一种直流电源阀控式铅酸蓄电池组内阻监测系统与方法与流程

1.本发明涉及智能变电站自动化技术领域，特别是一种直流电源阀控式铅酸蓄电池组内阻监测系统与方法。


背景技术：

2.三相交流正常供电时，直流电源系统直流母线电压由正常工作的充电机提供，直流母线为各级变电站中的继电保护、自动装置、断路器等单元提供可靠安全的供电电源，蓄电池组作为备用电源。当三相交流停电或充电机故障不能正常供电时，由蓄电池组提供直流母线电压，以保证继电保护、自动装置以及断路器等单元正常工作。
3.蓄电池开路主要指蓄电池组中的某些蓄电池所呈现的高阻、断路等状态，一般由蓄电池过充、漏液等引起的蓄电池失水干涸，以及电池极柱、汇流板、极板过度腐蚀或断裂等原因导致。在变电站中蓄电池以串联的方式组成蓄电池组，但是这种串联方式存在安全隐患，蓄电池组在工作过程中，任何一只蓄电池发生开路故障或性能异常，都将造成由蓄电池组供电的整个直流母线失电或供电能力较差，直接关系着变电站的运行安全。组成蓄电池组的每节蓄电池的性能质量，直接决定着蓄电池组的可靠供电能力，而每节蓄电池的内阻值与其自身的性能质量具有很大的关联性，所以对蓄电池组的每节蓄电池进行内阻监测，对降低因劣化蓄电池进一步恶化而引发的开路风险具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种直流电源阀控式铅酸蓄电池组内阻监测系统与方法，旨在解决现有技术无法有效监测蓄电池性能质量的问题，实现提高蓄电池可靠供电能力，降低因劣化蓄电池恶化而引发的开路风险。
5.为达到上述技术目的，本发明提供了一种直流电源阀控式铅酸蓄电池组内阻监测系统，所述系统包括：
6.多个内阻监测模块和直流电源系统监控模块；
7.直流电源系统监控模块通过rs485接口与多个内阻监测模块通信；
8.所述内阻监测模块结构如下：
9.n节蓄电池串联并依次连接mos管、功率电阻r以及电流传感器ct；
10.mos管与第1节蓄电池正极以及第n/2节蓄电池正极之间设置电磁继电器kj1、kj3，电流传感器与第n/2节蓄电池负极以及第n节蓄电池负极之间设置电磁继电器kj2、kj4；
11.n节蓄电池的正极分别依次连接光耦转换器k1、k3、
…
、k(2n
‑
1)，且光耦转换器k1、k3、
…
、k(2n
‑
1)彼此相连；n节蓄电池的负极分别依次连接光耦转换器k2、k4、
…
、k(2n)，且光耦转换器k2、k4、
…
、k(2n)彼此相连；
12.每节蓄电池正极与负极各自所连接的光耦转换器组成开关控制对。
13.优选地，所述多个内阻监测模块通过拨码开关为每一个内阻监测模块设置一个唯一地址。
14.本发明还提供了一种利用所述监测系统实现的直流电源阀控式铅酸蓄电池组内阻监测方法，所述方法包括以下步骤：
15.s1、对蓄电池组内蓄电池进行分段，每个分段配置一个内阻监测模块，并为每个内阻监测模块分配唯一地址；
16.s2、蓄电池组处于浮充状态时，直流电源系统监控模块下发内阻监测广播命令至各个内阻监测模块；
17.s3、内阻监测模块启动，设定参数以及初始化，包括定时时间节拍t、定时时间节拍计数器n以及开关控制对序号n，将t、n、n归零；
18.s4、当n＝1t时，复位所有开关控制对，使其处于断开状态；
19.s5、当n＝5t时，闭合电磁继电器kj1、kj2，断开电磁继电器kj3、kj4，将第1节蓄电池至第n/2节蓄电池接入回路；
20.s6、当n＝(6+n*590)t时，接通开关控制对n，控制导通mos管，通过电阻r进行瞬时直流放电，此时接通的开关控制对n对应的蓄电池电压u1，测量放电电流i；当n＝(7+n*590)t时，控制关断mos管，立即测量开关控制对n对应的蓄电池电压u2，计算蓄电池内阻r＝(u2
‑
u1)/i，存储此时的蓄电池内阻值r，断开开关控制对n；
21.s7、在4秒后，利用步骤s6对下一组开关控制对n＝n+1进行控制，并进行下一蓄电池的内阻计算及存储，直至第1节蓄电池至第n/2节蓄电池的所有内阻监测完成；
22.s8、断开电磁继电器kj1、kj2，闭合电磁继电器kj3、kj4，将第n/2+1节蓄电池至第n节蓄电池接入回路；
23.s9、利用s6
‑
s7步骤，完成第n/2+1节蓄电池至第n节蓄电池的所有内阻监测；
24.s10、断开电磁继电器kj3、kj4，各参数归零，结束内阻监测。
25.优选地，所述内阻监测模块采用分组方式进行内阻监测，相邻分段的内阻监测模块不在同一组内，各个分组轮换进行内阻监测。
26.优选地，所述mos管关断后再重新导通的间隔时间设定为30s。
27.优选地，所述直流电源系统监控模块对内阻监测模块中的内阻数据值进行查询分析，将蓄电池内阻数据值与蓄电池内阻告警门槛设定值进行比较，对超过蓄电池内阻门槛设定值的蓄电池进行内阻超限告警，另外将蓄电池内阻数据值与蓄电池开路预警门槛设定值进行比较，对超过蓄电池开路预警门槛设定值的蓄电池进行蓄电池开路故障预警。
28.优选地，所述内阻监测模块采用3次分时瞬时直流放电进行内阻监测。
29.优选地，所述直流电源系统监控模块通过另一路rs485接口，将蓄电池内阻超限告警以及蓄电池开路故障预警等信息上传后台。
30.发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
31.与现有技术相比，本发明引入开关控制对，通过mos管的开合进行瞬时直流放电，并分别采集导通和关断mos管时的电压，通过蓄电池两端的电压降与放电电流的比值来计算内阻。因每节蓄电池的内阻值与其自身的性能质量具有很大的关联性，所以可按实际需要定期对直流电源系统蓄电池组进行内阻监测，对蓄电池组进行健康体检。对蓄电池组的每节蓄电池进行内阻监测，对降低因劣化蓄电池进一步恶化而引发的开路风险具有重要意义，根据监测获得的蓄电池内阻值给变电站运维人员对整组蓄电池性能进行预判提供了有
益的参考依据，有益于变电站运维人员根据蓄电池组中每节蓄电池的内阻监测值有针对性的对蓄电池组进行活化或对劣化蓄电池进行更换，为蓄电池组可靠供电提供了一份保障，具有显著的社会经济效益。
附图说明
32.图1为本发明实施例中所提供的一种直流电源阀控式铅酸蓄电池组内阻监测系统结构示意图；
33.图2为本发明实施例中所提供的一种直流电源阀控式铅酸蓄电池组内阻监测方法流程图。
具体实施方式
34.为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
35.下面结合附图对本发明实施例所提供的一种直流电源阀控式铅酸蓄电池组内阻监测系统与方法进行详细说明。
36.本发明实施例公开了一种直流电源阀控式铅酸蓄电池组内阻监测系统，所述系统包括：
37.多个内阻监测模块和直流电源系统监控模块；
38.直流电源系统监控模块通过rs485接口与多个内阻监测模块通信；
39.所述内阻监测模块结构如下：
40.n节蓄电池串联并依次连接mos管、功率电阻以及电流传感器；
41.mos管与第1节蓄电池以及第n/2节蓄电池之间设置电磁继电器，电流传感器与第n/2节蓄电池以及第n节蓄电池之间设置电磁继电器；
42.n节蓄电池的正极分别依次连接光耦转换器k1、k3、
…
、k(2n
‑
1)，且光耦转换器k1、k3、
…
、k(2n
‑
1)彼此相连；n节蓄电池的负极分别依次连接光耦转换器k2、k4、
…
、k(2n)，且光耦转换器k2、k4、
…
、k(2n)彼此相连；
43.每节蓄电池正极与负极各自所连接的光耦转换器组成开关控制对。
44.在本发明实施例中，蓄电池为标称电压为2v的阀控式铅酸蓄电池，蓄电池组是由一定数量的标称电压为2v的阀控式铅酸蓄电池以串联的方式组成。在变电站直流电源系统中每组蓄电池组常规由104只或108只蓄电池组成。所述内阻监测模块最大可进行18节蓄电池的内阻监测，因此对蓄电池组进行分段，每段由18节蓄电池串联组成。本发明实施例以18节蓄电池为例进行阐述。每个分段设置一个内阻监测模块，本发明实施例通过一个3位拨码开关为每一个内阻监测模块设置一个唯一地址，地址分别为0
‑
5，各个内阻监测模块相互之间独立工作，互不干扰。
45.如图1所示，1
‑
18#蓄电池串联，并依次连接mos管、功率电阻r以及电流传感器ct，
mos管与1#蓄电池、10#蓄电池的正极之间分别设置电磁继电器kj1、kj3，电流传感器ct与9#蓄电池、18#蓄电池的负极之间分别设置电磁继电器kj2、kj4。1
‑
18#蓄电池的正极依次连接光耦转换器k1、k3、
…
、k35，负极依次连接光耦转换器k2、k4、
…
、k36,光耦转换器k1、k3、
…
、k35彼此相互连接，光耦转换器k2、k4、
…
、k36彼此相互连接。
46.光耦转换器k1与k2组成开关控制对0，k3与k4组成开关控制对1，k5与k6组成开关控制对2，以此类推，k35与k36组成开关控制对17，共组成18个开关控制对。
47.功率电阻r阻值为3欧姆，功率为100w，型号为tr100。
48.电流传感器ct用来监测蓄电池瞬时直流放电电流。对串联的9节蓄电池进行瞬时直流放电，流过电阻r的放电电流约为(2v*9节)/3ω＝6a。
49.mos管用于控制蓄电池进行放电时的导通或关断操作，型号为spt100n6f7，耐压60v，最大工作电流100a。
50.通过内阻监测模块对蓄电池组各个分段进行内阻监测，并通过rs485接口将内阻数据信息上传至直流电源系统监控模块，直流电源系统监控模块对接收到的蓄电池内阻数据进行分析，将蓄电池内阻数据值与蓄电池内阻告警门槛设定值进行比较，对超过蓄电池内阻门槛设定值的蓄电池进行内阻超限告警，另外将蓄电池内阻数据值与蓄电池开路预警门槛设定值进行比较，对超过蓄电池开路预警门槛设定值的蓄电池进行蓄电池开路故障预警。
51.直流电源系统监控模块还通过另一路rs485接口，将蓄电池内阻超限告警以及蓄电池开路故障预警等信息及时上传后台，通知运维人员进行处理。
52.如图2所示，本发明实施例还公开了一种利用所述监测系统实现的直流电源阀控式铅酸蓄电池组内阻监测方法，所述方法包括以下操作：
53.s1、对蓄电池组内蓄电池进行分段，每个分段配置一个内阻监测模块，并为每个内阻监测模块分配唯一地址；
54.s2、蓄电池组处于浮充状态时，直流电源系统监控模块下发内阻监测广播命令至各个内阻监测模块；
55.s3、内阻监测模块启动，设定参数以及初始化，包括定时时间节拍t、定时时间节拍计数器n以及开关控制对序号n，将t、n、n归零；
56.s4、当n＝1t时，复位所有开关控制对，使其处于断开状态；
57.s5、当n＝5t时，闭合电磁继电器kj1、kj2，断开电磁继电器kj3、kj4，将第1节蓄电池至第n/2节蓄电池接入回路；
58.s6、当n＝(6+n*590)t时，接通开关控制对n，控制导通mos管，通过电阻r进行瞬时直流放电，此时接通的开关控制对n对应的蓄电池电压u1，测量放电电流i；当n＝(7+n*590)t时，控制关断mos管，立即测量开关控制对n对应的蓄电池电压u2，计算蓄电池内阻r＝(u2
‑
u1)/i，存储此时的蓄电池内阻值r，断开开关控制对n；
59.s7、在4秒后，利用步骤s6对下一组开关控制对n＝n+1进行控制，并进行下一蓄电池的内阻计算及存储，直至第1节蓄电池至第n/2节蓄电池的所有内阻监测完成；
60.s8、断开电磁继电器kj1、kj2，闭合电磁继电器kj3、kj4，将第n/2+1节蓄电池至第n节蓄电池接入回路；
61.s9、利用s6
‑
s7步骤，完成第n/2+1节蓄电池至第n节蓄电池的所有内阻监测；
62.s10、断开电磁继电器kj3、kj4，各参数归零，结束内阻监测。
63.在变电站直流电源系统中每组蓄电池组常规由104只或108只蓄电池组成，每只蓄电池对应一个唯一的标号，标号从1开始，连续排列，直至最后一节蓄电池，而内阻监测模块最大可进行18节蓄电池的内阻监测，因此蓄电池组实现内阻监测需要配置6个内阻监测模块，本发明实施例通过一个3位拨码开关为每一个内阻监测模块设置一个唯一地址，地址分别为0
‑
5，各个内阻监测模块相互之间独立工作，互不干扰。
64.对蓄电池组进行分段，1#
‑
18#的蓄电池为第1段，内阻由地址为0的内阻监测模块进行监测；19#
‑
36#的蓄电池为第2段，内阻由地址为1的内阻监测模块进行监测；37#
‑
54#的蓄电池为第3段，内阻由地址为2的内阻监测模块进行监测；55#
‑
72#的蓄电池为第4段，内阻由地址为3的内阻监测模块进行监测；73#
‑
90#的蓄电池为第5段，内阻由地址为4的内阻监测模块进行监测；91#
‑
末尾编号的蓄电池为第6段，内阻由地址为5的内阻监测模块进行监测。
65.对于蓄电池组的内阻监测，可采用自动模式或手动启动。
66.若蓄电池组处于浮充状态，直流电源系统监控模块通过rs485接口与内阻监测模块进行通信，采用modbus rtu协议，给各个内阻监测模块下发内阻监测命令，而若蓄电池组处于非浮充状态，直流电源系统监控模块禁止向内阻监测模块下发内阻监测命令。
67.为避免相邻分段的蓄电池在内阻监测时进行瞬时直流放电带来的相互干扰，提高内阻监测精度，采取分组的方式，将地址为0、2、4的内阻监测模块分为a组，将地址为1、3、5的内阻监测模块分为b组。
68.直流电源系统监控模块分时控制a组、b组的内阻监测模块进行工作，每组内阻监测模块的内阻监测时间为18分钟，监测过程如下：
69.直流电源系统监控模块向a组内阻监测模块下发启动内阻监测的广播命令，直流电源系统监控模块开始计时。a组内的内阻监测模块启动定时功能，定时时间节拍t＝50ms，设定一个定时时间节拍计数器n，定时每到50ms，定时时间节拍计数器n进行加1计数，即n＝xt，x为大于等于0的整数。当启动定时后，内阻监测模块的定时时间节拍计数器n开始计数，不同地址的内阻监测模块的定时时间节拍计数器n分别独立计数。设定n为开关控制对序号，n≥0且n≤17。
70.内阻监测模块定时时间节拍计数器n＝1t时，复位开关控制对0
‑
17，使其处于断开状态。
71.定时时间节拍计数器n＝5t时，电磁继电器kj1、kj2闭合，kj3、kj4断开，准备给蓄电池进行瞬时直流放电。
72.定时时间节拍计数器n＝(6+n*590)t时，接通开关控制对n，控制导通mos管，通过电阻r进行放电，从而蓄电池内阻值即为蓄电池两端的电压降与放电电流的比值。但是由于蓄电池内阻较小，导致蓄电池两端的电压降一般较小，进行1次瞬时直流放电测量得到的蓄电池内阻值与蓄电池内阻标准值偏差较大。为提高蓄电池内阻监测值的精确度，本发明实施例采用多次分时瞬时直流放电进行内阻监测，但是次数过多容易造成个别蓄电池容量降低，进而影响蓄电池组的整体性能。因此优选采取3次分时瞬时直流放电进行内阻监测。
73.定时时间节拍计数器n＝(7+n*590)t时，此时接通的开关控制对n对应的蓄电池电压u1，测量放电电流i，控制关断mos管，立即测量开关控制对n对应的蓄电池电压u2，计算蓄
电池内阻r1＝(u2
‑
u1)/i，存储此时的蓄电池内阻值r1，u1、u2、i、r1的数据值只对此时对应的定时时间节拍有效。
74.控制关断mos管停止放电后，蓄电池相当于电容，电容电压不能突变，所以应待蓄电池电压达到稳态后进行下次瞬时直流放电。当定时时间节拍计数器n＝(11+n*590)t时，接通开关控制对n，控制导通mos管，通过r进行放电。
75.当定时时间节拍计数器n＝(12+n*590)t时，此时接通的开关控制对n对应的蓄电池电压u1，测量放电电流i，控制关断mos管，立即测量开关控制对n对应的蓄电池电压u2，计算蓄电池内阻r2＝(u2
‑
u1)/i，存储此时的蓄电池内阻值r2，u1、u2、i、r2的数据值只对此时对应的定时时间节拍有效。
76.当定时时间节拍计数器n＝(16+n*590)t时，控制导通mos管，通过电阻r进行瞬时直流放电。
77.当定时时间节拍计数器n＝(12+n*590)t时，此时接通的开关控制对n对应的蓄电池电压u1，测量放电电流i，控制关断mos管，立即测量开关控制对n对应的蓄电池电压u2，计算蓄电池内阻r3＝(u2
‑
u1)/i，存储此时的蓄电池内阻值r3，u1、u2、i、r3的数据值只对此时对应的定时时间节拍有效。
78.以此类推，对下一开关控制对进行控制，即n＝n+1，依次对开关控制对0
‑
8对应的蓄电池内阻进行监测。在完成0
‑
8对应的蓄电池内阻监测后，断开kj1与kj2，闭合kj3与kj4。
79.按照上述操作，依次对开关控制对9
‑
17对应的蓄电池内阻进行监测，从而完成该分段内a组的蓄电池的内阻监测。而后断开kj3和kj4，定时时间节拍计数器n以及开关控制对n归零，结束内阻监测。
80.按照相同方法，完成该分段内b组的蓄电池的内阻监测，从而完成该分段内全部蓄电池的内阻监测。
81.完成内阻监测后，直流电源系统监控模块通过rs485接口分别对不同地址下的内阻监测模块进行内阻数据查询，并对接收到的蓄电池内阻数据进行分析，将蓄电池内阻数据值与蓄电池内阻告警门槛设定值进行比较，对超过蓄电池内阻门槛设定值的蓄电池进行内阻超限告警，另外将蓄电池内阻数据值与蓄电池开路预警门槛设定值进行比较，对超过蓄电池开路预警门槛设定值的蓄电池进行蓄电池开路故障预警。
82.直流电源系统监控模块通过另一路rs485接口，将蓄电池内阻超限告警以及蓄电池开路故障预警等信息及时上传后台，通知运维人员进行处理。
83.本发明实施例中所述方法可应用于10kv开闭所至1000kv特高压变电站、电厂等站用直流电源系统阀控式铅酸蓄电池组内阻监测。因每节蓄电池的内阻值与其自身的性能质量具有很大的关联性，所以可按实际需要定期对直流电源系统蓄电池组进行内阻监测，对蓄电池组进行健康体检。对蓄电池组的每节蓄电池进行内阻监测，对降低因劣化蓄电池进一步恶化而引发的开路风险具有重要意义，根据监测获得的蓄电池内阻值给变电站运维人员对整组蓄电池性能进行预判提供了有益的参考依据，有益于变电站运维人员根据蓄电池组中每节蓄电池的内阻监测值有针对性的对蓄电池组进行活化或对劣化蓄电池进行更换，为蓄电池组可靠供电提供了一份保障，具有显著的社会经济效益。
84.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。