基于物联网的蓄电池运维监测技术研究

付 航，吴玉柱，郑一钦，王 亮，陈 炜

（贵州电网公司贵阳供电局，贵阳 550002）

引言

蓄电池的准确监测是电网安全、稳定运行的前提，但目前变电站直流系统蓄电池信息的监测仍处于初级阶段，主要存在以下弊端：一是测试方法众多，测试数据准确性无法判断，导致隐患无法及时发现；二是数据实用性不大，大部分变电站蓄电池信息只传到直流监控器，且只能做到实时监测做不到数据长期存储、分析，而蓄电池则需要长期的监测、分析数据来判断其健康状态。

蓄电池性能改变是一个漫长的过程，只有全面掌控电池系统的寿命状态曲线，才能了解电池的健康状况。目前国内外对蓄电池运行状态缺乏系统性的研究，多数变电站监测装置仅能单纯测试蓄电池浮充电压，无法准确判断故障蓄电池是否内阻异常升高。日渐成熟的物联网技术，非常适合变电站蓄电池数量大、形式单一、长期监测的特点，通过云平台服务器长期存储、分析所得数据，进而对蓄电池健康状况做出科学预判。

1 被动电池均衡技术的研究

采用先进的多频点交流放电法蓄电池监测技术，实时测量电池的运行状态；采用被动电池均衡技术，自动调节各电池的充电电流，即减小过充电池的充电电流，增加欠充电池的充电电流，使电池恢复到均衡的充电状态，从而有效地提高了电池的使用寿命。

2 基于物联网的蓄电池测试技术研究

将采集到的变电站蓄电池模拟数据分析转化成数字信号，使用移动GPRS、局域网光纤互联或者电力载波通信中的一种方式，把采集的数据联络起来，实时将每一只电池状态，如蓄电池电压、蓄电池内阻、温度等数据传送到服务器端，值班人员、检修人员等运维人员可以随时随地地通过PC或手机查看数据。

3 基于物联网的蓄电池容量判断模型的研究

采集每一只电池十年数据，上送到云平台服务器，实现电池全寿命管理。基于大数据的线性存储能自动绘制出蓄电池实际容量变化曲线，方便运维人员及时掌握电池状态及历史数据，准确判断蓄电池健康状况。一旦电池发生异常，运维人员能第一时间收到系统报警提醒，及时作出有针对性的故障排除，全面提升蓄电池管理。

4 对蓄电池监测方式，不均衡电池进行分析研究

目前变电站蓄电池测量手段单一，基本上都是由常规蓄电池在线监测单元测量蓄电池电压，此数据只显示于本地直流监控器。当任意一只蓄电池单体电压越过事先设置的极限值时，可通过软报文或者硬接点的方式将告警发送到站端监控机，提醒值班员到现场检查。但多年运维经验表明，此时故障的大多不是蓄电池本身，而是采集线、保险等造成的误报警，而实际有蓄电池内阻过大时却得不到任何反应。现在基本上90%的变电站都是无人值守变电站，平均每周巡视两次，蓄电池组单体电压每月全测量一次，蓄电池内阻测量甚至一年都可能没有一次，因为只有充放电试验时才会由专业人员持手动测量仪器测量，所以依靠技术手段代替人来完成蓄电池健康状况监测势在必行。

电池不均衡性的产生是由于蓄电池的活性物质、电解液中存在一定的杂质会形成电池自放电电流，且每只电池又受到生产工艺，运行环境的影响，自放电速率、实际容量或多或小地存在差异。变电站直流系统为补偿电池自放电的影响，蓄电池通常采用浮充电运行方式，使电池始终处于满电状态。通常情况下，充电机对一串电池的浮充电流是完全相同的。这样，虽然电池安装时都经过了严格的匹配，但是经过长时间的浮充后，部分自放电速率较小的电池将处于过充状态，另一部分自放电速率较大的电池将处于欠充状态。如不采取措施，电池的不均衡性将会越来越严重，过充电的电池将会由于电解液中水的电解而早期失效，欠充电的电池则由于自放电产生的硫酸盐晶体逐渐长大而早期失效，从而造成电池实际寿命小于理论寿命。

通常采用两个数据来作为电池均衡程度的评价指标：一是电压极差，用来反映最差电池的不均衡性，电压极差越小，说明该组电池均衡性越好；二是电压标准偏差，反映该组电池中各节电池偏离平均电压的统计平均值，电压标准偏差越小，说明该组电池均衡性越好。

5 蓄电池运维管理系统开发

鉴于目前物联网技术的成熟度，实现安全的电池云端管理非常必要。原来每年一次的蓄电池内阻测量现在基本上可以实现每日进行数十次，而且采用自建服务器或者租用云服务器的管理方式，可以存储每只蓄电池长达10年的蓄电池欧姆电阻、极化电阻、电压、温度等特性参数；另一方面还可以通过开发蓄电池健康判断模型，分析蓄电池参数的线性数据，准确测算蓄电池实际容量的大小，得出蓄电池健康报告。通过设计基于物联网的蓄电池运维管理平台可以实现多电池组一站式管理模式，实现边远无人站点的常态化监控，无需再到现场进行数据的测量与分析，远程监控模式也提升了工作效率，实现历史数据的管理，了解电池的寿命周期，制定电池诊断报告、故障原因与责任分析，有利于制定合理的维护方案；多重警报模式可根据不同类型的故障，制定不同等级警报以便运维人员做出不同级别的工作反应动作，实现对变电站直流系统铅酸蓄电池组的全寿命全时段跟踪。

6 结语

为满足智能电网的发展需求，实现调试工作的自动化与智能化，通过对蓄电池管理系统的各环节的深入研究、分析，开发出一套基于物联网的蓄电池云管理系统。云管理系统可实现对变电站蓄电池测试从每月一次到每天数次的转变，同时可根据蓄电池内阻和电压的变化对蓄电池的寿命进行自动分析预判，也实现了蓄电池组的科学管理，为提升变电站直流系统的运维水平和运行可靠性提供了重要保障，也为电网的安全运行和供电可靠性创造了必要条件。