蓄電池組遠程運維系統

概述

現在運行在變電站和發電廠等場所的直流後備電流系統，随着長時間使用，出現了較多的問題，由其是蓄電組部分，這些場所的電池組均為多隻電池串聯而成，隻要有一隻電池出現問題，就會造成整組電池無法對外供電的問題；現有電池組一般隻監測了電池組的電壓，有些連單隻電壓都沒有監測，不能提前發現落後電池，當需要電池組供電池，才發現不能供電；電池組一般一年至少進行一次核容放電，放電時要接入後備電源，需要人員到場，需要較多設備，記錄數據也有限，不能實現自動或遠程控制核容放電，實時記錄單隻電池數據，進行分析，即浪費大量人力物力，效果也不夠理想。基于以上情況，有需要研制一種遠程可控的自動運維系統。 

特點

1．蓄電池組分為多個小組時行管理

2．每個小組電池經DC/DC升壓後對直流母線供電

3．整個蓄電池組經二極管隔離後對直流母線供電

4．每個小組電池設置獨立充電裝置

5．單隻電池安裝有續流裝置，如出現單電池開路現象不影響整組對外供電

6．可在線對單個小組電池進行充、放電操作，不影響系統

7．整個直流系統不需要設置降壓裝置，母線電壓由DC/DC升壓模塊

8．每個小組電池容量允許有差異，不影響整組電池對外供電

9．現場監控設置有多種傳感器，如氣體，溫度，濕度等

10．整個裝置可以運行于自動狀态也可以進行本地或遠程控制

11．可以定期均充，定期核容

12．系統設置有遠程數據接口，可實現遠程管理

13．後台軟件采用BS結構設計，隻要在網絡内，任何設備可以查看監控數據

14．在服務器端可以存儲所有電池組的所有運行數據，可以通過大數據分析預估電池組狀态

系經組成

現場部分

蓄電組分組管理部分

蓄電組管理部分原理如圖1所示：

以220V系統采用2V電池為例說明，分組及管理方式與電池容量無關，整組采用100隻電池，分為4小組；

運行分析：蓄電組正常是運行在浮充狀态的，2V鉛蓄電池的浮充電壓為2.25V，整組電池電壓為 

2.25*100=225V 

符合直流系統運行電壓要求；DC/DC輸出電壓設置為230V，符合系統電壓要求；因有隔離二極管的設置，此電壓不會對蓄電池組進行充電；出現單小組均充情況：系統要求同一時間隻能有一小組處于均充狀态，此時整組電壓 

2.35*25+2.25*75 = 227.5(V) 

低于DC/DC輸出電壓，不會出現整個蓄電池組對外供電情況，因此可以對單個小組逐個進行均充操作；

整個系統出現過載現象時，DC/DC模塊輸出功率達不要求時，DC/DC模塊運行在限流輸出狀态，此時直流母線電壓會有所下降，當低于整組電壓-VD(二極管正向導通壓降0.5~1V)時，整個蓄電組經過二極管對直流母線供電，可以提供足夠的功率電流；

整個系統出現短路時，整個蓄電池組直接經過隔離二極管對直流母線供電，以提供足夠的電流使短路部分斷路器脫扣或熔絲熔斷，

以上兩咱工作狀态和傳統電源基本相同。

在蓄電池組對外供電時，如果出現單隻電池開路現象，因單隻電池上安裝有續流二極管，電流可以流經二極管而不流經已開路的電池。原理如圖2-a，電池正常時的電流流向，圖2-b，電池開路時的電流流向。

單小組核容時，其它三組運行正常的浮充狀态，調整本小組DC/DC模塊輸出壓為232V，工作于限流狀态，限流值0.1C10，如果達不到要求的電流，需要另外投放部分負載，由集中監控負責；當放電結束時的整個蓄電池組的電壓為： 

1.8*25 + 2.25*75 = 213.75(V)

電壓符合直流系統運行的要求。 

說明：電壓設置參照104隻電池，不設置矽降壓的系統。隔離二極管和續流二極管選擇，一般按照電池組容量選擇即可，比如100Ah電池組，二極管選100~200A即可，二極管短時過載電流為15~30倍額定電流。

隔離裝置和續流裝置：宜選擇二極，不宜選用MOS管或IGBT等，原因1：二極管抗沖擊電流可以達到15~30倍額定電流，MOS管隻能達到3倍額定電流；MOS管和IGBT導通和關閉是需要控制的，而二極管是不需要控制的，如果控制出錯，要不達不到續流、隔離功能，要不就會烤壞。雖然MOS管壓降更低，晶體管要達到0.5~1V左右；顯然采用二極管方式更為合适。

集中監控部分

集中監控框圖如圖3

要求：單隻電池巡檢，要求可以至少能測量單電池的端電壓、溫度、内阻，至少提供兩路後台接口，一路與站内綜自裝置通訊，一路與遠程服務器通訊，接口型式和數據協議與後台協商。

集成蓄電池組的管理，包括定期均、浮充管理；定期核容管理；所有數據收集上送處理；

記錄系統運行狀态，至少可以保存1周時間的運行數據，500條觸發記錄，記錄至少包括母線電壓，正、負母線對地電壓，母線電流，輸出開關狀狀态、防雷器狀态、輸出開關等。

其它要求與傳統電源相同。 

服務器部分

1．服務器軟件采用BS架構，設置大容量數據庫

2．網絡服務器，收集各個變電站的電池數據，進行存儲分析

軟件部分：

1．集中監控需能夠提供對網絡服務器的數據接口，數據傳輸可以滿足實時性的要求；

2．網絡服務器，可以接收各個現場監控器上送的數據報文并能進行解析存儲；

3．網絡服務器，需要提對外的數據接口，其它電子設備可以使用浏覽器時行所有數據的浏覽操作；

數據浏覽效果圖如下：

工作原理

内阻測量原理：一般有以下三種方法

1．交流注入法

會對直流系統注入低頻或高頻信号，一般系不充許；測試方法同交流放電法；

2．交流放電法

不對整個系統注入信号，每次隻對單隻電池時行小流放電，電流較小，不對整系統造成影響。在對電池放電期間，測量放電電流和電池端電壓，通過電壓和電流可以直接算出蓄電池内阻，此方法可以進行多次測量，所得結果較為準确，重複性較好；

3．沖擊放電法（二次放電法）

對整個蓄電池時進行大電流放電，測量放電結束時的電壓、電流，測量放電結束後的電壓、電流，通過兩次測量計算出電池内阻，此方法隻有一次測量機會，因此此方法測量結果不太穩定，因隻能在放電結束前後兩個點時行測量，如果測量時間點控制不好，很難得到準确的電阻值。重複性不好。

附錄

三種電源系比較