基于載波通信的蓄電池組在線監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)研究

李志興 許志華

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，廣東佛山 528000）

0 引言

閥控式鉛酸蓄電池是變電站直流系統(tǒng)的備用電源，也是直流系統(tǒng)的核心組成部分，廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)各領(lǐng)域。隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，變電站蓄電池組的數(shù)量每年以超過(guò)15%的速度增長(zhǎng)，導(dǎo)致電池運(yùn)維工作量逐年增大。與此同時(shí)，電子和信息科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，基于電力局域網(wǎng)的蓄電池遠(yuǎn)程維護(hù)和管理已變得可行。改變蓄電池組現(xiàn)有維護(hù)模式，提高運(yùn)維效率和安全性，對(duì)于保證電網(wǎng)正常運(yùn)行顯得尤為重要。

本文開(kāi)發(fā)了一種利用載波通信對(duì)蓄電池組進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)與控制的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)蓄電池組日常運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、遠(yuǎn)程放電、內(nèi)阻測(cè)試等，提高了蓄電池維護(hù)工作的效率和安全性。

1 蓄電池組在線監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的組成

蓄電池組在線監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)由蓄電池遠(yuǎn)程核容平臺(tái)、蓄電池監(jiān)控模塊、放電模塊、遠(yuǎn)程放電控制盒、各種控制開(kāi)關(guān)等組成，如圖1所示。蓄電池組遠(yuǎn)程核容平臺(tái)與蓄電池監(jiān)控模塊采用LAN、載波等方式進(jìn)行通信，蓄電池監(jiān)控模塊與放電模塊采用RS485等方式進(jìn)行通信。放電模塊采用電子負(fù)載放電模塊或逆變負(fù)載放電模塊。蓄電池監(jiān)控模塊可以控制遠(yuǎn)程放電控制盒，進(jìn)而直接導(dǎo)通充放電回路，也可以斷開(kāi)蓄電池組充電回路，并通過(guò)二極管連接蓄電池組放電回路；遠(yuǎn)程放電控制盒包括蓄電池充電回路控制開(kāi)關(guān)及單向?qū)ǘO管。蓄電池遠(yuǎn)程核容平臺(tái)實(shí)現(xiàn)蓄電池遠(yuǎn)方核容系統(tǒng)各種信息的接入、匯總與顯示，遠(yuǎn)方核容的啟動(dòng)控制，以及核容結(jié)果顯示、報(bào)表輸出等功能。蓄電池監(jiān)控模塊檢測(cè)與上傳蓄電池組的電壓、溫度等信息，接收蓄電池遠(yuǎn)程核容平臺(tái)指令，控制充放電回路的斷開(kāi)與閉合，控制放電模塊的運(yùn)行。

2 蓄電池組遠(yuǎn)程放電控制及保護(hù)策略

通過(guò)蓄電池遠(yuǎn)程核容平臺(tái)下發(fā)指令啟動(dòng)放電模塊對(duì)蓄電池組進(jìn)行放電的過(guò)程如圖2所示，該核容操作包括以下步驟：

（1）通過(guò)蓄電池遠(yuǎn)程核容平臺(tái)選定需要進(jìn)行核容的變電站中的#1蓄電池組。

（2）確認(rèn)步驟（1）中選定的#1蓄電池組無(wú)過(guò)欠壓、高低溫、內(nèi)阻超限、電壓離散型超限等異常報(bào)警，同時(shí)確保該蓄電池組處于浮充狀態(tài)，進(jìn)入步驟（3），如果上述條件不滿足則退出核容過(guò)程。

（3）根據(jù)選定#1蓄電池組設(shè)置本次核容的截止條件，包括放電的容量、放電的時(shí)間、放電的單體截止電壓以及放電的電池組截止電壓，進(jìn)入步驟（4）。

（4）將步驟（3）設(shè)置的核容放電的參數(shù)，通過(guò)LAN、載波等方式發(fā)送命令給蓄電池監(jiān)控模塊啟動(dòng)蓄電池組放電，進(jìn)入步驟（5）。

（5）蓄電池監(jiān)控模塊接收蓄電池遠(yuǎn)程核容平臺(tái)的放電指令，關(guān)閉充電回路的控制開(kāi)關(guān)J11，確認(rèn)控制動(dòng)作有效，使得蓄電池組停止充電，進(jìn)入步驟（6）。

（6）蓄電池監(jiān)控模塊控制閉合DK21，并通過(guò)RS485等方式控制放電模塊啟動(dòng)放電。直流系統(tǒng)電壓高于蓄電池組電壓，蓄電池核容放電系統(tǒng)應(yīng)保證該狀態(tài)下直流系統(tǒng)不能對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電，進(jìn)入步驟（7）。

（7）蓄電池遠(yuǎn)程核容平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)放電過(guò)程中另一組蓄電池組是否有步驟（2）中描述的異常狀態(tài)以及系統(tǒng)是否出現(xiàn)交流失電情況，如果存在則立即停止放電過(guò)程，停運(yùn)放電模塊，斷開(kāi)DK21，閉合J11；如果沒(méi)有故障，進(jìn)入步驟（8）。

（8）蓄電池遠(yuǎn)程核容平臺(tái)檢測(cè)到#1蓄電池組達(dá)到步驟（3）中設(shè)置的放電截止條件時(shí)，停運(yùn)放電模塊，斷開(kāi)DK21，閉合J11；恢復(fù)蓄電池組充電，進(jìn)入步驟（9）。

（9）充電完成，蓄電池組遠(yuǎn)程放電過(guò)程完成。

3 蓄電池組在線監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)通信方式

本系統(tǒng)采用FBHPLC電力線通信方案，如圖3所示。整體系統(tǒng)數(shù)據(jù)分為三層架構(gòu)：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層和數(shù)據(jù)應(yīng)用層。

（1）數(shù)據(jù)采集層。數(shù)據(jù)采集層包括接入終端設(shè)備及蓄電池監(jiān)測(cè)裝置。蓄電池監(jiān)測(cè)主機(jī)通過(guò)采集模塊獲取蓄電池的電壓、電流、內(nèi)阻等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)RS485信號(hào)輸送到載波通信接入終端，再將RS485信號(hào)轉(zhuǎn)換成電力載波信號(hào)進(jìn)行上送。

（2）數(shù)據(jù)傳輸層。數(shù)據(jù)傳輸層包括匯流端裝置、互聯(lián)互通網(wǎng)關(guān)、站內(nèi)交流系統(tǒng)電力線。匯流端裝置實(shí)現(xiàn)FBHPLC電力線載波信號(hào)與RS485信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換?；ヂ?lián)互通網(wǎng)關(guān)根據(jù)站內(nèi)交流系統(tǒng)運(yùn)行方式自動(dòng)調(diào)整通信通道，保證通信正常。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)站內(nèi)交流系統(tǒng)電力線傳輸?shù)絽R流端裝置，匯流端裝置將電力線載波信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485信號(hào)，然后傳送到互聯(lián)互通網(wǎng)關(guān)，互聯(lián)互通網(wǎng)關(guān)生成符合104規(guī)約的報(bào)文上送到智能網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)裝置。

（3）數(shù)據(jù)應(yīng)用層。通過(guò)變電站二次安全防護(hù)屏內(nèi)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)，將蓄電池的運(yùn)行信息上傳至調(diào)度主站服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)蓄電池遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和核容放電功能。

4 蓄電池組在線監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

（1）在線監(jiān)控：可在線對(duì)蓄電池運(yùn)行參數(shù)（組端電壓、電流、單體電壓、溫度、內(nèi)阻）進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，智能分析電池的優(yōu)劣變化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)電池?cái)?shù)字化、信息化管理，為電池“精細(xì)”維護(hù)提供依據(jù)。

（2）智能運(yùn)維：實(shí)現(xiàn)變電站蓄電池組的集中自動(dòng)化管理，通過(guò)后臺(tái)軟件對(duì)蓄電池運(yùn)行狀態(tài)及告警等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按要求自動(dòng)生成報(bào)表，幫助運(yùn)維人員進(jìn)行蓄電池維護(hù)決策，提升蓄電池運(yùn)維水平。

（3）遠(yuǎn)程核容：實(shí)現(xiàn)蓄電池遠(yuǎn)程核容功能，代替人工現(xiàn)場(chǎng)蓄電池核容，實(shí)現(xiàn)放電過(guò)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄，大幅降低該項(xiàng)工作的人力、物力成本，減少核容放電過(guò)程中的安全隱患，提高蓄電池核容試驗(yàn)的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)研究了蓄電池組遠(yuǎn)程放電控制及保護(hù)策略，開(kāi)發(fā)了蓄電池組在線監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了蓄電池組遠(yuǎn)程核容、內(nèi)阻測(cè)試等，實(shí)現(xiàn)了蓄電池?cái)?shù)字化、信息化管理，有效提高了蓄電池組維護(hù)的工作效率和安全性，減少了運(yùn)維人員工作量。該系統(tǒng)已在220 kV松廈等變電站投運(yùn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果良好，適合在電網(wǎng)中推廣使用。