一拖多在线式节能型蓄电池组远程运维系统

陈明刚

(贵州电网有限责任公司铜仁供电局，贵州 铜仁 554000)

0 引言

电力系统的通信是电网的“神经网络”，承载着安全监控、继电保护、自动控制、调度信息、售电信息以及行政通信等诸多信息的传递任务，尤其在国家大力发展智能电网的今天，对电力系统通信设备的可靠性要求更高，而通信设备电源是保证自动化信息传输通道畅通的基础。通信设备电源主要使用市电转48 V直流，还会用到一至多组后备蓄电池，用于突发事件的应急处理。

对电力系统中通信设备的后备蓄电池组状态进行检测与管理运维，传统的方法要耗费大量人力、物力、能耗，仍难以保证时效性。基于当前热门的物联网、云技术，对现场多蓄电池组进行远程的实时监测，既保证了数据获取的及时性，还节省大量的人力、物力；利用实际负载对蓄电池组进行全在线的放电核容，可以有效节省能耗，避免人力现场接线的人身伤害风险；使用智能三段式充电技术给电池组充电，使电池组充电更饱，而不会损坏电池；采用RS 485通信，一组单体采集模块采集单节电池的电压、电阻、温度参数，再由汇集模块收集，汇集模块之间串联通信，最终实现对多个蓄电池组的检测，还包括对蓄电池组端电压、电流采集，容量计算，并结合大数据预判蓄电池组的续航时间，使蓄电池组的管理、运维工作变得简单安全、稳定高效。

1 系统概述

一拖多在线式节能型蓄电池组远程运维系统使用了物联网技术、云技术及全在线技术，利用实际负载对电池组分别进行放电容量测试，充电时使用智能三段式充电技术即恒流、恒压、涓流让电池组充饱。再结合单节电池的电压采集，达到对电压落后电池进行精准定位的目的。通过在线均衡技术，将整组蓄电池中单节蓄电池进行均衡维护，实现将所有单体蓄电池之间的电压均衡，提高了蓄电池的可用率。以及在线对蓄电池进行除硫养护修复工作，对已经硫化的单体电池可以起到渐进除硫的效果，延长蓄电池使用年限。在软件后台方面，可以根据不用的应用场景要求，进行大数据集成，筛选有效的后备电源数据，为通信电源系统的运行维护管理提供强大的数据支撑，使电源系统管理更加透明、安全、稳定、经济。

2 系统组成

一拖多在线式节能型蓄电池组远程运维系统组成如图1所示，各部分组成介绍如下。

图1 一拖多在线式节能型蓄电池组远程运维系统组成

(1) 单体采集模块。该模块负责对电池组中每节电池单体的信息进行采集，包括对单体电压、单体内阻、单体极柱温度、组端电压、充放电电流等各项参数进行实时采集监控，并充当充放电线路。

(2) 汇集模块。该模块把各组蓄电池单体采集模块采集到的数据汇集上传到主机，并且各个汇集模块串联连接，支持多达10组蓄电池的数据采集与汇总。

(3) BTS主机。该主机对采集到的电池信息进行数据处理，进行本地存储，并基于GPRS把数据上传到云平台服务器。根据各应用场景，可以远程设置不同的组端电压低阈值、组端电压恢复值、标称容量、放电电流、单体上限电压、单体下限电压等参数。后台软件采用浏览器/服务器模式（Browser/Server，B/S）架构，使用者无需安装客户端、终端或移动设备直接通过Web浏览器进行访问或操作。B/S架构直接放在广域网上，通过不同的访问权限对相关授权内容进行访问。

(4) 云平台服务器、专有数据库。该模块用来存储全国各地安装的电池组监控信息，并安装数据智能管理软件，在终端可随时随地查看信息与手动设置。

3 系统工作原理

3.1 系统各模块功能

系统结构原理如图2所示，各模块单元的功能如下：

图2 系统结构原理

(1) 单体模块105A/105B配有编号1～24的单体；各个单体采集到的数据由汇集模块106A/106B收集；汇集模块106B与106A通过网线制的RS 485通信方式串联，更多蓄电池组时，其对应的汇集模块依次串联在汇集模块106B的后面；汇集模块106A与主机内蓄电池监测单元107连接；蓄电池监测单元107负责检测各节电池的电压、内阻、极柱温度，和各个蓄电池组的端电压，并计算续航时间。

(2) MCU主控单元108，本电路模块以MCU单元的系统程序指令为控制模式，以控制所有与其相连及相关的所有外围电路或模块，其工作电源电路为109。

(3) 充放电单元110内部多路通道都集成有大功率二极管，当被测蓄电池组进行在线测试工作状态时，其大功率二极管连接于蓄电池组与通信电源设备之间，保证被测的蓄电池组始终处于安全在线状态。各路通道大功率二极管的负极接BATC1+或BATC2+端，即通信系统电源的正极端；正极接BATD1+或BATD2+端，即该路通道的蓄电池组正极端。内部集成等电位连接安全控制电路，在完成被测蓄电池组放电测试结束后，以及自动完成在线限流充电后，进行等电位安全连接恢复被测蓄电池组至在线正常工作。

3.2 系统充放电核容原理

系统充放电核容原理如图3所示。充放电单元内部集成蓄电池组在线测试切换开关K01，K02，KM1，KM2，KMC；其 中K01，K02，KM1，KM2为常闭接触器，KMC为常开接触器。默认情况下，K01，K02，KM1，KM2闭合，KMC断开，各个蓄电池组104A，104B等都处于与通信系统103通信用电48 V等电位连接状态。当K01，KM1断开，KMC闭合的时候，蓄电池组104A进入在线测试回路状态，当被测蓄电池组104A测试完毕，三段式限流充电结束后，K01，KM1闭合，KMC断开，蓄电池组104A将恢复到默认的等电位在线连接状态；当K02，KM2断开，KMC闭合的时候，蓄电池组104B进入在线测试回路状态，当被测蓄电池组104B测试完毕，三段式限流充电结束后，K02，KM2闭合，KMC断开，蓄电池组104B将恢复到默认的等电位在线连接状态。

图3 系统充放电核容原理

更多的蓄电池组104N，按蓄电池组104A，104B的逻辑依次进行在线回路测试、放电核容、三段式充电。

(1) 蓄电池组104A放电过程。充放电单元110对蓄电池组104A的在线升压放电过程如下，在MCU主控单元108的控制下，充放电单元110内K01，KM1断开，同时KMC闭合，蓄电池组104A进入在线测试回路状态。MCU主控单元108控制充放电单元110中的高频DC/DC升压模块工作，高频DC/DC升压模块起到隔离变压的作用，此时充放电单元110工作在升压模式。MCU主控单元108根据BATD1端电池放电测试电流，MCU主控单元108会的驱动控制电路会实时控制调整高频DC/DC升压模块的驱动PWM脉宽，从而实现蓄电池组104A达到220的升压。当所升的电压小幅度超过48V通信电源的电压时，蓄电池组104A将实现对用电负载通信系统103进行放电。放电电流大小取决于用电负载通信系统103和MCU主控单元108所设定的预放电电流大小。随着放电过程的进行，蓄电池组104A的端电压持续下降，MCU主控单元108的驱动控制电路具备硬件电流环路和电压环路监测能力，能动态实时调整驱动PWM脉宽参数，使整个升压放电安全可控，最终完成整个深度在线节能放电的过程。

(2) 蓄电池组104A充电过程。当在线升压放电过程结束后，蓄电池组104A的端电压与48 V通信电源相比低很多。需要通过充放电单元110的限流充电电路对蓄电池组104A进行充电，避免直接将亏电的蓄电池组104A直接并接到通信系统103的48 V通信电源，而造成的大电流冲击。其限流充电过程如下：保持K01，KM1闭合，KMC断开，MCU主控单元108驱动控制关闭高频DC/DC升压模块的PWM脉冲。然后再驱动控制启动高频DC/DC稳压充电模块的PWM脉冲，并实时调整脉冲宽度大小，此时，充放电单元110工作在BUCK降压电路的模式，通信系统103的48V电源将通过充放电单元110对蓄电池组104A进行三段式充电。先是恒流充电，等到蓄电池组104A的端电压接近通信系统103的48 V端电压时，恒流充电电流将逐渐下降，当下降到所设定的阀值时，MCU主控单元108驱动控制K01，KM1闭合，然后关闭高频DC/DC稳压充电模块的PWM脉宽，最后断开KMC。使蓄电池组104A恢复到等电位在线连接状态，这样就完成了一个蓄电池组的节能充放电测试过程。

以上蓄电池104A的放电与充电过程完成后，MCU主控单元就开始逻辑控制蓄电池组104B的放电与充电过程，按此依次进行更多蓄电池组104N的放电与充电过程。整个过程都由MCU主控单元108控制，充放电单元110被控制而自动完成实现。这样就达到了无人值守自动维护、测试蓄电池组的目的。

4 系统应用

在全国数十省市运用了此系统，该系统可以方便地查看电池组电压、整流器电压、电池组电流、各节电池的电压、各节电池的温度在充放电核容过程中的数据、曲线，同时以柱状图展示各节电池在不同时间点的电压、温度、剩余容量等信息，蓄电池组所有的历史充放电核容数据都可以进行电子表格输出及打印。

5 结束语

一拖多在线式节能型蓄电池组远程运维系统对初装电池和质保到期前轻松进行精确容量测试，不合格电池供应商按要求免费更换(不合格电池为容量不达标电池)，后期测试能准确剔除性能落后电池，避免单个电池性能落后导致的电池组整体报废情况，有效地延长电池组使用寿命，减少购买电池的费用。该系统提供大数据分析，用客观数据甄别好坏电池产品。电池平台可实现对集中监控、电池维护管理数据进行大数据分析，给今后的人员规划、基础建设提供了准确的数据支撑，便于合理化管理。