蓄电池远程智能节能运维系统研究及价值分析

熊惠敏

（南昌工程学院，江西南昌 330099）

0 引言

蓄电池组在变电站直流供电系统中发挥着重要作用，其稳定性、可靠性对于变电站电力设备的安全运行有非常重要意义。目前变电站阀控式蓄电池放电运维技术多样，文献[1-5]分别设计了相应的远程在线监测系统，能够自动的实现蓄电池的电流、电压、温度等主要参数的实时采集，然后通过计算机系统对采集到的数据进行实时分析处理，对蓄电池的综性能指标进行评估，同时通过网络的方式发给信息负责人，以此方式来保障整个变电站蓄电池组的安全稳定运行。但是没有进行核容放电系统设计，实现放电过程的节能环保，将能量回馈电网目的。文献[6-10]均实现了一键式启动运维系统，实现无人值班模式下，变电站蓄电池的集约化管理，但是没有设计二次设备状态评价专家系统，进行状态评估，风险管理以及检修决策。本系统的研究目标是实现变电站蓄电池组的远程在线智能节能核容放电，可以对蓄电池的运行状态进行远程的在线监控，若后台发现蓄电池发生故障能够及时发现并进行处理。同时利用本系统的独有放电模式提高放电试验的安全性、智能性、环保节能等，并提高放电效率，减轻核容放电过程的人工劳动强度。

1 系统架构

1.1 主站端系统架构

蓄电池核容放电系统主站可分为：远程在线控制系统、二次设备在线监控系统、二次状态评价专家系统。将三个系统的各个组件进行统一，共同建立数据库，把蓄电池的故障案例与状态监测的历史状况储存在里面，与外在的生产管理数据库进行紧密制约交流。其核容放电系统主站软件架构如图1所示。

图1 变电站蓄电池核容放电系统主站软件架构

1.2 变电站站端系统架构

变电站站端系统收集变电站直流系统的一些数据，主要包含：蓄电池电压、蓄电池组电流、蓄电池组温度、单体电池电压、单体电池电流等。按照直流系统维护的要求进行核容放电的参数设置。

然后将实时监测的数据保存在数据库里面，建立准确的数据模型进行分析，得出变电站直流系统是否工作在正常状态，若发现故障就可以及时的采取相应的措施。其核容放电系统站端主监控单元软件构架如图2所示。

图2 变电站蓄电池核容放电系统站端主监控单元软件架构

2 系统功能

2.1 直流系统状态监测与评价主站系统研究

随着变电站智能化的发展，无人值守的模式也在不断应用，变电站的直流在线监测系统功能也在升级。

针对当前主站系统只具有蓄电池组核容放电的监盘，可以查询放电历史记录，但不具备远程放电控制功能。本系统主要实现放电遥控、遥信功能，使得运维人员可以使用主站系统的放电监控功能模块，实现蓄电池组在线核容放电远程控制功能。同时蓄电池直流系统是变电站的重要组成部分，直接涉及变电站控制系统的后备电源稳定可靠，因此放电模式也需要升级开发，增加放电安全控制。本系统还对放电模式设置包括放电终止组端电压、单体终止电压、放电容量、放电时间、蓄电池组正负极温度和环境温度限值等定值设置，综合多个定值参数确保放电安全。根据运行规程，蓄电池组核容放电过程需要满足可控性，并在放电过程中实时监测设备状态参数，包括电压、电流和内阻等。按照核容实验计划生成放电记录报表，对放电过程中发现容量不足问题，需反复试验，参考放电曲线及放电模型提供科学依据，输出相应的报表以便后续问题处理和存档。出于安全性考虑，蓄电池组的单体电池参数对放电过程控制重要性非常高，单体电压作为放电终止条件之一需要实时监控。

2.2 变电站侧总监控单元研究

当前总监控单元提供就地的核容放电操控功能，为实现远程在线控制，需要扩展放电遥控和遥信功能。本系统主要是对通信前置机的协议扩展，接收主站系统发送的控制命令，并通过命令解析实现指令转换并控制站端核容放电执行模块，实现远程核容放电。升级开发变电站侧就地放电模型处理功能，增加单充单蓄深度放电模式和双充双蓄全核容模式，两种模式可远程动态切换。放电截止参数除了传统的蓄电池组电压、单体电池电压、放电时长和放电容量外，还增加了蓄电池组正负极温度越限及故障状态下的自动停止放电，并恢复蓄电池投入。升级开发对核容放电动态数据的处理，在放电过程中总监控实时记录蓄电池组的电压、电流、正负极温度、环境温度、单体电压等数据，其中测试和试验过程中的无效数据通过数据模型自动过滤，然后上送到直流电源状态监测主站系统。

2.3 变电站侧在线放电控制单元研究

改造在线放电控制单元的动态在线放电逻辑，使用新的硬件模块开发相应的功能，满足单充单蓄变电站的动态深度放电和双充双蓄全核容放电需求。根据静态全核容放电规程，增加放电控制器通过切换控制回路的开关，使蓄电池组临时脱离直流母线进行全核容，待核容完毕再投入进行蓄电池充电，按规程反复进行3次并记录放电容量。对于单充单蓄变电站，蓄电池组不能脱离母线进行全核容，增加放电控制器的控制功能，使蓄电池保持始终在线，通过逆变模块的调节实现在线核容放电。在母线故障和交流失电的情况下，平滑过渡到蓄电池供电。考虑到网络通信故障或总监控单元故障情况下，如果以集中式进行放电，即放电模型全部由总监控单元完成，会存在安全风险。通过对放电控制器的升级开发，增加模块的独立运行保护功能，实时判断网络通信状态，异常情况下快速停止核容放电，避免由于蓄电池过放造成直流系统故障下不能有效供电。新的放电控制器与变电站侧主监控单元通信功能实现，包括通信协议定义、点表设置、状态同步机制、通信异常处理等。

3 系统特点

3.1 蓄电池在线监测系统特点

蓄电池在线监测系统得到的监测数据具有高度精细化，影响蓄电池稳定运行不仅仅电池本身状态，还涉及直流系统的其他相关设备。为实现精细化运维，本系统监测数据包括蓄电池组端电压、组端电流、单体电压、单体内阻、单体容量、蓄电池组正负极温度、环境温度、纹波系数；以及充电装置输出电压、电流、充电装置输入电压、稳压精度、稳流精度、纹波系数、均流系数；直流母线电压、电流；馈电屏馈线支路对地电阻、对地电压等等。

系统能够全面显示状态异常及告警信息，如蓄电池组电压异常（充电过压、欠压或放电欠压）、单只蓄电池电压异常、蓄电池温度异常、环境温度异常、蓄电池组输出断路器脱扣、流馈线断路器脱扣总告警、馈线开关状态、直流母线电压异常（过压、欠压）、直流母线绝缘异常（绝缘电阻降低或接地）、交流进线电源异常、交流母线电压异常、交流输入电源异常（过压、欠压、缺相、零线故障）、高频整流模块异常（输入输出保护告警或故障）、直流馈线断路器脱扣总告警、馈线开关状态；支路绝缘异常、监控装置故障等等。通过此在线监测系统能够精准定位故障，排除隐患，保障安全基于多频点交流放电法检测技术，检测单体电池电压、极柱温度、内阻（极化内阻和欧姆内阻）、极化电容等，异常情况系统报警；快速定位故障与落后电池，预留维护准备时间。

系统具有定时电池自动安全巡检功能，能够保障电池系统有效与安全，准确了解电池运行状态，休眠设定、取电值低，不伤电池；检测自动化，确保数据的完整性和准确性。同时此远程监测系统还具有使得数据采集方式更灵活；系统分布式模块化设计，安装方便省力；精准化数据管理，减少电池浪费，节约成本；独创在线均衡专利技术，少量故障电池更换方案等特点。

使用RS485或采用载波（PLC）技术对数据就地采集，PLC方式不需要任何通信线，也不采用对其他设备影响较大的无线通信方式。采用快速接头，多种安装模式，分布式模块智能化配置，即插即用。现场的安装时间和费用大幅降低，支持电力系统各电压等级变电站的不同直流系统配置和接线方式，分组模块下实施，一组电池可以控制在10分钟内安装完毕。基于电池组运行数据的离散性特点，通过神经网络算法，准确判断电池状态，估算单体电SOH与SOC健康数值。便于制定合理更换方案，减少良性电池浪费；减少维护和管理人力支出。在线均衡电池管理，主动+被动组合均衡模式，矫正异常，延长电池使用寿命；少量更换新电池，通过均衡与原电池组趋于一致，延长电池组寿命。

3.2 蓄电池远程在线核容放电维护系统特点

蓄电池核远程在线核容放电维护实验方式相比于传统的核容方式会更安全可靠，系统支持蓄电池在线不脱离核容放电，在交流输入异常、直流母线失去电压或电压过低时，蓄电池组0秒投入确保直流系统安全。其放电模式多样，满足不同电压等级蓄电池核容放电规程，本系统支持单充单蓄变电站蓄电池组在线深度放电，同时也支持多充多蓄配置的变电站进行全核容放电试验，放电模式更灵活。

核容放电过程具有高度的可控性，可以通过系统进行放电参数设置，包括放电终止组端电压、单体终止电压、放电容量、放电时间、蓄电池组正负极温度和环境温度限值、稳压精度、稳流精度和纹波系数等，以及网络通信故障、交流输入故障、直流母线欠压等异常状况下自动停止放电试验，并恢复充电，使放电过程安全可控。-同时保证放电过程的节能环保，采用高频整流技术，能量回馈电网，无热量，安全可靠，效率可达85%。注入电网的电流为正弦波，失真度不大于5%。交流端具备限流、短路、缺相等保护功能，对电网无冲击。

4 系统价值分析

从多人工用时、安全性、放电科学性、充电科学性、节能、维护便利性多方面比较，蓄电池远程智能节能运维系统相对于传统维护技术的优势如表1所示：

表1 蓄电池远程智能节能运维系统与传统维护技术的比较

蓄电池远程智能节能运维系统从人力安全、充放电科学性、节能、维护便利等方面各项指标均优于传统维护技术。其作用是节能核对性放电准确的掌握电池组容量，智能两组均充有效的避免电池组过充现象发生，准确预判电池组的续航能力为停电调度作出正确依据，严格把关电池初装及质保期内合格率。

从成本上分析蓄电池远程智能节能运维系统成品生产定型后，硬件成本、管理平台软件、生产线调试及现场安装费用比市场上的大部分厂商要优惠，但存在少数功能简化的厂商同类产品价格比蓄电池远程智能节能运维系统低，成本控制较好。BRES系统定位是：做好监测智能控制运维，为用户提供蓄电池的即时续航能力。应基于提高产品质量下可适当降低生产成本，不应牺牲质量而提高性价比，关乎安全生产应重视。

5 结语

蓄电池运维系统具备很好的优势，变电站采用本系统是全过程技术监督的其中一个重要环节，也是入网检测的一个环节，有利于产品把关和后续服务。通过技术监督手段对整个变电站直流电源系统功能定位及运维需求获得更详细的产品需求性理解和技术思考，蓄电池远程智能节能运维系统可作技术的部分拓展，渗透到变电站站用交直流一体化成套系统设备和服务，分散产品市场风险，提高服务竞争力。