蓄(xu)電池狀(zhuang)態在線監(jian)控(kong)系(xi)統

蓄電池是(shi)換流(liu)站(變(bian)電站)低壓直流系(xi)統的重(zhong)要組成(cheng)部(bu)分(fen)，其在運行過(guo)程(cheng)中(zhong)，容(rong)易出現(xian)極板(ban)短路(lu)或(huo)開(kai)路、蓄電池極柱、螺絲(si)、連接條爬酸或(huo)腐(fu)蝕(shi)、浮(fu)充(chong)電壓不(bu)均(jun)衡(heng)等異常現(xian)象(xiang)。如果以(yi)上(shang)現(xian)象(xiang)無法及(ji)時被(bei)發現(xian)，極有(you)可能(neng)造(zao)成(cheng)蓄(xu)電池電壓降(jiang)低，供(gong)電時間(jian)顯著下降，嚴重(zhong)時，可能(neng)導(dao)致(zhi)蓄電池發生火災(zai)、引起(qi)保護(hu)拒動或(huo)設(she)備(bei)跳(tiao)閘(zha)。而(er)蓄(xu)電池的故障(zhang)往往伴(ban)隨著(zhe)蓄(xu)電池電壓、溫度、內阻(zu)、容(rong)量等(deng)參數的變(bian)化(hua)，因(yin)此，研(yan)究(jiu)壹(yi)種(zhong)能(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)監(jian)視(shi)蓄電池參數的在(zai)線監(jian)測(ce)裝(zhuang)置(zhi)具有(you)重(zhong)要意義。

1蓄電池在(zai)線監(jian)測(ce)系(xi)統的傳(chuan)統結(jie)構

目(mu)前(qian)，在換流(liu)站及(ji)變(bian)電站通常采(cai)用(yong)電池巡(xun)檢(jian)儀和集中(zhong)監(jian)控(kong)裝(zhuang)置(zhi)相結合(he)的方(fang)式(shi)對蓄電池參數進(jin)行測(ce)量(liang)。單只電池巡(xun)檢(jian)裝(zhuang)置可獨(du)立(li)測量蓄(xu)電池組(zu)中(zhong)單(dan)體(ti)電池的端電壓、溫度等狀(zhuang)態量，

實時監(jian)視(shi)整組(zu)蓄(xu)電池的運(yun)行狀(zhuang)況(kuang)，同(tong)時將(jiang)數據上傳(chuan)集(ji)中(zhong)監(jian)控(kong)器，方(fang)便(bian)運維(wei)人(ren)員查看。蓄電池巡(xun)檢(jian)模(mo)塊采用(yong)串行總(zong)線方(fang)式(shi)，通過RS232通迅接口與(yu)集中(zhong)監(jian)控(kong)器相連接。但是，由(you)於單個(ge)蓄電池巡(xun)檢(jian)模(mo)塊對應多個(ge)蓄電池，因(yin)此導(dao)致(zhi)蓄電池巡(xun)檢(jian)儀接線復(fu)雜，容(rong)易出現(xian)導(dao)線松(song)動(dong)或(huo)連接不到位(wei)導(dao)致(zhi)誤(wu)報(bao)警等情況(kuang);同(tong)時由(you)於RS232通信標準傳(chuan)輸距離的局限性，使(shi)蓄(xu)電池參數僅(jin)能(neng)就地(di)查看，無法傳(chuan)送至(zhi)遠方(fang)。

2蓄電池在(zai)線監(jian)測(ce)系(xi)統的改(gai)進(jin)結構

2.1技術(shu)要求(qiu)

針對傳統蓄(xu)電池巡(xun)檢(jian)儀存在的不(bu)足(zu)，改(gai)進結構應滿(man)足(zu)以(yi)下(xia)技術(shu)要求(qiu):

（1）提高(gao)蓄(xu)電池的接線可靠(kao)性和(he)測(ce)量(liang)準確(que)性，減少誤(wu)報(bao)警的發生，同(tong)時具(ju)備接線簡單，安裝(zhuang)方(fang)便(bian)等優(you)點;

（2）通過改(gai)進(jin)通信傳(chuan)輸(shu)方(fang)式(shi)，實現(xian)蓄(xu)電池參數遠距離傳(chuan)輸(shu)。

2．2基(ji)本(ben)構造(zao)及(ji)原理

蓄電池在(zai)線監(jian)測(ce)系(xi)統主(zhu)要由(you)以(yi)下(xia)三部(bu)分(fen)組成，拓撲(pu)結(jie)構如下圖(tu)所示(shi)。

蓄電池在(zai)線監(jian)測(ce)系(xi)統示(shi)意圖

2.2.1蓄電池傳(chuan)感器

安裝(zhuang)於每(mei)壹(yi)節蓄(xu)電池本(ben)體(ti)，用(yong)來測量蓄(xu)電池的電壓、內阻(zu)、溫度、容(rong)量等(deng)參數，傳(chuan)感(gan)器均(jun)連接與(yu)S-BUS總(zong)線上。

2.2.2通訊轉換模(mo)塊

實現(xian)S-BUS與(yu)RS485之間(jian)的通信轉(zhuan)換，並(bing)將數(shu)據經(jing)網(wang)線或(huo)光(guang)纖(xian)傳送至(zhi)蓄(xu)電池監(jian)測(ce)工(gong)作站。鑒於RS232通信標準的理(li)論(lun)傳輸(shu)距離僅(jin)為(wei)15米(mi)，為(wei)實現(xian)遠距離傳(chuan)輸(shu)，用(yong)RS485通信標準作為(wei)替(ti)代(dai)，可使(shi)傳(chuan)輸(shu)距離提(ti)升(sheng)至(zhi)幾百米(mi)至(zhi)上千(qian)米(mi)，能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)換流(liu)站(變(bian)電站)應用(yong)範圍的要求(qiu)。

2.2.3蓄電池監(jian)測(ce)工(gong)作站

位(wei)於遠方(fang)控制(zhi)樓(lou)內，能(neng)夠(gou)實時接收顯示(shi)管(guan)理(li)終端上傳(chuan)的蓄(xu)電池參數信息，方(fang)便(bian)運行人(ren)員遠程(cheng)監(jian)控(kong)蓄(xu)電池運(yun)行狀(zhuang)態。當蓄電池出(chu)現(xian)故障(zhang)時，蓄(xu)電池監(jian)測(ce)工(gong)作站將發出(chu)告警信號，提醒運行人(ren)員及(ji)時進(jin)行檢(jian)查處理。該(gai)工(gong)作站亦可放(fang)置(zhi)於設(she)備(bei)室(shi)現(xian)場(chang)，亦可將(jiang)蓄(xu)電池參數通過網(wang)線或(huo)光(guang)線傳送至(zhi)遠方(fang)工(gong)控機(ji)處。

2.3創新點

（1）每(mei)臺(tai)蓄電池配(pei)置單獨(du)的傳(chuan)感(gan)器，簡(jian)化(hua)了接線，解(jie)決(jue)了(le)接線復(fu)雜而(er)導(dao)致(zhi)的測(ce)量(liang)不準(zhun)及誤(wu)報(bao)警的情(qing)況(kuang)

（2）用(yong)RS485通信標準取(qu)代(dai)RS232可使(shi)傳(chuan)輸(shu)距離由(you)十幾米增(zeng)加(jia)至(zhi)幾百米(mi)上(shang)千(qian)米(mi)，同(tong)時進(jin)壹(yi)步(bu)提(ti)升(sheng)了(le)抗(kang)幹擾(rao)能(neng)力(li)

（3）運用(yong)RS232/485轉換器，將(jiang)RS485信號轉換成(cheng)RS232信號，實現(xian)與(yu)工(gong)控機(ji)或(huo)PC的通信連接，通過蓄(xu)電池監(jian)測(ce)工(gong)作站中(zhong)的軟(ruan)件(jian)實時讀(du)取傳輸信息並(bing)對異常參數發出(chu)告警信號

（4）對於遠距離傳(chuan)輸(shu)(大於100米)，單(dan)用(yong)網(wang)線已無法滿(man)足(zu)要求(qiu)時，可利(li)用(yong)光貓(mao)實現(xian)網(wang)線與(yu)光纖之(zhi)間(jian)的通信轉(zhuan)換，進(jin)壹(yi)步(bu)延長(chang)傳(chuan)輸距離。

2.4蓄電池傳(chuan)感器通訊協(xie)議(yi)

2.4.1通訊接口

通信接口波(bo)特(te)率的典(dian)型(xing)值(zhi)為(wei)9600b/s，表征數據(ju)傳(chuan)輸速(su)率;包含(han)8位(wei)數(shu)據位(wei)，1位(wei)停(ting)止位(wei)，無校(xiao)驗位(wei)，其(qi)中(zhong)停(ting)止(zhi)位(wei)用(yong)以(yi)標誌(zhi)數據(ju)傳送的結(jie)束;傳(chuan)感器地(di)址可在(zai)0-254取(qu)值(zhi)，壹(yi)般(ban)而(er)言(yan)默(mo)認地(di)址為(wei)1。

2.4.2命令格(ge)式(shi)

當需(xu)要測量(liang)電壓等(deng)參數時，蓄(xu)電池監(jian)測(ce)工(gong)作站將發送給(gei)傳(chuan)感器相應的命令。其(qi)中(zhong)，字(zi)節1表示(shi)傳(chuan)感(gan)器的地(di)址，字(zi)節2表示(shi)蓄(xu)電池監(jian)測(ce)工(gong)作站發送給(gei)傳(chuan)感器的指(zhi)令，字(zi)節3表示(shi)校(xiao)驗和(he)。常(chang)用(yong)指(zhi)令主(zhu)要包括(kuo):測(ce)量電壓、溫度、阻抗(kang)值(zhi)並(bing)存儲測量值(zhi)，傳送存儲的電壓、溫度、阻抗(kang)值(zhi)，指(zhi)派ID、軟(ruan)重(zhong)啟(qi)等(deng)。總(zong)線上*多可連接254個模塊，對應254節蓄(xu)電池。對於110V蓄電池組(zu)，以(yi)每(mei)節蓄(xu)電池2．25V計(ji)算，則僅(jin)需(xu)取(qu)其中(zhong)的52個(ge)模(mo)塊進(jin)行連接即可。

2.4.3返回(hui)數(shu)據(ju)格(ge)式(shi)

蓄電池傳(chuan)感器模(mo)塊接收到正確(que)指(zhi)令後(hou)，將返回(hui)給(gei)請(qing)求(qiu)端相應的數(shu)據(ju)。每(mei)壹(yi)個傳感(gan)器單(dan)元傳(chuan)送的任(ren)何響應均(jun)包(bao)含(han)4個字節，其(qi)中(zhong)，字(zi)節1代(dai)表傳感器的地(di)址，字(zi)節4代(dai)表對字節1和(he)字(zi)節2進(jin)行’逐(zhu)位(wei)XOR’生成(cheng)校(xiao)驗和(he);數(shu)據A采(cai)用(yong)big-endian格式(shi);數據B采(cai)用(yong)格式(shi)little-endian格式(shi)。數據格(ge)式(shi)為(wei)IEEE754無符號半(ban)浮(fu)點(dian)型，取值(zhi)範圍為(wei)0-255.9375。

表1傳感器返(fan)回(hui)數(shu)據(ju)格(ge)式(shi)

2.4.4蓄電池參數的數(shu)據(ju)算法(fa)

IEEE754無符號半(ban)浮(fu)點(dian)型如表2所示(shi)。其(qi)中(zhong)，Flag為(wei)整體(ti)標誌(zhi)，取0表示(shi)數(shu)據(ju)包包(bao)含測(ce)量信息;取(qu)1表示(shi)數(shu)據(ju)包包(bao)含狀(zhuang)態信息;Exp表示(shi)4個(ge)指(zhi)數位(wei);Man表示(shi)11個(ge)尾(wei)數位(wei)。

表2無符號半(ban)浮(fu)點(dian)型數據格(ge)式(shi)

設(she)指(zhi)數為(wei)Exp，蓄(xu)電池電壓為(wei)U，則(ze)當1＜Exp＜14時，有(you)算法公(gong)式(shi):U=2(Exp－7)*(1+Man/211)若(ruo)指(zhi)數超出該範(fan)圍，數據將溢出(chu)或(huo)報(bao)錯。例如，設(she)數(shu)據(ju)A為(wei)0x42(十六進(jin)制(zhi))，數(shu)據(ju)B為(wei)0x02(十六進(jin)制(zhi))，將(jiang)數(shu)據(ju)A和(he)B轉化(hua)為(wei)二(er)進制(zhi)得(de):標誌(zhi)位(wei)為(wei)0，說(shuo)明數據包包(bao)含測量信息，指(zhi)數為(wei)1000，尾(wei)數為(wei)00100000010。代(dai)入(ru)公(gong)式(shi)得(de):U=2(8－7)*［1+(1*29+1*21)/211］≈2.50V即(ji)傳(chuan)感(gan)器測(ce)得(de)的電壓值(zhi)為(wei)2．50V，並(bing)將該(gai)值(zhi)返回(hui)給(gei)蓄(xu)電池監(jian)測(ce)工(gong)作站。

2.5蓄電池監(jian)測(ce)工(gong)作站的工(gong)作原理

傳感(gan)器傳(chuan)送過(guo)來的數(shu)據(ju)經(jing)過(guo)RS232/485轉(zhuan)換器轉(zhuan)換成(cheng)工(gong)控機(ji)或(huo)者(zhe)PC能(neng)夠(gou)讀(du)取(qu)的數(shu)據(ju)，並(bing)通過預(yu)裝(zhuang)在蓄(xu)電池監(jian)測(ce)工(gong)作站的應用(yong)程序對蓄電池參數進(jin)行存儲和分(fen)析，如果該(gai)數(shu)據(ju)超出正常(chang)範(fan)圍，則工(gong)作站將發出(chu)告警，提醒運行人(ren)員到(dao)現(xian)場(chang)檢(jian)查。

2.6現(xian)場(chang)應用(yong)情況(kuang)

2.6.1應用(yong)實例

目(mu)前(qian)，該蓄(xu)電池在(zai)線監(jian)測(ce)系(xi)統已(yi)在(zai)部(bu)分(fen)換流(liu)站和(he)變(bian)電站得(de)到(dao)了(le)應用(yong)，從應用(yong)效(xiao)果看，該系(xi)統在(zai)參數測(ce)量(liang)準確(que)性上(shang)有(you)明顯提升(sheng)，裝(zhuang)置(zhi)誤(wu)報(bao)警的情(qing)況(kuang)明顯下降;受限於施(shi)工(gong)條件(jian)，蓄電池數(shu)據的遠距離傳(chuan)輸(shu)效(xiao)果仍(reng)有(you)待(dai)進壹(yi)步(bu)驗(yan)證(zheng)。

2.6.2經(jing)濟(ji)效(xiao)益

該裝(zhuang)置應用(yong)於換流(liu)站(變(bian)電站)的蓄(xu)電池系(xi)統中(zhong)，壹(yi)方(fang)面提(ti)升(sheng)了(le)蓄(xu)電池的運(yun)維(wei)水平(ping)，另(ling)壹(yi)方(fang)面，也避免(mian)了(le)蓄(xu)電池故障(zhang)甚(shen)至燒(shao)毀(hui)而(er)引(yin)發事故，避(bi)免(mian)了(le)由(you)此而(er)帶(dai)來的巨(ju)大(da)經(jing)濟(ji)損(sun)失，從長期(qi)看，該裝(zhuang)置可為(wei)電力生產(chan)提(ti)供(gong)較(jiao)好的經(jing)濟(ji)效(xiao)益。

3安科(ke)瑞AcrelEMS-IDC數據(ju)中(zhong)心(xin)綜(zong)合(he)能(neng)效(xiao)管(guan)理(li)系(xi)統

3.1平臺(tai)組成

安科(ke)瑞電氣緊(jin)跟數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)能(neng)效(xiao)、資源利(li)用(yong)率和可用(yong)性，提(ti)高(gao)運(yun)維效(xiao)率並(bing)降低運維成本(ben)。

AcrelEMS數據(ju)中(zhong)心(xin)的能(neng)源(yuan)管(guan)理(li)提供(gong)的監(jian)測(ce)和(he)控(kong)制，主(zhu)要分(fen)為(wei)電力監(jian)控(kong)、動(dong)環(huan)監(jian)控(kong)、能(neng)耗(hao)統計(ji)分(fen)析（能(neng)源(yuan)管(guan)理(li)）、蓄電池監(jian)控(kong)、精(jing)密(mi)配(pei)電監(jian)控(kong)、智(zhi)能(neng)母線監(jian)控(kong)、智(zhi)能(neng)照(zhao)明、消(xiao)防相關(guan)的子(zi)系(xi)統。

3.2平臺(tai)拓撲(pu)圖(tu)

3.3蓄電池監(jian)測(ce)系(xi)統

3.3.1蓄電池組(zu)

蓄電池組(zu)通常作為(wei)UPS電源的補充(chong)，用(yong)於提供(gong)更(geng)長(chang)時間(jian)的應急(ji)電源，以(yi)便(bian)在柴(chai)油(you)發電機(ji)組無法提(ti)供(gong)電力時，為(wei)數(shu)據中(zhong)心(xin)提供(gong)電力支(zhi)持。

3.3.2蓄電池組(zu)分(fen)類(lei)

數據(ju)中(zhong)心(xin)的應用(yong)已經(jing)逐(zhu)漸被(bei)鋰電池所取代(dai)。在(zai)選擇(ze)蓄(xu)電池組(zu)時，需(xu)要根據應用(yong)場景的要求(qiu)和預(yu)算來選擇(ze)適合的蓄(xu)電池類(lei)型(xing)。

3.3.3蓄電池組(zu)壹(yi)次(ci)接線圖

數據(ju)中(zhong)心(xin)中(zhong)的蓄(xu)電池通常采(cai)用(yong)壹(yi)定數量(liang)的電池串(chuan)聯組成(cheng)電池組(zu)，並(bing)通過電線連接到UPS電源系(xi)統中(zhong)。接線應遵循(xun)安全(quan)可靠(kao)的原則，以(yi)確(que)保電池組(zu)的正(zheng)常(chang)運行和(he)使(shi)用(yong)壽命。當主(zhu)電源發生故障(zhang)或(huo)停(ting)電時，UPS電源系(xi)統將(jiang)自(zi)動切(qie)換到(dao)蓄電池備(bei)用(yong)電源狀(zhuang)態，以(yi)確(que)保系(xi)統的持續(xu)運行。蓄(xu)電池組(zu)壹(yi)次(ci)系統圖(tu)如圖所示(shi)。

3.3.4蓄電池組(zu)監(jian)控(kong)需(xu)求(qiu)及主(zhu)要設(she)備(bei)選型(xing)

蓄電池組(zu)在數據(ju)中(zhong)心(xin)UPS電源系(xi)統中(zhong)發揮(hui)著(zhe)重(zhong)要作用(yong)，因(yin)此需(xu)要對其進(jin)行監(jian)控(kong)，以(yi)確(que)保其(qi)正(zheng)常(chang)工(gong)作和延長(chang)使(shi)用(yong)壽命。以(yi)下(xia)是蓄電池組(zu)監(jian)控(kong)的壹(yi)些(xie)常見需(xu)求(qiu)：

電池組(zu)狀(zhuang)態監(jian)測(ce)：包(bao)括(kuo)電壓、電流、溫度、容(rong)量等(deng)參數的監(jian)測(ce)，以(yi)實時了(le)解(jie)電池組(zu)的運(yun)行狀(zhuang)況(kuang)。

電池組(zu)剩余(yu)壽命預測(ce)：通過監(jian)測(ce)電池組(zu)的工(gong)作狀(zhuang)態和壽命指(zhi)標，預測(ce)電池組(zu)的剩(sheng)余(yu)壽命，提前(qian)進行維(wei)護(hu)和更(geng)換，避(bi)免(mian)電池組(zu)失效(xiao)導(dao)致(zhi)UPS電源系(xi)統失效(xiao)。

自動(dong)測試和(he)巡(xun)檢(jian)：定(ding)期(qi)對電池組(zu)進行自(zi)動(dong)測試和(he)巡(xun)檢(jian)，以(yi)發現(xian)潛(qian)在(zai)的故障(zhang)和(he)異常情況(kuang)，及(ji)時處理。

報(bao)警和預警(jing)功能(neng)：當電池組(zu)發生異常或(huo)出(chu)現(xian)故障(zhang)時，通過報(bao)警和預警(jing)的方(fang)式(shi)通知(zhi)運(yun)維人(ren)員及(ji)時處理，避(bi)免(mian)事故的發生。

數據(ju)分(fen)析和記(ji)錄(lu)：通過對電池組(zu)數據進(jin)行分(fen)析和記(ji)錄(lu)，可以(yi)了(le)解(jie)電池組(zu)的歷(li)史(shi)運(yun)行情(qing)況(kuang)，為(wei)優(you)化(hua)管理(li)和(he)維(wei)護(hu)提供(gong)數(shu)據(ju)支(zhi)持。

蓄電池監(jian)測(ce)主(zhu)要由(you)S模(mo)塊(kuai)、C模(mo)塊(kuai)及HS采(cai)集器組(zu)成。