蓄电池组远程运维系统

概述

现在运行在变电站和发电厂等场所的直流后备电流系统，随着长时间使用，出现了较多的问题，由其是蓄电组部分，这些场所的电池组均为多只电池串联而成，只要有一只电池出现问题，就会造成整组电池无法对外供电的问题；现有电池组一般只监测了电池组的电压，有些连单只电压都没有监测，不能提前发现落后电池，当需要电池组供电池，才发现不能供电；电池组一般一年至少进行一次核容放电，放电时要接入后备电源，需要人员到场，需要较多设备，记录数据也有限，不能实现自动或远程控制核容放电，实时记录单只电池数据，进行分析，即浪费大量人力物力，效果也不够理想。基于以上情况，有需要研制一种远程可控的自动运维系统。 

特点

1．蓄电池组分为多个小组时行管理

2．每个小组电池经DC/DC升压后对直流母线供电

3．整个蓄电池组经二极管隔离后对直流母线供电

4．每个小组电池设置独立充电装置

5．单只电池安装有续流装置，如出现单电池开路现象不影响整组对外供电

6．可在线对单个小组电池进行充、放电操作，不影响系统

7．整个直流系统不需要设置降压装置，母线电压由DC/DC升压模块

8．每个小组电池容量允许有差异，不影响整组电池对外供电

9．现场监控设置有多种传感器，如气体，温度，湿度等

10．整个装置可以运行于自动状态也可以进行本地或远程控制

11．可以定期均充，定期核容

12．系统设置有远程数据接口，可实现远程管理

13．后台软件采用BS结构设计，只要在网络内，任何设备可以查看监控数据

14．在服务器端可以存储所有电池组的所有运行数据，可以通过大数据分析预估电池组状态

系经组成

现场部分

蓄电组分组管理部分

蓄电组管理部分原理如图1所示：

以220V系统采用2V电池为例说明，分组及管理方式与电池容量无关，整组采用100只电池，分为4小组；

运行分析：蓄电组正常是运行在浮充状态的，2V铅蓄电池的浮充电压为2.25V，整组电池电压为 

2.25*100=225V 

符合直流系统运行电压要求；DC/DC输出电压设置为230V，符合系统电压要求；因有隔离二极管的设置，此电压不会对蓄电池组进行充电；出现单小组均充情况：系统要求同一时间只能有一小组处于均充状态，此时整组电压 

2.35*25+2.25*75 = 227.5(V) 

低于DC/DC输出电压，不会出现整个蓄电池组对外供电情况，因此可以对单个小组逐个进行均充操作；

整个系统出现过载现象时，DC/DC模块输出功率达不要求时，DC/DC模块运行在限流输出状态，此时直流母线电压会有所下降，当低于整组电压-VD(二极管正向导通压降0.5~1V)时，整个蓄电组经过二极管对直流母线供电，可以提供足够的功率电流；

整个系统出现短路时，整个蓄电池组直接经过隔离二极管对直流母线供电，以提供足够的电流使短路部分断路器脱扣或熔丝熔断，

以上两咱工作状态和传统电源基本相同。

在蓄电池组对外供电时，如果出现单只电池开路现象，因单只电池上安装有续流二极管，电流可以流经二极管而不流经已开路的电池。原理如图2-a，电池正常时的电流流向，图2-b，电池开路时的电流流向。

单小组核容时，其它三组运行正常的浮充状态，调整本小组DC/DC模块输出压为232V，工作于限流状态，限流值0.1C10，如果达不到要求的电流，需要另外投放部分负载，由集中监控负责；当放电结束时的整个蓄电池组的电压为： 

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

电压符合直流系统运行的要求。 

说明：电压设置参照104只电池，不设置硅降压的系统。隔离二极管和续流二极管选择，一般按照电池组容量选择即可，比如100Ah电池组，二极管选100~200A即可，二极管短时过载电流为15~30倍额定电流。

隔离装置和续流装置：宜选择二极，不宜选用MOS管或IGBT等，原因1：二极管抗冲击电流可以达到15~30倍额定电流，MOS管只能达到3倍额定电流；MOS管和IGBT导通和关闭是需要控制的，而二极管是不需要控制的，如果控制出错，要不达不到续流、隔离功能，要不就会烤坏。虽然MOS管压降更低，晶体管要达到0.5~1V左右；显然采用二极管方式更为合适。

集中监控部分

集中监控框图如图3

要求：单只电池巡检，要求可以至少能测量单电池的端电压、温度、内阻，至少提供两路后台接口，一路与站内综自装置通讯，一路与远程服务器通讯，接口型式和数据协议与后台协商。

集成蓄电池组的管理，包括定期均、浮充管理；定期核容管理；所有数据收集上送处理；

记录系统运行状态，至少可以保存1周时间的运行数据，500条触发记录，记录至少包括母线电压，正、负母线对地电压，母线电流，输出开关状状态、防雷器状态、输出开关等。

其它要求与传统电源相同。 

服务器部分

1．服务器软件采用BS架构，设置大容量数据库

2．网络服务器，收集各个变电站的电池数据，进行存储分析

软件部分：

1．集中监控需能够提供对网络服务器的数据接口，数据传输可以满足实时性的要求；

2．网络服务器，可以接收各个现场监控器上送的数据报文并能进行解析存储；

3．网络服务器，需要提对外的数据接口，其它电子设备可以使用浏览器时行所有数据的浏览操作；

数据浏览效果图如下：

工作原理

内阻测量原理：一般有以下三种方法

1．交流注入法

会对直流系统注入低频或高频信号，一般系不充许；测试方法同交流放电法；

2．交流放电法

不对整个系统注入信号，每次只对单只电池时行小流放电，电流较小，不对整系统造成影响。在对电池放电期间，测量放电电流和电池端电压，通过电压和电流可以直接算出蓄电池内阻，此方法可以进行多次测量，所得结果较为准确，重复性较好；

3．冲击放电法（二次放电法）

对整个蓄电池时进行大电流放电，测量放电结束时的电压、电流，测量放电结束后的电压、电流，通过两次测量计算出电池内阻，此方法只有一次测量机会，因此此方法测量结果不太稳定，因只能在放电结束前后两个点时行测量，如果测量时间点控制不好，很难得到准确的电阻值。重复性不好。

附录

三种电源系比较