1、風光互補供電系統(tǒng)結構及原理
　　典型的通信基站供電系統(tǒng)如圖1所示，主要由交流配電、整流器、蓄電池、直流配電等設備組成。市電正常情況下，市電直接給交流負載供電，通過整流器給直流負載供電和蓄電池充電。市電異常情況下，通過蓄電池給直流負載供電，或通過手動或自動切換由燃油發(fā)電機供電。綜合通信基站供電系統(tǒng)的應用特點，主要包括3個方面：（1）負載24h連續(xù)運行，負荷平穩(wěn);（2）配置一定容量的蓄電池組;（3）整流器的輸出特性滿足蓄電池充電要求，輸出電流與蓄電池充電狀態(tài)相關。

圖1  通信基站供電系統(tǒng)原理框圖

　　風光互補供電系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池組、直流負載等部分組成，該系統(tǒng)是集風能、太陽能及系統(tǒng)智能控制技術為一體的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，系統(tǒng)結構如圖2所示。

圖2  通信基站風光互補節(jié)能供電系統(tǒng)原理框圖

　　系統(tǒng)采用經實踐確認可行的直流接入模式。風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組通過控制器直接給基站蓄電池組充電和負載供電。直流接入所需設備較少，除風力發(fā)電機和控制器外，無需增加額外設備，不足之處是直流接入無法直接為交流負載供電。直流接入充分利用基站供電系統(tǒng)的現(xiàn)有設備，比較符合基站供電的特點，系統(tǒng)簡潔可靠，能量轉換效率較高，比傳統(tǒng)經逆變器供電的方式提高效率20%左右。
　　2、通信基站風光互補供電系統(tǒng)設計
　　2.1、通信基站情況
　　通信基站位于湖南中部某鄉(xiāng)一個山頭上，海撥高約1092m，且南北走向地勢開闊，太陽能和風能資源較為豐富，年平均日照時數(shù)約為2000h，年平均有效風時數(shù)為2500～3000h，全年平均風力3～8級。該移動通信基站為1層樓房，含有柴油發(fā)電機房，基站載頻數(shù)量為6個，2組500Ah蓄電池，設備總功耗大約為1kW，無空調。
　　2.2、系統(tǒng)設計優(yōu)化方案
　　2.2.1、蓄電池容量計算
　　由于蓄電池是整個系統(tǒng)的后備電源，蓄電池的性能優(yōu)劣直接影響整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，故選用的閥控式密封鉛酸蓄電池要符合YD/T799—2002的要求，閥控式密封膠體蓄電池要符合YD/TI360—2005的要求?；驹O備為直流-48V供電，故需采用48V蓄電池或蓄電池組。按基站的重要程度，一般來說整個系統(tǒng)的后備工作時間要能達到3天的時間。但根據(jù)當?shù)貧庀笄闆r分析，早晚風力較大，中午陽光較強，無風無光日較少，且有市電接入，蓄電池容量配置為滿足基站內所有用電設備1天需求即可。
　　系統(tǒng)總負載所需的蓄電池容量為：
　　Cb=（I&TImes;T&TImes;K）/（η&TImes;〔1+α（t-25）〕）
　　=100048×1×24×1.25/（1×〔1+0.006×（0-25）〕）
　　=625/0.85=735.29Ah
　　式中Cb為蓄電池的容量;I為負荷電流（A）;T為放電小時數(shù)（h）;K為安全系數(shù)，K=1.25;η為放電量系數(shù)，η=1;α為電池溫度系數(shù)（1/℃），α=0.006;t為電池實際所在地最低溫度，按0℃考慮。
　　經過取整后，蓄電池的容量應為800Ah/48V，現(xiàn)有的2組500Ah/48V蓄電池組可滿足系統(tǒng)要求。
　　2.2.2、光伏電池板、風機配置
　　據(jù)當?shù)貧庀蟛块T資料全年風力3～8級，即風速為3～20m/s，年平均日照時數(shù)約為2000h。作為節(jié)能供電系統(tǒng)，光伏電池板和風機的容量配置如表1。

表1  光伏電池板、風力發(fā)電機配置表

　　風力發(fā)電機組的額定功率與額定風速選擇原則：雖然風能本身并不需要使用費用，但作為實現(xiàn)能量轉換過程的發(fā)電設備卻需要成本，在節(jié)能減排風光互補供電系統(tǒng)中，風力發(fā)電機組的效率直接關系減排的效果，也直接關系投資的回報。相同額定功率的風力發(fā)電機組，額定風速不同時，發(fā)電量差別非常大。風力發(fā)電機組的額定功率必須與額定風速聯(lián)系起來才有意義。以9m/s額定風速與11m/s額定風速的2臺1kW額定功率風力發(fā)電機組相互比較，在5m/s的年平均風速和瑞利分布風速條件下，9m/s額定風速機組年發(fā)電量約2628kWh，而11m/s額定風速僅為1825kWh，低額定風速機組比高額定風速機組多發(fā)了44%的電能。圖3給出了2kW風力發(fā)電機功率曲線。圖4給出了年平均風速分別為4m/s，5m/s，6m/s，7m/s時，低額定風速機型與高風速機型的年發(fā)電量差別。

　　圖3  風力發(fā)電機功率曲線

圖4  不同額定風速風力發(fā)電機組年發(fā)電量比較

　　當以節(jié)能減排為目的新能源供電系統(tǒng)大規(guī)模推廣時，安裝地點的風速資源參差不齊，但通常低風速資源較多，風速資源豐富區(qū)少，因此，選擇低風速機型尤顯重要。