電力調(diào)度自動(dòng)化主站中智能蓄電池系統(tǒng)的應(yīng)用

陳韜，武燕如，許建遠(yuǎn)

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名電白供電局，廣東電白，525400；2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名供電局，廣東茂名，525000）

0 前言

調(diào)度自動(dòng)化的系統(tǒng)包括遠(yuǎn)動(dòng)的主、分站與通信的通道。主站分站安裝于各個(gè)變電站，通道把主站和分站有機(jī)的關(guān)聯(lián)為一個(gè)整體。若想確保自動(dòng)化的系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定且連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅需保證自動(dòng)化的設(shè)備質(zhì)量達(dá)標(biāo)，而且還應(yīng)確保交流電源不斷電。若交流的電源斷電后，會(huì)都由蓄電池組來提供不間斷的電源。所以，蓄電池的性能及質(zhì)量會(huì)對(duì)調(diào)度自動(dòng)化主站運(yùn)行情況造成直接的影響。

蓄電池屬于安全且便捷的電源，為了得到較高電壓，一般將多節(jié)蓄電池串聯(lián)在一起。這部分蓄電池經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間以后，因單體的蓄電池在特性上有所不同，電池組當(dāng)中部分電池的性能可能會(huì)變差或無效，使得蓄電池組整體性能降低，從而使得系統(tǒng)的安全與可靠性能有所下降。蓄電池屬于化學(xué)反應(yīng)的裝置，且過程較為復(fù)雜，對(duì)內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)造成影響的因素眾多，精準(zhǔn)估算蓄電池組剩下的電荷量與診斷故障及健康排序時(shí)較為繁復(fù)。

1 蓄電池的剩余電量監(jiān)測(cè)的方法

1.1 密度法

智能的蓄電池其性能與電解液的密度存在直接關(guān)聯(lián)，若電解液密度越大，其容量也會(huì)越大，因此將智能蓄電池當(dāng)中的電解液密度測(cè)量出來便能將剩余電量估算出來。但伴隨智能的蓄電池長(zhǎng)期應(yīng)用，會(huì)使板柵與隔板侵蝕的程度更嚴(yán)重，電解液密度值與出廠時(shí)比較有所不同，進(jìn)而使智能的蓄電池壽限有所減少，導(dǎo)致經(jīng)密度值無法將其剩余的電量精準(zhǔn)估算出來。

1.2 電阻放電

經(jīng)施加給蓄電池相應(yīng)負(fù)載，將單位時(shí)間蓄電池端的電壓改變率計(jì)算出來，按照此大小將剩余的電量推算出來，若變化量較大則剩余的電量較少。但這一方法阻值的躍變較大，無法精細(xì)調(diào)節(jié)負(fù)載的電流，故有較大的誤差。而且為達(dá)到在線測(cè)量要求，減少測(cè)量的時(shí)間，要大電流的放電，如此會(huì)嚴(yán)重的損壞到蓄電池，對(duì)其使用的壽限造成影響。

1.3 內(nèi)阻法

電池內(nèi)阻和荷電的程度間存在的關(guān)聯(lián)性比較大，經(jīng)對(duì)電池的內(nèi)阻加以測(cè)量能較精準(zhǔn)將其剩余的電量預(yù)測(cè)出來。蓄電池于充滿與放完電的時(shí)候，內(nèi)阻大約差了2-4 倍。伴隨電池的充電，內(nèi)阻不斷減小。伴隨電池放電，內(nèi)阻不斷提高。蓄電池于老化當(dāng)中，內(nèi)阻不斷增大，剩余的電量不斷減少，所以，對(duì)蓄電池的內(nèi)阻加以監(jiān)測(cè)可提前將出現(xiàn)故障的電池預(yù)測(cè)出來，蓄電池的內(nèi)阻和電池容量的關(guān)系如圖1 所示。

圖1 蓄電池的內(nèi)阻和電池容量的關(guān)系圖

1.4 開路電壓

若智能的蓄電池其性能較穩(wěn)定，則開路的電壓與剩余的容量存在線性的關(guān)聯(lián)，環(huán)境溫度基本不會(huì)對(duì)蓄電池的老化產(chǎn)生影響。因此，僅將智能蓄電池開路的電壓測(cè)量出來，便能將其剩余的電量估算出現(xiàn)。但開路的電壓存在的缺點(diǎn)較明顯，此法前提需蓄電池長(zhǎng)期靜置，穩(wěn)定電壓。但蓄電池由工作的狀態(tài)至穩(wěn)定的狀態(tài)，要經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間，因此此法局限性較大，不宜實(shí)時(shí)的在線測(cè)量。

1.5 溫度測(cè)量

蓄電池因具有內(nèi)阻，促使其充放電經(jīng)過電流的時(shí)候，其內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)熱量，此熱量能導(dǎo)致蓄電池溫度出現(xiàn)改變。于同電流前提下，蓄電池的內(nèi)阻各不相同，其里面出現(xiàn)各不相同的熱量與溫度。蓄電池的溫度測(cè)量于其負(fù)極柱的底部放設(shè)溫度的傳感器，經(jīng)對(duì)在線的蓄電池溫度加以測(cè)量，將異常蓄電池找出來。這是經(jīng)溫度間接的反映出其阻值，預(yù)防由于與電阻接觸而導(dǎo)致出現(xiàn)誤差。此法測(cè)試較簡(jiǎn)單且結(jié)果較直觀。

1.6 電導(dǎo)測(cè)量

于智能的蓄電池兩端增添已知道振幅與頻率及交流的電壓，將與電壓同一相位交流的電流值測(cè)出來，交流的電流與電壓間比值為蓄電池電導(dǎo)。頻率不相同則電導(dǎo)值不相同，若頻率低，其電導(dǎo)與容量相關(guān)性比較好，則容量越低、電阻越大且電導(dǎo)值越低。在對(duì)電導(dǎo)測(cè)量的時(shí)候，需于其放電狀態(tài)下將電導(dǎo)隨著容量而改變的數(shù)據(jù)記錄下來，再將變化的曲線繪制出來。此法能將無效蓄電池精準(zhǔn)檢測(cè)出來，經(jīng)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)顯示，智能蓄電池的自身容量?jī)H低于一半時(shí)，電導(dǎo)才會(huì)發(fā)生改變，在低于百分之四十的時(shí)候，電導(dǎo)變化較明顯。所以，按照電導(dǎo)值能將其性能判斷出來。

2 智能的蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作的原理與應(yīng)用

2.1 智能系統(tǒng)的測(cè)量原理

此監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)選擇先進(jìn)數(shù)學(xué)的模型，針對(duì)蓄電池的浮充電壓與內(nèi)阻值及放電的曲線等測(cè)量的結(jié)果綜合加以計(jì)算與分析，便能判斷出蓄電池性能出。①對(duì)各節(jié)蓄電池的電壓與電池組的充放電電流和溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。②動(dòng)態(tài)的放電，大電流對(duì)負(fù)載沖擊(＞100A)，能于極少時(shí)間里獲取到電池一瞬間放電的曲線并將內(nèi)阻測(cè)出。③靜態(tài)的放電時(shí)小電流為恒流，可測(cè)出電池的容量。④應(yīng)用先進(jìn)數(shù)學(xué)的模型來對(duì)上面的參數(shù)綜合加以計(jì)算與分析，便能直觀顯現(xiàn)出蓄電池的性能。

2.2 電路的原理

2.2.1 采集的模塊

采集的模塊是經(jīng)電壓采集的模塊與電流的變送器及溫度的傳感器等順蘇檢測(cè)出單節(jié)的蓄電池電壓與電池組的充放電的電流及溫度等，而且把這部分模擬量用 A/D 加以轉(zhuǎn)換，再將獲得的這部分信號(hào)傳至CPU 加以處理，然后把處理過的數(shù)據(jù)經(jīng) RS485 的總線傳送到監(jiān)測(cè)的主機(jī)加以計(jì)算與分析。

2.2.2 放電的模塊

此模塊包括動(dòng)態(tài)與靜態(tài)放電的模塊。動(dòng)態(tài)放電的時(shí)候，大功率所承受的負(fù)載沖擊的電流可在一瞬間高于100A，達(dá)到檢測(cè)電池的內(nèi)阻需要。靜態(tài)放電的時(shí)候，經(jīng)恒流的控制，可承載長(zhǎng)期恒流(5A)的放電負(fù)荷，達(dá)到對(duì)電池的容量加以核對(duì)性的測(cè)試與活化電池的性能需要。

2.2.3 監(jiān)測(cè)的主機(jī)

此智能系統(tǒng)核心的內(nèi)容就是監(jiān)測(cè)的主機(jī)，選擇性能較高的十六位單片機(jī)與大容量4M 的FLASH，不但能確?？焖俚挠?jì)算較大量的數(shù)據(jù)，且掉電時(shí)保存下數(shù)據(jù)。采集的模塊所發(fā)送的數(shù)字信號(hào)被接收以后，CPU 會(huì)進(jìn)一步對(duì)此信號(hào)加以分析，然后于顯示的面板上顯示出獲得的數(shù)據(jù)，電池的電壓、電流采集如圖2 所示。

注:m 是內(nèi)阻值的單位(mù)，內(nèi)阻值小于裝置顯示的范圍用來表示。

圖2 電池的電壓、電流采集圖

2.3 智能系統(tǒng)的應(yīng)用

2.3.1 動(dòng)態(tài)放電

先將UPS 蓄電池的輸出開關(guān)切斷，把準(zhǔn)備測(cè)試電池組從系統(tǒng)退出，再將動(dòng)態(tài)放電的模塊連好，打開交流開關(guān)，閉合蓄電池的放電開關(guān)，于監(jiān)控的主機(jī)上采用“動(dòng)態(tài)放電測(cè)試”進(jìn)至放電的狀態(tài)，二秒以后停止放電。在停止后，蓄電池組的組端電壓顯示是437.9V，放電的電流大于100A，所獲得的內(nèi)阻值如表1 所示。

表1 動(dòng)態(tài)放電的測(cè)試結(jié)果

2.3.2 靜態(tài)放電

先切斷UPS 蓄電池的輸出開關(guān)，把準(zhǔn)備測(cè)試電池組從系統(tǒng)退出，再將靜態(tài)放電的模塊連好，打開交流的開關(guān)，閉合蓄電池的放電開關(guān)，再于監(jiān)控的主機(jī)上采用“靜態(tài)放電測(cè)試”且對(duì)放電的電流與時(shí)間及容量設(shè)定至上限后進(jìn)至放電的狀態(tài)。放電停止以后，蓄電池組的組端電壓是380.5V，放電的時(shí)間是3 小時(shí)，放電的電流是11.1A，放電的總?cè)萘渴?3.3Ah，單個(gè)電池端的電壓如表2 所示。

表2 靜態(tài)放電的測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)束語

智能的蓄電池能對(duì)電力調(diào)度的自動(dòng)化主站正常穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)起到保護(hù)的作用，然而其性能的好壞于應(yīng)用當(dāng)中的要求較嚴(yán)格，主要是對(duì)其加以檢測(cè)與測(cè)量出剩余的電量對(duì)其應(yīng)用的狀況加以分析。經(jīng)檢測(cè)將智其性能與負(fù)荷的承受力判斷出來，幫助運(yùn)維人員選擇合適舉措加以處理，保證其穩(wěn)定可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。