一种电池包对通信电源供电设备的闭环逆变电能转换方法及装置与流程

本发明涉及电能转换，尤其是指一种电池包对通信电源供电设备的闭环逆变电能转换方法及装置。

背景技术：

1、通信电源柜是移动通信基站、电力通信设施等通信系统的核心供电保障设备，直接决定通信网络运行的稳定性与可靠性。目前，传统通信电源柜体的标准化配置主要包括交流输入模块、交直流转换模块、内置箱体锂电池、显示控制单元及数据传输单元（fsu），其常规供电模式以交流市电为核心输入，通过交直流转换模块将交流电转换为通信设备所需直流电，同时利用柜体内置锂电池作为断电备用电源，实现市电正常时稳压供电、市电中断时短时应急备电的工作模式，是现阶段通信站点常态化供电的主要方案。

2、然而，现有通信电源供电体系在实际应用中存在显著的技术缺陷与场景局限性。一方面，传统通信电源的备用储能单元仅为柜体小型内置锂电池，电池容量有限、储能时长较短，仅能满足短时断电应急需求，无法适配长时间、大范围的断电供电场景；另一方面，现有通信电源设备仅支持市政市电单向供电、内置电池单向备电的工作模式，供电能源来源单一，缺乏外接大容量储能设备的适配接口与电能转换调控能力。尤其在电力设施故障、自然灾害抗灾救援、野外临时基站搭建、偏远无市电区域通信部署等特殊场景中，市政供电网络极易中断且难以快速恢复，传统通信电源依赖内置小容量锂电池的备电模式会快速失效，导致通信站点断电停运，严重影响应急通信保障、灾害救援指挥及野外通信服务的连续性。目前行业内虽有部分外接储能供电方案，但多为通用型储能设备，无法与新能源电动汽车电池包精准适配，缺乏与电动汽车bms电池管理系统的通信交互能力，无法精准调控电动汽车电池母线电压的通断与电能输出，难以将电动汽车大容量电池包的电能高效、稳定转换为通信电源可用电能，同时无法实现电网对电动汽车电池包的反向充电，不具备双向充放电功能，能源利用率低、供电稳定性差，无法满足特殊场景下通信设备长期、稳定的不间断供电需求。

3、新能源电动汽车电池包具备容量大、储能充足、移动性强、可快速部署的优势，是优质的移动式储能资源，但目前该类车载储能资源尚未与通信电源系统形成适配的电能交互体系，无法实现车载电池储能与通信供电系统的双向能源互通，大量移动式储能资源未能在应急通信供电场景中得到有效利用，造成储能资源的严重浪费。综上，当前通信电源系统存在供电模式单一、应急续航能力不足、无法适配车载大容量储能，难以适配复杂应急及特殊场景的通信供电需求。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中供电模式单一、能源利用率低、供电稳定性差，无法利用电动汽车大容量移动储能为通信电源供电的问题。

2、第一方面，为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池包对通信电源供电设备的闭环逆变电能转换方法，包括：

3、s1、实时采集通信供电设备负载侧的交流输出电压、工作电流和实时功率因数；根据所述交流输出电压、所述工作电流和所述实时功率因数，动态计算所述通信供电设备负载侧的目标输出有功功率；根据预设电路转换效率和目标输出有功功率，计算电能变换单元直流侧的所需输入总功率；

4、s2、采集电池包的母线直流电压；根据所述母线直流电压和所述所需输入总功率，计算得到逆变器直流侧的目标输入电流；将所述目标输入电流分别与逆变器额定直流电流、所述电池包的最大允许放电电流进行比对限幅保护计算，得到硬件最大允许电流；

5、s3、判断所述目标输入电流是否大于所述硬件最大允许电流，若是，则将所述硬件最大允许电流作为有效目标输入电流；反之，则将所述目标输入电流作为有效目标输入电流；

6、s4、根据所述有效目标输入电流，利用转换电路将所述电池包的高压直流电转换为供电交流电，并将所述供电交流电输入至所述通信供电设备负载侧；

7、其中，所述转换电路包括逆变电路；所述逆变电路包括功率开关管；在所述转换电路运行过程中，实时采集所述通信供电设备负载侧的实际交流电压与实际交流电流；根据所述实际交流电压与所述实际交流电流，构建闭环控制调节模型；根据所述闭环控制调节模型计算逆变桥脉冲宽度调制占空比，动态修正所述功率开关管的驱动信号，对所述供电交流电的电压、电流进行实时闭环调节，实现交流电能稳定输出，完成所述电池包对所述通信供电设备供电。

8、在本发明的一个实施例中，所述s1之前，还包括获取电池包的bms控制器的通信报文，并依次对所述电池包进行物理电缆连接确认、低压辅助上电、充电握手、充电参数设置、预充电流程，导通所述电池包的母线dc+、dc-接触器，将所述电池包的高压直流电输出至外接输出线缆上。

9、在本发明的一个实施例中，所述s4中，利用转换电路将所述电池包的高压直流电转换为供电交流电的步骤为：

10、所述转换电路还包括降压电路；所述降压电路以所述有效目标输入电流为控制目标，将所述高压直流电降压至稳定固定中间直流电；

11、所述逆变电路通过所述功率开关管、lc滤波电路将所述稳定固定中间直流电正弦化，并转换为供电交流电。

12、在本发明的一个实施例中，所述降压电路采用隔离型降压拓扑；所述逆变电路采用大功率全桥逆变拓扑。

13、在本发明的一个实施例中，所述目标输出有功功率的数学表达为：

14、;

15、其中，表示目标输出有功功率，表示负载侧交流输出电压有效值，表示负载侧工作电流有效值，表示实时功率因数。

16、在本发明的一个实施例中，所述闭环控制调节模型的数学表达式为：

17、;

18、其中，表示逆变桥脉冲宽度调制占空比,表示比例系数，表示积分系数,表示交流输出电压实时偏差值,表示当前实时采样时刻。

19、在本发明的一个实施例中，所述目标输入电流的表达式为：

20、;

21、;

22、其中，表示目标输入电流,表示电能变换单元直流侧的所需输入总功率,表示补偿后目标输出有功功率,表示预设电路转换效率,表示电池包的母线直流电压。

23、第二方面，为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池包对通信电源供电设备的闭环逆变电能转换装置，用于实现上述的一种电池包对通信电源供电设备的闭环逆变电能转换方法，包括：

24、第一采集与计算模块，用于实时采集通信供电设备负载侧的交流输出电压、工作电流和实时功率因数；根据所述交流输出电压、所述工作电流和所述实时功率因数，动态计算所述通信供电设备负载侧的目标输出有功功率；根据预设电路转换效率和目标输出有功功率，计算电能变换单元直流侧的所需输入总功率；

25、第二采集与计算模块，用于采集电池包的母线直流电压；根据所述母线直流电压和所述所需输入总功率，计算得到逆变器直流侧的目标输入电流；将所述目标输入电流分别与逆变器额定直流电流、所述电池包的最大允许放电电流进行比对限幅保护计算，得到硬件最大允许电流；

26、判断模块，用于判断所述目标输入电流是否大于所述硬件最大允许电流，若是，则将所述硬件最大允许电流作为有效目标输入电流；反之，则将所述目标输入电流作为有效目标输入电流；

27、电能转换模块，用于根据所述有效目标输入电流，利用转换电路将所述电池包的高压直流电转换为供电交流电，并将所述供电交流电输入至所述通信供电设备负载侧；其中，所述转换电路包括逆变电路；所述逆变电路包括功率开关管；

28、其中，所述电能转换模块包括调节子模块，用于在所述转换电路运行过程中，实时采集所述通信供电设备负载侧的实际交流电压与实际交流电流；根据所述实际交流电压与所述实际交流电流，构建闭环控制调节模型；根据所述闭环控制调节模型计算逆变桥脉冲宽度调制占空比，动态修正所述功率开关管的驱动信号，对所述供电交流电的电压、电流进行实时闭环调节，实现交流电能稳定输出，完成所述电池包对所述通信供电设备供电。

29、在本发明的一个实施例中，还包括辅助电源模块，用于通信初期输出预设电压信号对所述电池包的bms控制器进行唤醒。

30、在本发明的一个实施例中，还包括电池状态监测模块，用于实时获取所述电池包对所述通信供电设备供电过程中所述bms控制器发送的电池状态报文和充电需求报文，动态匹配供电输出参数；当接收到所述电池包停机异常报文或电池剩余电量低于放电阈值时，控制所述电池包的电能变换输出。

31、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下有益效果：

32、（1）本发明所述的一种电池包对通信电源供电设备的闭环逆变电能转换方法及装置，构建了负载功率换算、双阈值电流限幅、电能变换及闭环稳压的一体化供电控制逻辑，相较传统逆变供电方案优势显著。本发明采集通信负载电压、电流及功率因数精准计算目标有功功率，结合转换效率折算直流输入功率，可动态适配通信设备波动负载工况，提升电能利用率。同时通过动力电池与逆变器双重电流阈值限幅校正输出电流，有效规避电池过流、逆变器过载故障，大幅提升供电安全性。利用负载电参量闭环调节模型实时修正逆变脉冲宽度调制占空比，精准校正输出电能参数，抑制波动偏差，保障工频交流输出稳定优质，满足通信设备严格供电需求，整体控制逻辑闭环可靠、实用性强。

33、（2）本发明采用隔离型 dc-dc 降压结合全桥 dc-ac 逆变的两级分层电能变换架构，针对电池包宽范围高压电压波动特性，先将大幅波动的高压直流电稳压为恒定、稳定的中间母线电压，有效隔绝电池侧电压波动、压差跳变对逆变输出的影响，使后级逆变电路始终维持在最优稳定工作区间运行。