通信基站用高压直流柴油发电机组方案
1．通信电源高压直流供电系统
近年来高压直流柴油发电机组（hvdc）供电系统（区别于常规直流-48v系统）经过实验工程及实验结果已验证了其优越性和发展前景，是未来信息和电信技术设备供电系统的首选方案。由于其众多优点，如系统效率高、可靠性高、成本低和维护费用低，该系统目前已在国内外通信基站的供电系统中逐步推广应用。
高压直流供电系统由多个并联冗余整流器和蓄电池组成，正常情况下整流器将市电交流电源转换为240v、336v等直流电源，供给电信设备和给蓄电池充电。电信设备所需的其他等级的直流电源，由dc-dc变换器变化而来。当市电交流电源停电时，由蓄电池放电为电信设备供电；当市电交流电源长期停电时，由备用发电机组来为电信设备供电和给蓄电池充电。
2．高压直流柴油发电机组的方案
康明斯电力技术有限公司高压直流柴油发电机组箱体中分为三大部分，即控制系统安装位置、发电机组安装位置和消音器间。柴油发电机组位于发电机组间中部，控制系统安装位置和消音器间分置其两端。箱体底部设置有底座油箱，油箱容量可满足20h以上发电所需柴油量。消音器间分隔墙上开有与发电机组散热器尺寸相配合的窗口，散热器紧贴于分隔墙面上，发电机组工作时其热风由窗口进入消音器间后由顶部排气格栅处排去。消音器间留有排水开口，雨水从顶部排气格栅进入后可排掉，不会进入发电机组间。高压直流柴油发电机组结构如图1所示。
高压直流柴油发电机组结构示意图
1-进油口；2-油位计； 3-加油口； 4-底座油箱； 5-消音器； 6-排烟管1； 7-发电机组散热器；8-排烟管2； 9-发电机组； 10-波纹管； 11-控制系统及电源转换箱体； 12-发电机控制系统 ；13-整流器及监控器；14-急停开关； 15-侧面进风格栅； 16-检修门 ；17-排气格栅； 18-箱体； 19-端面进风格栅及空气过滤网
在机箱端面设置有控制系统箱，控制系统箱上部为柴油发电机组控制系统，下部安装有整流器及整流器监控器。箱体外部安装有急停开关，用于出现紧急情况时在箱体外即可实现停机。
因整流器中主要发热元件是大功率半导体及其散热器，功率变换变压器和大功率电阻，发热元件的布局是按发热程度的大小，由小到大排列，整流器采用强制风冷，即利用风扇强制空气对流，在风道的设计上使散热片的叶片轴向与风扇的抽气方向一致，发热量越小的器件要排在整流器风道风向的上风处，发热量越大的器件要靠近排气风扇。
冷却气流经箱体端面通过风格栅及空气过滤网进入箱体内整流器安装部位后，经整流器自带风扇驱动进入发电机组的安装位置，由风力强劲的发电机组散热器风扇驱动排出箱体外，因端面进风格栅主要为冷却整流器引进新风，发电机组冷却空气主要由箱体两侧进风格栅处进风。该空气流动通道使进风量充足，空气流动途径充分通过各散热面，冷却效果满足整个系统的散热要求，同时风力强劲的发电机组散热器风扇可作为相对较弱的整流器冷却风扇的冗余，可保障整流器冷却风扇故障时也可实现对整流器冷却。
柴油发电机组控制系统可实现对柴油发电机组控制以及与整流器监控器通信，其通过rs485接口可实现与有人监控中心的远程控制，既可实现系统的自动测试、自动诊断、自动控制，又可实现电源系统的遥信、遥测和遥控。
柴油发电机组控制系统具有自动、手动、实验三种运行模式。可以对发电机相（线）电压、电流、频率、转速、功率、温度、压力等情况进行实时监控。对过速、油压低、水温高、过电压、欠电压、过频、欠频、过电流、短路、启动等故障能实时报警。可通过对发电机组输出电压及频率与设定值的比较进行自动调节，能自动维持发电机组处于准启动状态，能实现发电机组的急起、自起，能实现柴油发电机组与市电的自动切换。
整流器采用最新的高频开关整流技术，数字化双dsp控制，以及有源pfc、软开关技术，分立式柜体设计，系统具有高可靠性、维护便利、休眠节能等优点，全面满足中、小通信基站、无人值守站的供电需求，为通信机房设备提供智能、绿色、环保、安全、高效的高压直流电源。整流器采用了良好的散热设计、emc设计和可靠性设计，使交流输入电压适应范围、功率因数、功率密度、电磁兼容性、可靠性、转换效率等主要技术指标均非常良好。
整流器采用了热插拔技术，可以在线安装或更换整流模块。整流器具有交流输入过电压、交流输入欠电压、直流输出过电压、直流输出限流与短路保护和散热器过热保护等功能。
发电机组发出的三相电（如可选电压为690v）交流电，由整流器交流输入断路器控制为系统内整流器供电。整流器把交流电整流稳压为稳定的高压直流电（240v/336v），所有整流器并联输出，整流器数量配置应考虑三相负载平衡要求。高压直流柴油发电机组电气原理如图2所示。
图2 高压直流柴油发电机组电气原理示意图
发电机组对外输出时，交流配电状态、整流器状态、直流分路状态都由控制器检测或控制。控制器具有8组干节点告警输出接口，可以组合输出15种不同的系统故障告警。
该高压直流柴油发电机组在发电机的选择上可采用固定转速和变速（习惯称为变频）两种选择，其中变频柴油发电机组在小功率段具有非常明显的优势。变频柴油发电机组包括变速发动机、永磁同步电机和控制模块，能根据负载功率的变化自动调整发动机的转速改变发电机的输出频率和功率，使发电机组始终工作在最节能的状态；变速发动机的机械动力转换为可变频率和可变电压的电源，经过开关电源整流环节输出稳定的恒压直流电，即使在非线性负载和不平衡负载的情况下，也能输出持续、稳定、不间断的电源。稀土永磁中频发电机有很多优势，采用无轴承外转子结构，简单的机械结构使电机具有长寿命，高效率和高可靠性，因无摩擦功率损失，综合效率可达96％以上，远高于小功率的传统定速发电机。配用转速可调发动机后输出功率可调，工作转速范围常处于1200～3000r／min，与负载可实现最佳匹配，功率输出与转速相关而不是主要由喷油量决定，避免发动机因工作在低负载区而造成的积炭等损害，同时没有励磁绕组、轴承等可靠性也大幅提高。
本高压直流供电系统用柴油发电机组，可直接输出稳定的高压直流电（240v／336v），当市电交流电源停电时，可由该方案的高压直流柴油发电机组向通信基站的高压直流供电系统提供电力，实现给通信设备供电和蓄电池充电，同时具有一体化设计移动运输方便，接线简单便捷，转换效率高和可靠性高等优点。避免了常规采用输出电压为单相220v／50hz或三相400v／50hz交流发电机组，其输出需要外加ac-dc电源转换器才能转换升压变为高压直流供电系统所需的dc240v、dc336v等直流电源，接线复杂，无法一体化，且因交流电压相电压为ac220v存在转换效率低等缺点，在匹配目前已在国内外通信基站供电系统中逐步推广应用的高压直流供电系统应急供电方面具有良好性能。
