洪炎斌　方志斌　胡炳杰

【摘 要】閥控式鉛酸蓄電池以其安裝方便、維護量少、高倍率等電能特性在變電中得到廣泛的應用。但變電站蓄電池數(shù)量比較多，容量較大，其安全性要求很高，如果不加強電池系統(tǒng)的管理就會導致重大事故的發(fā)生，造成嚴重的財產(chǎn)和安全損失。因此本文在分析變電站閥控式鉛酸蓄電池原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計出變電站蓄電池組智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)操作蓄電池組、通信蓄電池組的在線監(jiān)測和性能評估。

【關(guān)鍵詞】閥控式鉛酸蓄電池；LIN總線；設(shè)計；應用

在傳統(tǒng)變電站中，蓄電池是電源的核心設(shè)備，并且為其運行提供自動化電源和安全保障，鉛酸蓄電池價格低廉，安全可靠，并且在大電流放電以及廣泛的環(huán)境溫度范圍內(nèi)使用比較廣泛。但隨著變電站的智能化建設(shè)步伐加快，一些清潔能源逐漸被應用到變電站中，現(xiàn)有的鉛酸蓄電池因難以管理，使用壽命短等問題面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計原理和方法

1.1 鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)

鉛酸蓄電池種類和型號多種多樣，但其主要結(jié)構(gòu)基本一致 ，理論電化學早已指出，電池在充電或放電時其端電壓V由以下幾個部分組成：

1.2 穩(wěn)定和準確的測量方法

在電力直流操作電源系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)可靠運行，所用的蓄電池組直接掛接在電源系統(tǒng)的母線上，實現(xiàn)主、備電源的無隙切換。主電源在給系統(tǒng)供電的同時，也不斷的對蓄電池進行浮充充電，這個充電電流的不確定性破壞了恒流源的計量基準，嚴重的干擾了電壓的測量?？紤]充電機電勢和浮充電流的關(guān)系，建立了一個完整的數(shù)學模型，把放電電流拆分兩個不同數(shù)值的電流，把一次放電變換為二次放電，從而把浮充電流的干擾由差模干擾轉(zhuǎn)化為共模干擾。這樣就能夠成功的分離出準確的技術(shù)參數(shù)，實現(xiàn)了高精度的在線測量，這樣實現(xiàn)的內(nèi)阻測量數(shù)據(jù)的精度達到2%。

1.3 復合脈沖諧振法的實現(xiàn)

要正確的監(jiān)測蓄電池內(nèi)阻，就要在每一個檢測單元中具備恒流源和電壓讀出功能。在蓄電池管理模塊中，用可控電流IM和放電電流I構(gòu)成了充放電回路。

在可控電流IM導通，放電電流I截止時，IM實現(xiàn)對電池E的充電，而在可控電流IM截至，放電電流I到導通時，實現(xiàn)對電池E的放電。而通過對電流I的智能控制，采用多諧波的脈沖組合對E進行放電，通過連續(xù)和間歇的多諧波充放電智能控制系統(tǒng)，找出不同蓄電池的最優(yōu)諧振區(qū)，針對內(nèi)阻敏感的族群，逐步打碎和分解硫酸鉛結(jié)晶，在自適應的、智能化的多諧波充、放電過程中有效地激活和養(yǎng)護蓄電池，使它處于良好的工作狀態(tài)中。

2 系統(tǒng)總體框架

LIN總線下的閥控式鉛酸蓄電池管理系統(tǒng)主要包括LE-DIP60變電站電源監(jiān)控主機（LE-DIP60）、LE-BCD100蓄電池容量監(jiān)測裝置（LE-BCD100）、iBMU100蓄電池終端智能模塊（iBMU100）以及LE-BMS3000蓄電池組智能管理系統(tǒng)軟件（LE-BMS3000）。在變電站層，對直流系統(tǒng)蓄電池組分別安裝變電站電源監(jiān)控主機、蓄電池容量監(jiān)測裝置、蓄電池終端智能模塊，該系列裝置可實現(xiàn)對直流系統(tǒng)以及蓄電池的綜合管理功能。

2.1 主站層

針對蓄電池監(jiān)測管理需求，LE-BMS3000智能蓄電池組在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對直流電源的進行后臺的實時監(jiān)測，系統(tǒng)可以對負荷電流、整組蓄電池電壓、電流、等部分的工作狀態(tài)進行監(jiān)測，配合動態(tài)直流系統(tǒng)模擬圖，直觀監(jiān)控直流系統(tǒng)運行參數(shù)及運行狀態(tài)。該系統(tǒng)主要部署在監(jiān)控中心、集控中心、調(diào)度中心、自動化機房等位置，報警機制完善，且接口的功能豐富，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。系統(tǒng)基于對交直流電源系統(tǒng)蓄電池組的智能化統(tǒng)一監(jiān)測等智能管理功能。

2.2 子站層

子站層采用采用LE-DIP60實現(xiàn)直流系統(tǒng)重要參數(shù)采集分析，iBMU100實現(xiàn)參數(shù)在線監(jiān)測控制，LE-BCD100智能控制，該系統(tǒng)采集蓄電池的參數(shù)并對這些數(shù)據(jù)進行處理和分析，以便實時查詢。該系統(tǒng)裝置帶2路以太網(wǎng)、3路串行通信接口，支持CDT、MODBUS等協(xié)議。采用LE-BCD實現(xiàn)蓄電池容量監(jiān)測，該系統(tǒng)可以快速、精準、穩(wěn)定的實現(xiàn)恒流放電，具有完善的告警功能，蓄電池出現(xiàn)任何異常的情況下放出聲光報警，并且該裝置對外提供一路RS485/RS422串口，用于遠程控制裝置恒流放電的開始停止，同時將放電過程中的電壓、電流、溫度、警告等數(shù)據(jù)輸出。

3 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)備中的LE-DIP60安裝在電池架上，LE-BCD100安裝于蓄電池架頂部鋼板上，iBMU 100安裝于蓄電池上方就近安裝。電池經(jīng)過LE-DIP60與iBMU100采集線與功能線連接到裝置上，每根采集線在電池端都帶有短路保護裝置，將兩根放電測試線連接到蓄電池組兩個總極柱上。LE-DIP60可以查詢所有實時數(shù)據(jù)、實時告警及告警記錄，并能以表格、曲線、柱狀圖等形式直觀實時顯示、存貯。LE-BCD100與iBMU100與LE-DIP60配合使用。整個系統(tǒng)配置有專用的基于WINDOWS的監(jiān)測軟件，實現(xiàn)所有直流電源監(jiān)測數(shù)據(jù)的監(jiān)控和處理，也可以接入到第三方監(jiān)測系統(tǒng)中，在統(tǒng)一的監(jiān)測平臺上顯示。

3.1 LE-DIP60變電站電源監(jiān)控主機

LE-DIP60變電站電源監(jiān)控主機監(jiān)測直流電源相關(guān)信息，智能控制容量單元進行核容實驗，自動記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)。主要對蓄電池的各個參數(shù)進行實時的監(jiān)控和報警。可對單體電池和電池組的性能進行現(xiàn)場的檢測，顯示比較直觀。全程采用智能化的操作防止人工操作的失誤和安全風險。LE-DIP60變電站電源監(jiān)控主機連接4路報警接點，支持在線更新，通訊口為2路以太網(wǎng)和6路串口，主要通過應接點、警告事項、指示燈進行報警。

3.2 LE-iBMU100蓄電池終端智能模塊

LE-iBMU100蓄電池終端智能模塊監(jiān)控3節(jié)電池，檢測的精度達到0.2%，內(nèi)阻測量精度達到（2.5%±3μΩ），溫度測量精度達到0.5℃，可以長久的實現(xiàn)大電流。通過RS485通訊方式連接，支持在線更新。每個模塊采集的數(shù)據(jù)和處理信息通過智能管理系統(tǒng)的變電站電源監(jiān)控主機進行集中管理和均衡，變電站電源監(jiān)控主機對這些信息進行模糊化處理后，精確地協(xié)調(diào)所有的智能模塊均衡工作，使整個電池組始終處于最佳的使用狀態(tài)。

3.3 LE-BMS3000蓄電池組智能管理系統(tǒng)（下轉(zhuǎn)第286頁）

（上接第283頁）該系統(tǒng)基于調(diào)度IEC61970標準CIM模型對運檢對象建模，采用B/S+C/S混合架構(gòu)設(shè)計，可分布式級聯(lián)部署實現(xiàn)省市公司與地市公司的系統(tǒng)融合，也可集中式部署實現(xiàn)就地及局站的系統(tǒng)應用，系統(tǒng)除了常規(guī)數(shù)據(jù)監(jiān)測管理功能之外，很好的將運維大數(shù)據(jù)與設(shè)備臺賬信息進行在線、離線分析。

4 總結(jié)

該系統(tǒng)在分析鉛酸蓄電池原理基礎(chǔ)上，針對變電站蓄電池運行中的問題，運用智能化的監(jiān)測技術(shù)，在線實時監(jiān)測變電站電池的運行情況，保障變電站蓄電池安全高效運行，為變電站蓄電池的管理提供了有力的技術(shù)支撐。

[責任編輯：楊玉潔]