UPS蓄電池智能監(jiān)測機柜的運行模式與故障處理探討

苗雪飛+徐宏+周青睞+金海松+劉書涵+胡遨洋+沈偉偉

隨著電力需求的不斷提升，為了使得UPS蓄電池的使用更加安全可靠，我們進行了智能監(jiān)測機柜的研發(fā)。本文對其運行模式和常見的故障處理進行探討，為其進一步發(fā)展與演進提供了創(chuàng)新的思路。

概述

目前，我國的電能浪費情況比較嚴重，在配電和用電等環(huán)節(jié)都可能會造成電網無法進行高效率的運行，造成供需不夠平衡，引起嚴重的經濟損失。文獻中指出，解決這些問題的主要方法就是通過合理有效的算法來對于負荷進行優(yōu)化。但是我國對于這方面的研究還不多，為了使得發(fā)電負荷和損耗之間能夠保持動態(tài)平衡，需要建立更加科學的模型，以此來使得用戶的需求得到滿足，電力系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性也不會隨著外界的干擾而引起嚴重的變化。

在過去的電力系統(tǒng)中，主要采用發(fā)電機的功率調整來實現負荷的平衡運轉。但是在智能電網中這樣是無法進行的，因為分布式的電源太多了，它對于環(huán)境的因素變化是非常敏感的。如果系統(tǒng)無法做到它們之間的相互平衡，就可能會導致嚴重的事故，引起電機燒毀或者是大區(qū)域的停電，給國民經濟帶來嚴重的損失。這就需要電力系統(tǒng)供電的設備，有一定的電能儲存量，但是如果電儲存量較大，不僅在技術上有難度，也會使得整個電網的運行，效率降低。最好方法就是采用一些分布式的儲能元件，對電能進行存儲，隨時可以進行放出，解決供需之間的不平衡關系，實現資源的合理優(yōu)化調配。為了避免對城市的電網造成波動，管理人員可以采用這種機柜智能監(jiān)測方式，對于儲能設備的充電時間和地點進行有效的控制。結合不同儲能設備的充電參數，可以通過分層的優(yōu)化模型，來使得電網的運行更加的科學與有效。它可以根據儲能設備的充電信息，進行動態(tài)調整，從后臺對供電提供建議，從而達到節(jié)約能源，降低損耗的目的。

同時，這樣可以使管理者也能及時地了解到城市供電的情況，為電網進行下一步有效配置打下堅實的基礎。所以，這樣來看，在儲能設備的普及率不同時，儲能設備對于配電網有著不同的影響，在儲能設備普及率較低的時候，儲能設備進行充電可以將線路的運行效率提升，總損耗也較少。但是，如果儲能設備普及率比較高時，就會使得整條線路上的電流過大，也會相應的影響損耗，變壓器和線路的時候都會較高，這樣整條線路的運行成本非常高，同時也會影響到電網正常的供電，所以對于儲能設備的充電量要進行控制，使其不會威脅到整個配電網的運行。在發(fā)電和輸電的過程當中，能夠對于電網進行資源的調配，使其進行動態(tài)化的智能管理，有利于智能電網克服當前所面臨的一些困難與挑戰(zhàn)，實現自動化運行，提升供求的平衡性。

UPS蓄電池智能監(jiān)測機柜的運行模式分析

設計思路

現有通信機房UPS電源柜為普通機柜，配電只是簡單的pdu及家用配電箱，甚至部分插排是家用的且不符合要求的插滿各式各樣的負載，容量高低不等，安全隱患很大，且無預留空開做擴容，要整體改造程序復雜花費巨大；電池檢測方面，現有高特電池單體電壓組壓監(jiān)測裝置，但該系統(tǒng)幾乎在幾個營業(yè)廳中都是擱置的，沒有使用起來，由于系統(tǒng)缺乏維護更新，監(jiān)測內容也無法查看，即使查看到也是簡單的電壓參數沒有詳細的能反映電池性能的內阻參數；資源浪費且無應用價值；電池柜各不統(tǒng)一，部分還有全封閉的柜體，由于密閉的結構設計，電池的散熱無法有效排出與機房空調的冷氣對換，造成柜內溫度居高不下，嚴重影響電池散熱，加大電池故障報廢率，且電池數量無法擴充調整，往往因為擴容電池數量或者規(guī)格而需要更換整個柜子。

電池是其中一個重要組成部分，電池的好壞直接影響負載供電的時間，所以對電池影響的柜體也是直接影響安全供電的因素之一。同時，利用相關的神經網絡、強化學習等算法，來實現函數的近似與優(yōu)化，這樣就能對于系統(tǒng)的內部參數進行實時更新，這里主要是采用貝爾曼的優(yōu)化方式來進行更新的。蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)可以用對企業(yè)內外的信息進行預測與管理，實現企業(yè)的高效經營。蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)可以通過過去的信息，來對將來的發(fā)展情況進行預期，同時可以高效地進行整體化的優(yōu)化與安排，實現自動操作。蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)可以利用計算機硬件和軟件共同來為客戶的需求進行分析，實現企業(yè)運行方面的輔助決策。蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)是較為復雜的系統(tǒng)，而且它綜合了計算機技術與數據庫管理運籌方面的高尖端技術，是一門交叉程度非常高的學科，它可以為企業(yè)的經營管理與相關風險的識別與處理，提供一定的依據。蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)主要可以用計算機來對于各種情況進行模擬分析，通過以前的數據來對未來的情況進行輔助判斷，這就有利于企業(yè)對將來進行規(guī)劃，實現企業(yè)的高效運營。蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)主要以人為主體，利用計算機的硬軟件相結合，對于信息進行收集與加工，以使得其能夠滿足我們的安全需要，同時對于企業(yè)的高層管理人員能夠更好的進行決策，避免風險。

產品結構

柜體通體四周采用網孔結構，便于電池的有效散熱；后門兩側立有可掀開式封閉走線槽，左右強弱電分離，讓線纜管理更為合理；整個電源系統(tǒng)配電采用集中配電單元，安裝于柜頂部1-6u空間內，很好地利用電池擺放后的剩余空間（電池與設備間有層板隔離）；內部包含主設備及監(jiān)控系統(tǒng)等輔助設備的供電保障；核心部件為蓄電池的監(jiān)控管理系統(tǒng)主機，主機通過19英寸標準安裝面板嵌入于機柜內，設備實現以下功能：監(jiān)測功能：在線實時監(jiān)測的蓄電池組的：運行狀態(tài)，組端電壓、充放電電流、單體電壓、電壓均衡度、電池組剩余容量。內阻檢測功能：在線一鍵測試整組電池的內阻?？焖偃萘抗浪愫褪Ｓ嗳萘勘O(jiān)測功能：結合安時（AH）計法、內阻法、神經網絡法、卡爾曼過濾器法等建立科學的蓄電池剩余容量_ SOC_數學模型，通過約20min的短時間放電，同時把電壓、電流、充放電時長等相關數據輸入數學模型快速準確估算出電池組剩余容量。數據存儲功能：系統(tǒng)配備SD卡和USB接口直接將數據存儲到SD卡或U盤節(jié)省數據導出時間，充電數據、放電數據和報警過程數據進行了分類單獨存儲，有利于數據檢索和分析利用，存儲空間至少可能存儲5年以上監(jiān)測數據。很好改善了現有監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測參數不足，以及運維人員的安全便捷維護提供可靠安全參數保障。該監(jiān)控系統(tǒng)集成了會計學、數學等方面的重要知識，同時也可以將其利用計算機技術、通信技術等，因此，它是一門交叉學科，從社會技術的角度來看，信息管理系統(tǒng)和組織結構之間有著相互影響的關系，可能會導致整個組織架構發(fā)生一定的變化，而現在的組織結構也會對于該監(jiān)控系統(tǒng)的設計造成一定的影響。

運行模式

智能監(jiān)測機柜也是一個巨大的生態(tài)系統(tǒng)，每個政策對于其中相關技術的發(fā)展都有著極為重要的影響，比如說信息通訊技術以及新能源等就對于智能監(jiān)測機柜的電能運輸與管理產生了極為重要的影響，在全球范圍內物聯(lián)網、大數據等技術越來越受到重視，但是，大數據管理方面的研究還沒有系統(tǒng)化，各個方向的專家正在對其進行廣泛研究，同時在智能監(jiān)測機柜中應用大數據是極為重要的，可以對其進行有效的系統(tǒng)化管理。需要讓其可以進行有線和無線通訊，相互結合，能夠統(tǒng)一指揮的一個大系統(tǒng)，各個系統(tǒng)可以獨立工作，也能夠在上級的指揮下進行統(tǒng)一安排，這樣就實現了電力系統(tǒng)的高效管理。智能監(jiān)測機柜需要一定的儲能技術，同時智能監(jiān)測機柜的廣泛應用也會對智能監(jiān)測機柜的電力配送與管理產生一系列的影響。智能監(jiān)測機柜系統(tǒng)主要可以用計算機來對于各種情況進行模擬分析，通過以前的數據來對未來的情況進行輔助判斷，這就有利于電力企業(yè)對將來進行規(guī)劃，實現電力企業(yè)的高效運營。智能監(jiān)測機柜系統(tǒng)主要以人為主體，利用計算機的硬軟件相結合，對于信息進行收集與加工，以使得其能夠滿足我們的安全需要，同時對于企業(yè)的高層管理人員能夠更好的進行決策，避免風險。

UPS蓄電池智能監(jiān)測機柜的故障處理

常見故障

電池老化原因：蓄電池長期浮充，造成活性物質鈍化，電解液固化；均充頻繁，造成電解液干涸、極板柵格腐蝕；大電流充電或過放電，造成極板變形、硫化等問題，導致電池容量降低甚至失效，給電機啟動、通訊造成安全隱患。鎳鎘電池由于長期頻繁使用電解液比重不斷增加，浮充電流加大，因此電極腐蝕更為迅速，電極腐蝕也會消耗氧氣，從而使電解液變干，這是鎳鎘電池特有的故障。當電池的實際容量下降到其標稱容量的90%以下時，電池便進入衰退期。當電池容量下降到標稱容量的80%以下時，便進入急劇的衰退狀態(tài)，這時電池已存在事故隱患。當電池容量下降到標稱的70%以下時，電池已達到報廢狀態(tài)。

處理方案

蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)采用直流放電多循環(huán)內阻在線測試技術，此項技術包含了在線測試技術、特征點高速捕捉及多重保護及自檢功能，完全有效解決了在線、安全、準確測量蓄電池內阻的技術難題。測試過程無須將UPS與蓄電池組斷開，不影響系統(tǒng)正常運行，測試不受UPS紋波及外界環(huán)境干擾，測量結果準確、穩(wěn)定。電壓檢測采用16位并行A/D轉換技術，無開關或繼電器切換，實現了高速及高穩(wěn)定采集，精度可高達0.1%。采集單元前后級采用了光電隔離，避免前端對后端電路的干擾，保證系統(tǒng)安全可靠。另外采用了先進方便的較準技術，通過后臺軟件即可對每路電壓采集電路進行自動校準，無需對硬件進行任何操作。

結論

蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)從出現以來，已經呈現多元化發(fā)展，從最初階段的模擬、數字監(jiān)控等系統(tǒng)，逐步邁向現在的全網絡高清視頻監(jiān)控等系統(tǒng)。根據融合互聯(lián)網技術，當前建設視頻監(jiān)控系統(tǒng)逐步邁向互聯(lián)網化，也蘊含著更高信息化的條件，但會受到網絡狀況、存儲情況等諸多因素的制約，針對這樣的情況，該系統(tǒng)的發(fā)展與提升密切聯(lián)系著存儲系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)等系統(tǒng)的發(fā)展。使用UPS蓄電池智能檢測機柜可以有效地對于電網中的問題進行解決，有利于實現高效的電能傳輸與使用，因此我們應當做好其檢測與優(yōu)化，使其能夠更好的發(fā)展。

參考文獻

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（作者簡介：苗雪飛，徐宏，周青睞，金海松，劉書涵，胡遨洋，沈偉偉，國網浙江桐鄉(xiāng)市供電公司。）