混合Solar-RF收发站能源基地

文摘

基本收发站(BTS)电信基础设施,促进用户设备之间的无线通信和电信运营商的网络。他们被部署在合适的地方有很多自由传播环境无线电频率(RF)和太阳能的能量。本文旨在将收到周围环境能源转化为可用的电力站。我们提出了一个混合从射频能量收集系统可以收集能量和太阳能能量在同一时间。来源结合提供大量,为运营支出,降低能源成本,并提高能源效率的基站站点在农村地区最常见的可再生资源,因为基站是蜂窝网络的主要消费者。混合动力系统与电路设计、模拟和比较来显示他们的基站性能良好。PSIM、变形杆菌和MATLAB软件用于模拟评价混合动力系统的电压和电流输出,满足电力需求。设计和仿真结果表明了该方法的可行性与电池存储,不仅可以部署在现实基站也为其他电气操作系统。

1。介绍

无线通信系统最重要的一个技术促进全球经济和社会发展。蜂窝系统,如长期演进(LTE),设计假设移动设备连接到一个基站进行通信。基站接收和传输数据的移动用户,称为基本收发站(BTS)。由于电信基础设施越来越无处不在,有很多基站部署以满足无线服务覆盖。特别是,五十亿多新客户使用无线移动网络服务在世界各地被添加到2010年(1]。根据无线世界研究的论坛,2020年、七万亿年无线设备将为七十亿人(2]。然而,广泛的用户数量的增长,新的无线产品的需求服务的质量,和服务使用倍上升导致能耗增加等网络,特别是对BTS。有许多研究成果考虑节能模型操作和体现能源消耗为蜂窝网络(3- - - - - -5]。然而,世界仍是希望进一步节能的方法这样的网络。

最近,BTS部署在很多地方包括农村和偏远地区,可能没有可持续的电网电力系统。这促使研究人员寻找其他资源来满足电力需求。总的来说,所需的权力支持BTS在桌子上1。此外,无线通信服务的数量越多,消耗更多的权力将在电台网络。

至少有两个长处激励使用绿色或可再生能源资源。首先,这是至关重要的减少环境影响气候变化引起的有限公司₂和其他温室气体在大气中,从化石燃料的使用排放主要资源来产生电能。所有网络提供商需要减少电费的竞争力的目的。第二,当能量收集技术的使用越来越多,对电网的依赖或化石燃料会显著降低。这导致减少运营成本为电台旨在减少服务成本。因此,能量收集技术被认为是支持网络,不仅在电台也在其他低能耗消费设备。

能量收获(EH)或能量收集是一个非常有前途的技术应用,电池是不切实际的和/或电网网络是不可持续的。实现能量从环境资源,如太阳能、振动、热、风、和无线电频率(RF)。的收获能量强烈依赖于性能,具体材料和环境资源如表所示2(6]。基于此,许多应用程序使用不同的呃技术去提高他们的性能和服务质量。目前,收获能量可以支持许多electricity-operated系统,如无线传感器网络(6,7),低功率消耗设备、机器人、无人机(8- - - - - -10),甚至轮椅(11延长运营时间。嗯技术可以结合收集能源不仅从单一来源也从一些合适的环境资源,称为混合,为特定的应用程序(提供足够的能源12,13]。

在本文中,我们提出一个混合EH系统功率BTS作为备份系统后,电池和发电机可能不执行。如图1,混合动力系统可以与其他备份系统共同努力,BTS提供供电的最佳解决方案。两种最常见的资源,比如射频和太阳能能量收集支持系统。不同于现有的工作,该方法提供了足够的能量来支持工作BTS以及可持续的网格在良好的状态。我们设计的系统在不同的情况下使用独立的嗯和混合嗯和比较系统的有效性。所有的电路设计和运行提供了不错的效果。结果显示足够的权力BTS,支持通信网络工作在良好的条件。

剩下的纸是解决如下。部分2提供了系统模型。部分3介绍和分析了组件的混合solar-RF供电系统。仿真和结果中提到的部分4。最后,结论和未来的工作中解决部分5。

2。系统模型

在本节中,混合动力系统的全貌与所有组件建模为目的的BTS收获能量支持。图2给出了模型的混合动力系统。混合动力系统由太阳能电池等主要部件,RF收割机,一个共同的直流总线,稳定剂系统,备份电池。太阳能系统由光伏(PV)数组。翻译他们应用的最大功率点跟踪(MPPT)方法来调整boost变换器的工作周期来实现高电压。

天线接收到的射频能量从周围的环境中。匹配电路的主要功能是加强整流器的输入电压,减小整流天线的传输损耗。整流器用于转换交直流电压。之后,太阳能电池的输出电压和射频能量将提供boost变换器来加强这些电压向更高水平发展。稳定剂系统将获得提高变频器的输出电压和电压产生一个适合BTS系统。备用电池系统用于存储电力混合动力系统时在峰值功率点,然后使用电力系统不可用。

3所示。该混合动力系统

在本节中,详细讨论的所有主要组件的相关函数和方程。

3.1。直流-直流提升转换器

直流-直流提升转换器用于加强输入电压越高电压(14]。boost变换器配置包括主要的输入功率,一个电感,MOSFET晶体管,电容,二极管,和加载,如图3。MOSFET晶体管打开和关闭在一定频率和特定的工作周期。在MOSFET,感应器将储存电流通过它,和二极管防止不必要的电容器的放电源。在MOSFET,电容器将完全充电源和后向负载提供电力。boost变换器有两种模式MOSFET晶体管和MOSFET晶体管关闭。在这里,是提高变换器的电压源,是输出电压,是时间的百分比,电感器的电感,休班的周期。的和是MOSFET打开或关闭的时间间隔,分别。

输入和输出电压之间的关系如下:

同样,休班的周期可以表示如下:

电感的作用和责任周期如下公式所示:

MOSFET的就像一个导体(MOSFET晶体管打开),如图4(一)。输入电流只会流电感。整个源电力存储在电感器显示在方程(5)。在此期间,电压是恒定的,但目前的增加。因此,电感器的存储能力逐渐增加。 当MOSFET晶体管关闭,如图4 (b)。供电不仅是输入功率也存储电感在MOSFET的力量模式。基于能量转换理论,当供电,电源提供的负载也将增加在方程(6)。供电将收费电容器和供应负载在同一时间。

3.2。巴克转换器

图5描述了巴克转换器的方案。boost变换器的基本区别,巴克转换器的位置变化等三个主要电器元件MOSFET晶体管,电感、二极管。这改变电路的特性,将高电压转换成低电压(15]。MOSFET晶体管打开和关闭在一定频率和特定的工作周期。一个电感限制了流动电流防止电容器,但当从MOSFET变化,电流通过电感器不能改变瞬间。电感器将迫使当前保持流经开关即使我们打开它,这是一个极其危险的现象,所以二极管用于保持电流不同的道路当MOSFET。最后,电容器用于存储的电压。巴克转换器有两种模式MOSFET晶体管和MOSFET晶体管关闭。在这里,是提高变换器的电压源,是输出电压,是时间的百分比,电感器的电感,休班的周期。

电感的作用和责任周期如下公式所示:

开关关闭时,输入电流不流。电容器的电流将流过负载,二极管,电感器。当前不断流经电感时,开关是关闭的这有助于防止危险现象瞬间增加电流。

休班的周期表示为

3.3。MPPT算法

基本的翻译和自适应MPPT算法研究了分布式光伏发电系统的能量最大化生产的光伏模块。MPPT使用一个固定的步长,如扰乱和观察(P&O)和增量电导,遭受跟踪精度和跟踪速度之间的权衡。在本文中,我们使用P&O算法。P&O算法操作变化的基本原则( )PV电压( )和变化( )光伏发电( )在最大功率点成为零(MPP)。翻译的原则MPPT算法如图6和表3。

3.4。电压乘法器

电压乘法器(VM)将交流输入源从一个较低的电压较高的直流电压。VM包括二极管和电容器。因为输入是一个交流源,操作分为两个循环,如图7。

在第一个循环,电流流过二极管电容器和费用 ,但目前不能收费的二极管因为当前的被二极管。之后,第二个循环,电流流向二极管的二极管和费用 ,但目前被二极管 。输出电压等于电压的二极管 ,如方程所示(8),因为二极管电池放电电流的方向。阶段的数字越高,输出电压越高可以实现(16]。

4所示。分析和讨论

在这部作品中,提出电力系统供电48 V和52 BTS系统。因为结算时间成反比的输出值,我们需要权衡之间的沉降时间和输出值。我们的目标收获后20 v直流射频能量使用电压乘法器和100 VDC太阳能使用boost变换器后在适当的沉淀时间。混合动力系统的电流小于2,但所需的电流比这个结果。因此,混合动力系统的输出值需要加强大值以达到一个高输出电流。创建52和48 VDC输出值,输出值的混合solar-RF提高转换器和稳定剂处理的能量系统。直流-直流提升转换器是用来加强电压400伏直流。稳定剂和适配器系统使所需的电流和电压输出稳定。模拟的问题,解决了在PSIM,变形杆菌和MATLAB仿真软件。

4.1。混合Solar-RF能量收获

太阳能和射频能量丰富的周边环境底部收发站(BTS)系统。因此,混合收获可再生能源包括太阳能,射频能量利用这些丰富的资源。混合动力系统能够收获20 100 VDC从射频能量和直流太阳能电池。

4.2。射频能量收获

电压倍增器(VM)用于将交流转换为直流电压和加强更高的电压。VM的阶段数量直接影响到输出电压。VM的阶段数越高,输出电压越高达到[8VM),但缺点是延迟时间。在射频系统中,我们选择7-stage电压倍增器收获电压提高到所需的值。7-stage VM,更长时间的电压倍增器,输出电压越高能够实现(17]。为了平衡和输出电压之间的延迟时间,我们的目标就20从射频能量系统直流电压。在图8输出电压达到20 VDC仅仅25秒,所以结果是满足期望的输出值和延迟时间。因此,射频能量满足20直流电压,大约20%的混合动力系统的能量。

4.3。太阳能收集

我们假设太阳能电池板的电压收获从周围环境是20伏直流。收获电压需要提高太阳能系统电压越高。太阳系包括boost变换器和最大功率点跟踪翻译(MPPT)加大电压效率高(所需的值18- - - - - -20.]。图9介绍了独立太阳能光伏系统的输出值。输出电压100伏特和输出电流1.2方法大约6秒钟,这些值保持到最后的模拟。大约有80%的混合动力系统的能量是由太阳能光伏系统。

4.4。提高转换器

原来的电压和电流从环境资源不适合BTS的供应系统,需要大电流和低直流电压。为了有一个高输出电流,输入电压和电流将加大了伟大的价值观。通过使用boost变换器,收获120 VDC的力量将推动400 VDC, 82。

在数据10 ()和10 (b),输出值是伟大和短时间达到这些值。然而,boost变换器的缺点是波动的输出。在图10 (),从350到450伏直流电压振荡,当前也振荡,如图10 (b)。显然,提高变换器的输出值有明显的波动,对电力系统造成负面影响。为了解决这个问题,稳定剂系统用于生成适合BTS系统的电压和电流。

4.5。稳定剂和适配器系统

稳定剂系统的主要功能是创建所需的电压和电流输出稳定供应基地收发站(BTS)系统。稳定剂包括buck变换器和控制器。巴克转换器用于电压下台,但是很难得到期望的输出值,而控制部分。控制器是行列式完全创建所需的输出通过控制MOSFET的buck变换器的开关。

利用稳定剂系统,400 100伏直流电压和电流下台48 VDC, 52,如图11这些输出值,到达的时间大约一分钟。稳定剂的稳定时间的输出取决于boost变换器的输出值。提高转换器的输出值越高,稳定剂稳定时间越短的输出。

4.6。讨论

BTS射频是充足的数量,以及发电系统是相当大的贡献。BTS权力是由两个主要来源和两个备份资源,这是混合solar-RF能源、网格资源,发电机和电池。因为BTS系统有不同的来源,提供电力系统需要多方面地操作,以避免中断负荷提供力量。供电系统分为三种模式取决于源优先向负载供电。混合能源是当务之急,然后网格来源。电池只可用时使用上述两种来源并不满足。在正常模式,第一个选择是混合能源系统(他),BTS系统供电和充电电池在同一时间。当他不足以满足电力需求,提供的能源短缺将网格仅仅被认为是一个备份。在不同寻常的情况下,当网格是不可用的,他也不充分,BTS由电池提供电能。在电池使用,如果网格或他是可用的,提供的BTS系统和电池网格或他。 In the last case, if the batteries run out, the generator is used to supply power for the system.

5。结论和未来的工作

在这项工作中,我们提出一种新的混合动力能量收集系统等特定目的驱动通信网络的基站。混合solar-RF能源系统设计,模拟,计算评估结果。结果表明,该系统能提供52和48 VDC的BTS就足够了。混合动力系统驱动2.5千瓦电力有助于减轻巨大的电力提供的网格。因此,提出了电力系统贡献积极的环境和经济方面。结果表明承诺,它可能是实际部署放松能源供应的负担。这也支持移动BTS在不同领域的工作,需要沟通能力增加。

自源的管理权力尚未提到,这将是接下来的步骤来改善系统。此外,可以改善提高变换器的效率和巴克转换器利用模糊和粒子群优化方法来控制MOSFET的工作周期。最后,我们要减少功耗在MOSFET开关模式通过改变硬切换到软切换。工作装置打开和关闭在零或接近零电压或电流。

数据可用性

本研究中使用的数据的都在手稿。我们愿意提供的所有数据。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢太原科技大学(TNUT),越南的支持。

引用

1. n镇上m . y .默罕默德o·贝洛,a . Abdulkarim答:约翰,和m . Gumel”节能通过网站优化移动蜂窝系统收发器(基地站优化),“认知科学、工程和技术,卷2,不。1,26-33,2012页。视图:谷歌学术搜索
2. k . David d .武断的话,n . Jefferies“2020愿景”,IEEE车辆技术杂志,5卷,不。3月22,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. 缘分,x通用电气,l, m·乔·m·陈和j·张,“重新思考能源效率模型的蜂窝网络体现能量,”IEEE网络,25卷,不。2,40至49,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. h . Boostanimehr z哈桑,v . k . Bhargava“绿色蜂窝网络:一项调查显示,一些研究问题和挑战,”IEEE通信调查和教程,13卷,不。4、524 - 540年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. a . Spagnuolo Vetromile, r . Formosi a•佩崔格利亚和c . Lubritto”监控和优化能源消费基本收发站,“能源卷,81年,第293 - 286页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. m·t·阮”,在无线传感器网络能量收获:好处和挑战,”ics跨学科交易云计算、物联网、大数据,4卷,不。1、1 - 3,2020页。视图:谷歌学术搜索
7. f·k·谢赫和美国Zeadally”,在无线传感器网络能量收获:一个全面的审查,”可再生能源和可持续能源的评论,55卷,第1054 - 1041页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. 诉t . Vu t . v . Quyen l . h . Truong a . m . Le c . v .阮和m·t·阮“节能方法在无线传感器网络中,”在计算机网络和通信ics的事务》第六卷,没有。1、1 - 10,2020页。视图:谷歌学术搜索
9. c·范·阮t . Van Quyen a . m . Le l . h . Truong和m·t·阮“先进的混合动力能量收集系统无人Ariel车辆(无人机)”科学技术的进步和工程系统杂志,5卷,不。1,34-39,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. m·t·阮c . v .阮l . h . Truong et al .,“基于电磁场wpt无人机技术:一个全面的调查,“电子产品,9卷,不。3,p。461年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. c . v .阮m·t·阮t . v . Quyen et al .,“混合solar-RF能量收集系统的电动轮椅、”电子产品,9卷,不。5,752年,页2020。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. Chowdhury a和s·阿齐兹,”Solar-diesel混合能源模型基础收发站(bts)的移动电话运营商,”第二次国际会议的发展可再生能源技术(ICDRET 2012),页1 - 6,达卡,孟加拉国,2012年。视图:谷歌学术搜索
13. t . v . Quyen c . v .阮a . m . Le和m·t·阮“优化混合动力能量收获无人机的机制,”EAI支持能源网络上交易,7卷,不。28日,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. p . Sanjeevikumar和k . Rajambal超高压直流-直流提升转换器拓扑结构和简单的控制策略,”建模和模拟在工程ID 593042条,卷。2008年,8页,2008。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. h . Endo、t .山下式和t . Sugiura“high-power-factor巴克转换器”PESC 92年纪录。第23届IEEE电力电子专家会议,页1071 - 1076,托莱多,西班牙,1992。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. k·k·a·戴维n . m .喧嚣和c k . Chakrabarty”优化的倍压器阶段rf-dc转换器模块的能量收获,”电路与系统,3卷,不。3、216 - 222年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. t·r·安萨里答:汗,安萨里,“无线充电的移动电池通过射频能量收集系统的优化,“国际科学与工程研究杂志》上》第六卷,没有。7,942 - 949年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. m .公园和I.-K。Yu”,翻译研究的最优电压mppt获得的太阳能电池的表面温度,”IEEE 30年会的工业电子社会,2004年。IECON 2004,3卷,第2045 - 2040页,2004年韩国釜山。视图:谷歌学术搜索
19. g·沃克et al .,“翻译评估mppt变换器拓扑使用matlab光伏模型,”《电气与电子工程,澳大利亚,21卷,不。1,49页,2001年。视图:谷歌学术搜索
20. j·l·桑托斯·安图内斯,A . Chehab和c·克鲁兹,“光伏系统最大功率点跟踪器使用高性能提升转换器,”太阳能,卷80,不。7,772 - 778年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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