一種智能蓄電池在線管理系統(tǒng)的研究與分析

田 君

（國網(wǎng)襄陽供電公司信息通信分公司 湖北 襄陽 441000）

1 引言

電源作為信息通信系統(tǒng)的“心臟”，關(guān)乎全站設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。近年來，電力系統(tǒng)中蓄電池的運(yùn)檢及維護(hù)工作越來越多，不僅給運(yùn)維人員增加了工作量，同時(shí)無法做到24 小時(shí)無間斷巡檢，也給網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來不小的挑戰(zhàn)。因此，基于現(xiàn)有技術(shù)研究智能蓄電池管理系統(tǒng)，對(duì)蓄電池組的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行24 小時(shí)在線監(jiān)控和管理，并對(duì)蓄電池性能參數(shù)進(jìn)行診斷和分析，提高蓄電池的使用效率和可靠性。

2 目前蓄電池管理維護(hù)存在的問題

蓄電池是UPS 電源系統(tǒng)中重要的備用儲(chǔ)能單元，由于其固有的化學(xué)特性，運(yùn)維人員需定期對(duì)電池進(jìn)行維護(hù)。然而在實(shí)際使用過程中，不少人錯(cuò)誤地認(rèn)為，蓄電池是免維護(hù)的而不加重視。目前，普遍存在運(yùn)維不到位、針對(duì)性差、維護(hù)手段匱乏等問題，輕則出現(xiàn)電池質(zhì)量受損、壽命降低，不能達(dá)到后備供電的要求，重則出現(xiàn)蓄電池爆炸、失火事故等。

因此，科學(xué)有效地對(duì)蓄電池進(jìn)行智能監(jiān)控和維護(hù)，發(fā)現(xiàn)和解決蓄電池系統(tǒng)中的隱患、提高蓄電池組的性能和安全，是蓄電池維護(hù)工作的重點(diǎn)，是保障蓄電池組穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，是提高機(jī)房供電系統(tǒng)可靠性的有效手段。

3 蓄電池運(yùn)維管理的需求點(diǎn)

目前，運(yùn)維人員需定期地進(jìn)行蓄電池電壓、內(nèi)阻測(cè)試和充放電測(cè)試。由于蓄電池維護(hù)工作操作復(fù)雜、工作量大、安全性低。從提升運(yùn)維工作效率出發(fā)，智能化的蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)該為運(yùn)維人員提供安全、實(shí)時(shí)、全面、智能化的蓄電池管理解決方案，主要需求體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）保障安全：人員安全、電池安全、設(shè)備可靠性高。

（2）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)：在線式監(jiān)控，定時(shí)快速提供預(yù)警信息和診斷結(jié)果。

（3）監(jiān)測(cè)全面：包含電池組和單體的電壓、內(nèi)阻、電流、溫度監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)建立電池?cái)?shù)據(jù)庫。

（4）智能分析：電池性能指標(biāo)健康度及診斷方法，集成到系統(tǒng)軟件中實(shí)現(xiàn)智能化分析。

4 蓄電池在線管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)組成

本文介紹的智能蓄電池組在線管理系統(tǒng)由服務(wù)器、系統(tǒng)主機(jī)、蓄電池采集模塊和放電模塊組成，采用C/S 模式架構(gòu)，主要用于蓄電池常規(guī)運(yùn)行和充放電操作維護(hù)時(shí)，對(duì)蓄電池組及單體蓄電池的電壓、內(nèi)阻、容量、溫度等主要性能指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并傳送到遠(yuǎn)端客戶機(jī)。

4.1.1 系統(tǒng)主機(jī)

系統(tǒng)主機(jī)由數(shù)據(jù)處理器、串口通道、顯示屏等組成。其中，處理器通過串口通道來與蓄電池監(jiān)護(hù)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并對(duì)電壓、電流、內(nèi)阻、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過相關(guān)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、處理、分析。一方面在顯示屏進(jìn)行顯示，另一方面對(duì)重要數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，如若數(shù)據(jù)值超出安全范疇，則發(fā)出告警。

4.1.2 蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊

可在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每節(jié)電池的電壓、內(nèi)阻、充放電電流和溫度，并能對(duì)蓄電池進(jìn)行在線均衡維護(hù)；每一個(gè)監(jiān)控模塊可采集24 節(jié)蓄電池信息，具有多個(gè)協(xié)議的通信接口用于與I/O 及處理器通信。各模塊內(nèi)部做好冗余設(shè)置，模塊之間加強(qiáng)絕緣處理，強(qiáng)化系統(tǒng)的可靠性和安全性能。

4.1.3 恒流放電模塊

以0.1C10 的放電電流進(jìn)行遠(yuǎn)程核對(duì)性放電，準(zhǔn)確檢測(cè)蓄電池真實(shí)容量。

4.2 系統(tǒng)功能

“智能蓄電池組在線管理系統(tǒng)”具有統(tǒng)計(jì)分析、超標(biāo)報(bào)警、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、故障診斷和充放電自動(dòng)控制等功能，通過表格和柱狀圖兩種形式為用戶展現(xiàn)蓄電池運(yùn)行狀態(tài)界面，通過充放電曲線為用戶展現(xiàn)蓄電池組的充放電過程，所有運(yùn)行數(shù)據(jù)都可以導(dǎo)出、匯總、統(tǒng)計(jì)、分析，為用戶掌握蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)和性能預(yù)測(cè)提供了有效的手段。

4.2.1 在線監(jiān)測(cè)功能

系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組的單體電壓、內(nèi)阻、組端電壓、充放電電流、溫度等各項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集?，F(xiàn)場(chǎng)或后臺(tái)同時(shí)顯示數(shù)據(jù)及告警，實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)蓄電池組的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)及指標(biāo)。

4.2.2 蓄電池內(nèi)阻在線測(cè)試

系統(tǒng)采用分段式直流放電法在線測(cè)試每一節(jié)蓄電池內(nèi)阻，判斷蓄電池性能變化趨勢(shì)，延緩蓄電池失效。

采用直流內(nèi)阻測(cè)試方法，即給電池增加一個(gè)負(fù)載，測(cè)量由此產(chǎn)生的變化電壓和電流，可以通過電壓變化值除以電流變化值計(jì)算得到電池的內(nèi)阻。

4.2.3 蓄電池組容量測(cè)試功能

系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)配置的專用放電模塊，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 724-2000，對(duì)蓄電池進(jìn)行0.1C10 核對(duì)性放電，測(cè)試電池組的實(shí)際容量。同時(shí)該模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)電池電壓動(dòng)態(tài)放電測(cè)量每節(jié)電池負(fù)載能力，瞬間判斷電池特性。

4.2.4 完善的軟件功能

本系統(tǒng)在機(jī)房或者站點(diǎn)的設(shè)備將采集的電池狀態(tài)信息實(shí)時(shí)上傳到服務(wù)器和遠(yuǎn)端監(jiān)控臺(tái)，實(shí)時(shí)反饋蓄電池組的運(yùn)行狀態(tài)及各項(xiàng)參數(shù)。該系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)處理技術(shù)，借助管理分析軟件和蓄電池失效判斷數(shù)學(xué)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，判斷電池現(xiàn)有性能以及變化趨勢(shì)。同時(shí)，具有強(qiáng)大的報(bào)表服務(wù)功能，根據(jù)用戶需求提供各類技術(shù)文檔。

4.2.5 多種故障報(bào)警功能

電壓超限、溫度超限、電壓均差值超限等報(bào)警閥值自由設(shè)定；系統(tǒng)支持聲光報(bào)警，故障報(bào)警可采用短信息提示用戶等功能。

4.2.6 蓄電池性能分析

利用計(jì)算機(jī)管理分析監(jiān)控軟件，通過建立蓄電池診斷數(shù)學(xué)模型，并借助強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)蓄電池的多項(xiàng)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行綜合計(jì)算分析，判別蓄電池性能，顯示所有電池性能棒圖[1-2]。

5 結(jié)語

“智能蓄電池組在線管理系統(tǒng)”可實(shí)現(xiàn)蓄電池24 小時(shí)網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化的在線管理與監(jiān)控，測(cè)量數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，減少人工維護(hù)量；可通過多種告警手段，來提醒監(jiān)控人員進(jìn)行故障檢查和處理；可通過運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，可以及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)隱患及其原因，為運(yùn)維人員消缺提供幫助，能夠有效保護(hù)信息機(jī)房UPS 電源系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。