通信蓄電池遠程充放電技術(shù)的研究與應(yīng)用

楊國旗

（國網(wǎng)冀北電力有限公司承德供電公司，河北 承德 067000）

0 引 言

當(dāng)前，電力通信網(wǎng)在整個電力系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用，通信設(shè)備的安全穩(wěn)定運行受到越來越多的重視，人們對通信電源的可靠性提出了更高的要求。通信蓄電池的各項參數(shù)狀態(tài)和使用壽命都對電源的正常運行起著重要的作用?，F(xiàn)有蓄電池浮充技術(shù)未實現(xiàn)精細化充電管理，導(dǎo)致單節(jié)電池之間的電壓不均衡，電池容量衰退快、使用壽命短，而傳統(tǒng)的蓄電池核容放電維護存在浪費能源、動態(tài)響應(yīng)差、安全性不高等問題。同時，各供電公司變電站體量大，所需維護的蓄電池組數(shù)量多、放電時間長，每年需要投入大量的維護工作。

通信蓄電池遠程充放電技術(shù)可以滿足當(dāng)前的電力通信發(fā)展需求，無須運維人員到達現(xiàn)場，遠程操作和監(jiān)測各變電站蓄電池充放電試驗，發(fā)現(xiàn)充放電過程中的故障和缺陷。此方案的后臺系統(tǒng)會實時上報告警信息，并分析解決問題，從而保障電力通信網(wǎng)電源的可靠性。

1 遠程充放電技術(shù)方案

通信蓄電池組遠程在線充放電技術(shù)可在線監(jiān)測和告警蓄電池組單體電壓、內(nèi)阻、極柱溫度、組端電壓、組端電流以及蓄電池容量等參數(shù)，以便運維人員實時了解蓄電池的性能狀態(tài)。配備節(jié)能回饋型充放電模塊可實現(xiàn)遠程在線蓄電池放電核容測試維護，使工作人員無須到測試現(xiàn)場，就可以通過平臺網(wǎng)絡(luò)啟動蓄電池組放電核容測試。

1.1 在線監(jiān)控方式

在線監(jiān)控采用分布式在線監(jiān)控方案，即在每一節(jié)蓄電池上安裝一個監(jiān)控模塊及充放電模塊，通過RS-485 數(shù)據(jù)線將監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂颇K，通過RJ-45 或RS-485 接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_系統(tǒng)。

1.2 充放電系統(tǒng)方案

采用先進的節(jié)能全在線充放電方案，對蓄電池組進行核對性、遠程自動在線饋電式充放電試驗。測試過程中，蓄電池組實時在線監(jiān)控，一旦市電異常，被測蓄電池組可立即切換給實際負載供電，保障直流系統(tǒng)運行安全。測試結(jié)束后，自動將蓄電池組接回系統(tǒng)，并監(jiān)測充電電流。整個測試過程，平臺自動記錄蓄電池的所有信息，并定制各種報表。蓄電池充放電系統(tǒng)設(shè)計如圖1 所示。

圖1 蓄電池充放電系統(tǒng)

1.3 實現(xiàn)的功能

在線實時監(jiān)測蓄電池組的電壓和電流，顯示蓄電池工作狀態(tài)，實時測試蓄電池實際容量。一旦單體電壓、內(nèi)阻、單體溫度、容量等超過設(shè)置的告警門限，系統(tǒng)自動告警，并將告警信息傳輸保存到后臺。

支持各種電壓等級的電池組全在線節(jié)能放電。放電電流大小根據(jù)電池組容量進行配置，采用在線饋電式充放電進行全容量放電測試，蓄電池電能全部反饋回電網(wǎng)，安全節(jié)能。

采用客戶端/服務(wù)器（Client/Server，C/S）架構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時顯示充放電測試數(shù)據(jù)并統(tǒng)計分析采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)蓄電池監(jiān)控、測試、性能分析報表，支持局域網(wǎng)、以太網(wǎng)信息傳輸方式，能在App 上查看所有的監(jiān)控參數(shù)和電池組運行情況，告警信息實時推送。

1.4 技術(shù)特點

自動監(jiān)控單體電壓、單體內(nèi)阻、極柱溫度、組端電壓、電流、環(huán)境溫度、單體紋波電壓以及紋波電流等，通過實時監(jiān)控發(fā)現(xiàn)問題，再通過放電測試解決問題，是完整的蓄電池一體化解決方案。

采用分布式一拖一組網(wǎng)模式，每個單體電池安裝一個監(jiān)控模塊。監(jiān)控模塊通過RS-485 網(wǎng)絡(luò)串接，將監(jiān)控數(shù)據(jù)匯集到組端收斂模塊，再由匯集模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示模塊。通信線路上出現(xiàn)斷點時，該方法能減少斷點影響而造成通信中斷。

系統(tǒng)內(nèi)置蓄電池智能維護策略，可根據(jù)電池使用年限自動調(diào)整參數(shù)的監(jiān)測頻率，自動調(diào)整告警閥值。內(nèi)置蓄電池容量估算技術(shù)，通過內(nèi)置蓄電池放電趨勢數(shù)據(jù)庫，可在線準(zhǔn)確預(yù)估出蓄電池的實際容量及后備時間，直觀地告知用戶蓄電池當(dāng)前的性能狀況。

2 系統(tǒng)設(shè)計和實施方案

2.1 系統(tǒng)模塊原理及功能

2.1.1 逆變模塊

逆變模塊用于蓄電池恒流放電，通過RS-485 與上位機通信，接收工作模式，開、關(guān)機指令和放電電流設(shè)定值等相關(guān)信息，上報逆變器相關(guān)工作狀態(tài)。

2.1.2 主控模塊

主控模塊不僅負責(zé)各子模塊之間的信息集中、存儲、分析和決策，還負責(zé)控制監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，執(zhí)行主控模塊的控制指令。主控模塊可配備大容量存儲卡，以便存儲重要監(jiān)控數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)不丟失。

2.1.3 切換模塊

切換模塊用于實現(xiàn)蓄電池與放電裝置和母線的連接及實時切換，確保蓄電池組的正常充放電。特別是在放電過程中出現(xiàn)交流停電時，切換模塊可立即分離蓄電池與放電裝置并將蓄電池接入直流供電系統(tǒng)，實現(xiàn)不間斷地對通信設(shè)備進行供電。

2.1.4 智能顯示模塊

智能顯示模塊用于在線監(jiān)控蓄電池單體電壓、電流、內(nèi)阻、環(huán)境溫度，以數(shù)字和柱狀圖的形式直觀顯示所有的蓄電池監(jiān)控參數(shù)；可顯示所有的歷史告警信息、已處理的告警、未處理的告警等，直接在屏幕上進行監(jiān)控參數(shù)設(shè)置、告警閥值設(shè)置等；具備多種數(shù)據(jù)傳輸接口，支持多種傳輸規(guī)約。

2.1.5 組端匯集模塊

一個組端匯集模塊最多支持240節(jié)單體監(jiān)控模塊，支持組端電壓、組端電流、環(huán)境溫度采集；具有可與后臺系統(tǒng)連接的RS-485 通信口；支持Modbus、傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）等多種傳輸規(guī)約。

2.2 后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計

采用瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）或客戶端/服務(wù)器（Client/Server，C/S）架構(gòu)，用戶可遠程通過網(wǎng)頁形式查看所有站點蓄電池組實時監(jiān)控及測試數(shù)據(jù)，并以圖形和數(shù)字2 種形式體現(xiàn)。后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)庫存儲功能，可存儲所有站點的電池組信息、監(jiān)控數(shù)據(jù)、測試數(shù)據(jù)，方便用戶管理及分析歷史數(shù)據(jù)；可顯示所有的實時及歷史告警信息；具有強大的統(tǒng)計分析功能，可根據(jù)設(shè)定的條件統(tǒng)計所有電池組的性能；支持Word、Excel、Pdf 多種報表格式，可直觀地統(tǒng)計分析通信蓄電池的性能參數(shù)、實際容量及蓄電池運行狀態(tài)的優(yōu)良分級。

2.3 實施方案

將各功能模塊安裝至機柜內(nèi)，電池單體監(jiān)測模塊與電池之間采用線鼻子加電池線連接，從而縮短施工時間，降低風(fēng)險。電池傳感器模塊內(nèi)置三重保護功能，保證模塊工作異常后與電池可靠斷開，以免影響蓄電池及不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）系統(tǒng)。各工作模塊線纜根據(jù)不同的負載電流選定線徑，使用阻燃橡套電纜并采用銅鼻壓接的方式做連接頭，線纜連接方式如圖2 所示。

圖2 蓄電池充放電系統(tǒng)連接

由圖2 可知，切換模塊接口“組端正極”連接到蓄電池組正極；切換模塊接口“在線正極”連接到整流器正極；切換模塊接口“負極”連接到蓄電池組負極；功能模塊之間在機柜內(nèi)部完成接線。逆變模塊輸出交流，并接入電網(wǎng)。

3 結(jié) 論

隨著電力通信技術(shù)發(fā)展的不斷深化，電力系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的自動化程度將逐步深化，通信蓄電池遠程充放電技術(shù)實現(xiàn)了對蓄電池遠程在線進行充放電測試的功能，改變了傳統(tǒng)的運維人員攜帶放電儀器定期前往變電站進行蓄電池充放電試驗的方式，節(jié)約了交通、人力成本，同時降低了人工進行蓄電池充放電時線纜拆接短路、誤碰誤斷熔斷器及觸電的風(fēng)險。此技術(shù)能夠在蓄電池充放電過程中實時監(jiān)測充/放電數(shù)據(jù)，動態(tài)掌握變電站內(nèi)各節(jié)蓄電池的性能狀況，及時發(fā)現(xiàn)缺陷電池，提升了通信電源系統(tǒng)的可靠性，切實保障了電力通信網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。