用經(jīng)驗的設(shè)計方法。楊曉宇，王運濤在“電力系統(tǒng)通信，2007，28(176):47-50,63”《通信基站太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計》中根據(jù)日平均有效光照強度、溫度和日照時間等資源狀況以及儲能電池容量和充滿所需時間，在按照基站的日能耗量確定的前提下，設(shè)計太陽能電池板的容量。為保證系統(tǒng)供電的可靠性，系統(tǒng)設(shè)計確保太陽能電池板的日能量輸出大于基站的日能量消耗。G.Piro等人在“InternetComputing,2013(1):32-39”《HetNetsPoweredbyRenewableEnergySources:SustainableNext-GenerationCellularNetworks》中假設(shè)已知基站的額定功率，計算滿足基站正常工作時，太陽能電池板的功率輸出大小，同時在標準測試條件下（即太陽輻射強度為1000W/m2）得到太陽能電池板的設(shè)計面積。在儲能電池設(shè)計過程中，通過假設(shè)連續(xù)的日照天數(shù)和無日照天數(shù)，設(shè)計儲能電池容量。這種設(shè)計方法雖然旨在提高可再生能源的利用率和提高系統(tǒng)供電的可靠性，但是，粗糙的計算方法會使系統(tǒng)設(shè)計不盡人意。而采用經(jīng)驗估算的太陽能基站能量供給的處理方法會造成系統(tǒng)裝機容量嚴重不足或者過剩現(xiàn)象。太陽能基站系統(tǒng)屬于太陽能供電系統(tǒng)中的一種。在太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計中，基于靜態(tài)指標的系統(tǒng)設(shè)計方法正逐漸受到學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。HongxingYang等人在“SolarEnergy,2007.(4):1026-1033”《Optimalsizingmethodforstand-alonehybridsolar-windsystemwithLPSPtechnologybyusinggeneticalgorithm》中提出了系統(tǒng)設(shè)計指標“負載缺電率”（LPSP，LossofPowerSupplyProbability）來評估系統(tǒng)供電的可靠性，該指標定義為發(fā)電系統(tǒng)虧欠負載系統(tǒng)的功率與評估期負載總功率之比。艾斌，沈輝等人在“太陽能學報，2003,24(4):540-547”《風光互補發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計—CAD設(shè)計方法》提出采用計算機輔助設(shè)計(CAD:ComputerAidedDesign)的方法，該方法首先計算所有滿足負載要求的太陽能電池板與儲能裝置的組合值；然后，計算所有組合相對應(yīng)的全年功率供給虧欠率LPSP；最后，根據(jù)總投資成本最小化的原則篩選出一組滿足用戶給定系統(tǒng)可靠性的系統(tǒng)設(shè)計。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)主要存在的缺點主要有以下幾點：（1）太陽能電池的功率輸出受到氣象條件的影響，在時間上具有不確定性；基站能耗受到多方面因素的影響，其大小也是動態(tài)變化的；儲能子系統(tǒng)，尤其是電池儲能系統(tǒng)充放電過程中呈現(xiàn)非線性特性。傳統(tǒng)設(shè)計方法主要采用靜態(tài)分析與設(shè)計方法，忽略了太陽能基站系統(tǒng)運行中的動態(tài)和非線性特性，無法保證所設(shè)計系統(tǒng)的可靠性與魯棒性。（2）傳統(tǒng)設(shè)計在基站能耗計算方面采用粗粒度的估算方法，無法準確得到基站能耗與基站覆蓋范圍，小區(qū)用戶服務(wù)時長等因素之間的關(guān)系，從而在設(shè)計過程中無法得到準確的基站能耗特性。（3）傳統(tǒng)設(shè)計方法主要從滿足供電側(cè)需要設(shè)計評估指標出發(fā)，缺少對太陽能基站系統(tǒng)各組成部分可靠性、穩(wěn)定性的評估指標，無法保證儲能電池使用壽命、太陽能利用率等，從而無法保證所設(shè)計太陽能基站系統(tǒng)長時間可靠、經(jīng)濟的工作。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對上述問題，提供了一種可以節(jié)約成本、穩(wěn)定和可靠的太陽能基站能量供給的處理方法。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種太陽能基站能量供給的處理方法，包括以下步驟：獲取部署太陽能基站系統(tǒng)所在地的氣象數(shù)據(jù)和基站的靜態(tài)功率，并在閾值時間內(nèi)統(tǒng)計小區(qū)用戶的服務(wù)請求率和用戶的平均服務(wù)時長；根據(jù)所述基站的靜態(tài)功率、所述小區(qū)用戶的服務(wù)請求率和用戶的平均服務(wù)時長，計算在所述閾值時間內(nèi)所述基站的能耗均值和能量消耗率；根據(jù)所述基站的能耗均值和能量消耗率，計算所述閾值時間內(nèi)儲能電池釋放的總能量，根據(jù)所述釋放的總能量得到所對應(yīng)的儲能電池的容量數(shù)據(jù)；根據(jù)部署太陽能基站系統(tǒng)所在地的氣象數(shù)據(jù)，計算太陽能基站的能量采集率，根據(jù)所述太陽能基站的能量采集率、所述基站的能量消耗率和所述儲能電池的容量數(shù)據(jù)計算得到對應(yīng)太陽能電池板的面積數(shù)據(jù)；所述氣象數(shù)據(jù)包括所述基站所在地的日照強度和溫度。優(yōu)選地，所述方法還包括所述太陽能電池板與所述儲能電池的能量轉(zhuǎn)換步驟。優(yōu)選地，所述基站在所述閾值時間內(nèi)消耗的總能量包括靜態(tài)部分和動態(tài)部分，在所述閾值時間內(nèi)所述基站消耗的總能量為：EBS＝EBS,d/ηBS+EBS,s其中，EBS為所述基站消耗的總能量，EBS,d表示基站能耗的動態(tài)部分，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種太陽能基站能量供給的處理方法，其特征在于，包括以下步驟：獲取部署太陽能基站系統(tǒng)所在地的氣象數(shù)據(jù)和基站的靜態(tài)功率，并在閾值時間內(nèi)統(tǒng)計小區(qū)用戶的服務(wù)請求率和用戶的平均服務(wù)時長；根據(jù)所述基站的靜態(tài)功率、所述小區(qū)用戶的服務(wù)請求率和用戶的平均服務(wù)時長，計算在所述閾值時間內(nèi)所述基站的能耗均值和能量消耗率；根據(jù)所述基站的能耗均值和能量消耗率，計算所述閾值時間內(nèi)儲能電池釋放的總能量，根據(jù)所述釋放的總能量得到所對應(yīng)的儲能電池的容量數(shù)據(jù)；根據(jù)部署太陽能基站系統(tǒng)所在地的氣象數(shù)據(jù)，計算太陽能基站的能量采集率，根據(jù)所述太陽能基站的能量采集率、所述基站的能量消耗率和所述儲能電池的容量數(shù)據(jù)計算得到對應(yīng)太陽能電池板的面積數(shù)據(jù)；所述氣象數(shù)據(jù)包括所述基站所在地的日照強度和溫度；所述根據(jù)所述基站的靜態(tài)功率、所述小區(qū)用戶的服務(wù)請求率和用戶的平均服務(wù)時長，計算在所述閾值時間內(nèi)所述基站的能耗均值和能量消耗率的步驟是通過以下公式實現(xiàn)：其中，為所述基站的能耗均值，為所述用戶的平均服務(wù)時長PBS,s為所述基站的靜態(tài)功率，λm為所述小區(qū)用戶的服務(wù)請求率，T為所述閾值時間，θ表示路徑損耗指數(shù)，R0表示天線遠場的參考距離，R為基站覆蓋區(qū)域半徑，Pmin為滿足用戶服務(wù)質(zhì)量的最小接收功率，κ依賴于基站天線特性和信道損耗，ηBS表示功率放大器的效率因子；所述能量消耗率為所述根據(jù)所述基站的能耗均值和能量消耗率，計算所述閾值時間內(nèi)儲能電池釋放的總能量的步驟是通過以下公式實現(xiàn)的：其中，Edischarge表示所述儲能電池釋放的總能量，表示所述基站的能耗均值，β表示儲能電池的擴散率，e為歐拉常數(shù)，T為所述閾值時間，θ表示路徑損耗指數(shù)；所述根據(jù)所述釋放的總能量得到所對應(yīng)的儲能電池的容量數(shù)據(jù)的步驟是通過以下公式實現(xiàn)的：其中，C表示所述儲能電池的容量，N表示連續(xù)無有效利用太陽能的時間；Edischarge表示所述儲能電池釋放的總能量，l表示儲能電池的放電深度；所述根據(jù)所述太陽能基站的能量采集率、所述基站的能量消耗率和所述儲能電池的容量數(shù)據(jù)計算得到對應(yīng)太陽能電池板的面積數(shù)據(jù)的步驟是通過以下公式實現(xiàn)的：ming(A)×As.t.poutage≤εoutage,pdiscard≤εdiscard,γl≤γ≤γh.其中，Poutage為服務(wù)中斷率，Pr為概...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李宏佳，王恒，陳鑫，王澤玨，霍冬冬，慈松，趙志軍，譚紅艷，
申請(專利權(quán))人：中國科學院聲學研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：