基于单体电池分布式免维护智能直流电源系统及其控制方法与流程

【技术领域】

本发明属于变电站蓄电池在线监控维护领域，涉及一种基于单体电池分布式免维护智能直流电源系统及其控制方法。

背景技术：

在电力行业中，为保证电力系统安全和正常运行，安装了大量继电保护系统、各种自动化系统、通信系统和各种信息管理系统等，并随着电网的发展对这些系统的可靠性提出了更高的要求。为保证这些系统能正常发挥作用的不间断电源系统(直流系统或交流系统)也日益成为人们关注和研究的热点。而构成直流电源系统的能源核心是蓄电池。正常运行情况下，蓄电池只是作为浮充备用状态与充电机并联运行，当交流失电时，蓄电池迅速不间断的为直流系统的用电设备提供可靠的直流电，为变电站内的保护装置、自动化装置、事故照明等设备提供动力。因此，保证蓄电池的性能稳定对变电站直流系统的稳定至关重要，是保证变电站的心脏正常运行的动力源。然而蓄电池的经过一段时间使用后，会出现容量降低直至出现失效现象。

目前变电站对蓄电池的性能监测依靠人工记录、定期巡检来判断失效电池。维护是靠人工定期检测核对容量、进行充放电维护，需要停电，需要每次对每节蓄电池繁琐接线、检测、记录。检测后拆除再重新接线检测另一节蓄电池。这样的检测程序导致工作量大，每次投入的人力最少一个班组、一个变电站的蓄电池巡检核对需要浪费两三天时间。因此发明一种在线对蓄电池进行状态监测、在线容量核对、在线跨接掉完全失效电池、在线对落后电池活化免维护的智能直流电源系统是变电站智能化的需要。

传统的直流电源系统中的蓄电池组的运行和维护存在诸多问题和不足：

(1)蓄电池组长期运行会使每节蓄电池间参数差异进一步加大；

(2)只能由充电柜对整个电池组统一充电；由于电池间的容量、内阻差异的存在，整组充电容易导致各单体电压不均衡，在长期浮充情况下，有些电池长期欠充慢慢硫化，有些电池长期过充而失水。

(3)新旧电池不能共用，电池参数严重不一致时要整组更换电池，这不仅浪费大，还会引起环保问题；

(4)单节电池失效会引起整组电池失效；

(5)为提高系统可靠性需另配巡检系统；

(6)需定期进行维护性活化放电等。定期活化维护耗费人力、物力和时间。国内因维护不及时发生电源失效引起重大事故的案例每年都会发生。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于单体电池分布式免维护智能直流电源系统及其控制方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于单体电池分布式免维护智能直流电源系统，包括至少一组蓄电池，以及与蓄电池相连的分布式维护模块，分布式维护模块与智能控制系统相连，智能控制系统分别通过在线跨接模块和ups直流系统与蓄电池相连；其中：

分布式维护模块将数据传输至智能控制系统，当数据中出现落后电池并判断无法进行维护时，通过在线跨接模块将落后电池跨接，进行更换处理。

本发明进一步的改进在于：

所述分布式维护模块包括单体均衡维护模块、单体活化维护模块和内阻检测模块，分布式维护模块将蓄电池的即时信息采集到并进行内部处理，判断蓄电池的信息判断分析其状况，分别发送命令给单体均衡维护模块和单体活化维护模块，通过单体均衡维护模块和单体活化维护模块在线维护实现对蓄电池的分布式智能维护。

所述分布式维护模块通过rs485通讯传输方式将蓄电池的所有数据实时的传输至智能控制系统，智能控制系统将数据通过显示屏的方式呈现在现场，维护人员能够进行蓄电池数据的查询，查询告警内容、通过内阻检测模块进行内阻测试。

所述智能控制系统通过以太网形式将蓄电池的数据传输至数据集控中心，数据集控中心能够同时监测、存储、分析多个站点的数据。

所述智能控制系统与ups直流系统相连；智能控制系统控制ups直流系统的控制开关，使得ups直流系统与蓄电池断开，蓄电池能够通过负载进行放电进行核容试验。

所述交流窜入直流系统告警装置接入ups直流系统，当直流系统有交流信号窜入时，交流窜入直流系统告警装置将出现告警，并将告警内容传送至智能控制系统，及时的进行告警通知。

一种基于单体电池分布式免维护智能直流电源系统的控制方法，包括以下步骤：

1)采集监测各单体电池的电压参数：采用直流放电法对低于设定浮充电压的电池进行阶段性补充充电，并对过充电池进行单体放电以解除过充状态；确保电池组浮充时保持电压均衡，使每节电池都始终处于最佳活性状态，实现均衡维护，为下一步的内阻测试提供一致性平台；

2)采用在线内阻测量技术测试单体电池内阻：准确判定落后电池；

3)采用在线脉冲活化技术：在浮充状态下自动对性能落后的单节电池提供正负宽频脉冲电流进行在线活化，激活蓄电池内部电极板的结晶和硫酸沉淀，防止蓄电池因长期浮充而导致的硫酸盐化；

4)采用落后电池充放电核容技术：在线对落后电池进行恒流放电、三阶段充电；

5)采用在线电池跨接技术：利用单向二级管对失效电池进行在线旁路退出；

6)采用直流系统交流窜电告警技术：对直流系统进行全面监测。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明针对传统直流电源系统存在的上述问题开展研究，在消化吸收已有的蓄电池均衡充电技术基础上，利用最新的电力电子技术及嵌入式技术，研制分布式智能充电、放电、监控一体化模块。判断落后电池、在线跨接出失效电池、在线核容。用可扩展的分布式模块，统一的后台，替代传统直流屏+电池巡检+人工定期维护模式。改变传统的定期对蓄电池核对容量、放电充电维护模式，提供一种对单体电池分布式在线监测、在线均衡维护、在线活化、在线核容、在线跨掉失效电池、监测数据远程传输的智能直流电源系统的技术实现方法。

本发明能够解决蓄电池组中单个电池失效影响直流系统正常供电的问题。通过分布式监测单体电池的内阻，发现落后电池，进行在线活化维护，并可在线跨接更换失效电池，不影响直流系统正常供电。从而杜绝传统直流系统失效电池的电池开路现象，排除安全隐患。达到新旧电池可以混用，实现电池自动维护和匹配，落后电池可以在线跨接更换、无须停电。提高电池可用率，利于环保。分布式在线监控维护系统的组建，可提高直流电源系统的稳定性、可靠性、维护性，使之满足电网发展的需要并且产生经济和社会效益。

【附图说明】

图1为系统结构图；

图2为分布式维护模块原理图。

其中，1-蓄电池；2-分布式维护模块；3-智能控制系统；4-数据集控中心；5-在线跨接模块；6-ups直流系统；7-单体均衡维护模块；8-单体活化维护模块；9-内阻检测模块；10-交流窜入直流系统告警装置。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明基于单体电池分布式免维护智能直流电源系统有一作为储能单元的至少一组蓄电池1以及与蓄电池1连接用于分布式维护智能管理的分布式维护模块2，每十二只蓄电池对应一个分布式维护模块2；分布式维护模块2包括单体均衡维护模块7、单体活化维护模块8和内阻检测模块9，所述的分布式维护模块2将蓄电池1的即时信息采集到并进行内部处理，判断蓄电池1的信息判断分析其状况，分别发送命令给单体均衡维护模块7和单体活化维护模块8，通过两个模块智能在线维护实现对蓄电池1的分布式智能维护。

分布式维护模块2与智能控制系统3相连，并将数据传输至智能控制系统3，当数据中出现落后电池并判断无法进行维护时，可通过在线跨接模块5将落后电池进行跨接，进行更换处理。

分布式维护模块2与智能控制系统3相连，分布式维护模块2通过rs485通讯传输方式将蓄电池1的所有数据实时的传输至智能控制系统3，智能控制系统3将数据通过显示屏的方式呈现在现场，维护人员可进行蓄电池1数据的查询，并可查询告警内容、并通过内阻检测模块9进行内阻测试。

智能控制系统3通过以太网形式将蓄电池1的数据传输至数据集控中心4，数据集控中心4可同时监测、存储、分析多个站点的数据。

智能控制系统3与ups直流系统6相连，需要进行核容时，智能控制系统3控制ups直流系统6的控制开关，使得ups电源与蓄电池1断开，蓄电池1可通过负载进行放电进行核容试验，了解蓄电池1的真实容量。

交流窜入直流系统告警装置10接入ups直流系统6，当直流系统有交流信号窜入时，交流窜入直流系统告警装置10将出现告警，并将告警内容传送至智能控制系统3，及时的进行告警通知。

本发明还公开了一种基于单体电池分布式免维护智能直流电源系统的控制方法，包括以下步骤：

1)采集监测各单体电池的电压参数。采用直流放电法对低于设定浮充电压的电池(长期欠充)进行阶段性补充充电，并对过充电池进行单体放电以解除过充状态；确保电池组浮充时保持电压均衡，使每节电池都始终处于最佳活性状态。实现均衡维护，为下一步的内阻测试提供一致性平台。

2)采用在线内阻测量技术测试单体电池内阻。准确判定落后电池。

3)采用在线脉冲活化技术：在浮充状态下自动对性能落后的单节电池提供正负宽频脉冲电流进行在线活化，激活蓄电池内部电极板的结晶和硫酸沉淀，防止蓄电池因长期浮充而导致的硫酸盐化。

4)采用落后电池充放电核容技术：在线对落后电池进行恒流放电、三阶段充电。

5)采用在线电池跨接技术：利用单向二级管对失效电池进行在线旁路退出。

6)采用直流系统交流窜电告警技术，对直流系统进行全面监测。

本发明实现对蓄电池组在线进行不间断、全方位的监测和维护。取代传统的直流屏、蓄电池巡检装置、定期人工检测维护模式。即通过实时监测蓄电池的运行状态及其各项运行参数，对电池组进行自动诊断并进行相应的在线维护，利用网络实现远程遥信、遥测、遥控的蓄电池智能监控免维护系统。

(1)主要功能：

(1.1)在线实时监测和异常告警功能：

实时监测蓄电池组运行状态，组端电压、充放电电流、单体电压、单体内阻、电池负极温度、电池组剩余容量、放电可持续时间。并可设定门限进行超限告警。

(1.2)在线自动均衡维护功能：

采用在线单体充放电技术，自动实现单体电池的电压均衡调整，使电池单体电压保持均衡状态，有效防止个别电池因长期欠充硫化或长期过充失水，同时能消除落后电池带来的各种安全隐患。

(1.3)单体蓄电池在线跨接退出功能：

发现电池组中存在个别落后电池，并无法修复需要更换时，采用跨接宝跨接在落后电池两端将落后电池从电池组回路中旁路出来，防止落后电池影响其他电池，并可实现在线更换新电池。

(1.4)对落后单体蓄电池在线核容试验：

整组电池容量是由电池组中容量最低的电池(落后电池)决定的。所以只要能确定电池组中最差容量的单体电池，并对其进行单体容量试验，就能了解整组电池容量。无需离线

通过在线监测系统自动判断出落后电池，再利用单体电池核容设备进行单体恒流放电核对容量。该设备具有旁路跨接功能，可实现在线单体核容。

(1.5)单体蓄电池在线活化养护：

蓄电池在线脉冲活化功能是系统在浮充状态下自动对性能落后的单节电池提供正负脉冲电流进行在线活化，激活蓄电池内部电极板的结晶和硫酸的沉淀，防止蓄电池因长期浮充而导致的硫酸盐化，消除由内部引起的安全隐患。

(1.6)交流窜入直流在线监测和告警功能：

为防止交流串入直流引发保护误动、拒动以及厂站全停的恶性事故发生，最新电力行业标准《dl/t1392-2014直流电源系统绝缘监测装置技术条件》要求直流系统绝缘监测装置应具备交流窜入直流故障的测记和报警功能，原有的直流系统绝缘监测装置应逐步改造使其具备交流窜入直流故障的测记和告警功能。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。