一种变电站蓄电池在线监测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明针对变电站蓄电池在使用过程中出现的各种故障以及使用寿命大大缩短 等问题，介绍了一种蓄电池组以及蓄电池单体的在线监测方案，该方案遵循主从模块式设 计，其中主控模块负责监控蓄电池组状态、单体电池的状态查询和命令执行、与上位机进行 通信，并且使用I2C串行总线对各单体电池测量单元进行链路管理。
【背景技术】
[0002] 变电站蓄电池组作为保护、控制、信号及通信装置的后备电源，其稳定性、耐用性 和健康状态是极为关键的，目前蓄电池组的检测仍使用人工巡检的方式，极易发生人为因 素错误，因此一种快速、准确、可靠、安全的蓄电池在线监测技术尤为重要。
[0003] 随着微处理器的快速发展以及网络通信的普及，蓄电池组监测技术可以通过监测 模块实时的获取蓄电池组以及单体电池的状态并通过网络将信息发送至后台监控中心，对 应的运维人员可以及时的获取蓄电池组的状态信息，并做出维护计划、从而有助于提高整 个后备电源系统的可靠性，降低运维成本，提高工作效率。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为解决上述问题本发明提供了一种变电站蓄电池在线监测系统及方 法，主要用于对蓄电池组和蓄电池单体的多种状态参数的实时在线监测。
[0005] 技术方案：
[0006] 一种变电站蓄电池在线监测系统，其特征在于：所述的监测系统由主控模块、节 点模块及传感器组成，所述的主控模块包括NXP LPC1700微控制器、状态指示灯、通信接 口、信号模数一数模转换模块、电池组总电压传感器、电池组总电流传感器和电源；其中 NXP LPC1700微控制器的CPU采用Cortex M3处理器；所述的节点模块包括微处理器、片上 flash闪存器、I2C总线、I2C资源分配器、I2C接口通信、电池单体电流测量电路、电池单体 电压测量电路、电池单体内阻测量电路、电池单体温度传感单元，其中节点模块的微处理器 采用LPC IlOOCortex MO;所述的检测系统连接方式为：待测蓄电池组与电池组总电压传 感器和电池组总电流传感器相连，总电压、总电流传感器与主控模块通过一根数据传输线 与一根数据同步线来进行连接，同时节点模块通过设置在蓄电池组上面的串行节点将信息 通过I2C总线输送至I2C资源分配器，I2C资源分配器与主控模块通过I2C接口通信，主控 模块通过RJ45通信接口，基于IEEE802. 3协议，与管理中心的计算机连接。
[0007] 所述的主控模块还包括与调试设备连接的内置RS232接口。
[0008] 所述的节点模块内设置由电池单体电压测量电路、电池单体内阻测量电路、电池 单体温度传感单元组成的串行节点，串行节点的数量< 128个。
[0009] 所述的通信接口采用RJ45接口，通信协议采用IEEE802. 3与管理中心的计算机进 行通信。
[0010] 所述的节点模块还包括可临时存储采集数据的片上flash闪存器。
[0011] 所述的I2C总线连接节点模块在电气上完全隔离的。
[0012] 一种如上所述的变电站蓄电池在线监测系统的监测方法，其特征在于：所述的监 测方法可分为下述几步：
[0013] 步骤一：
[0014] 总电压、电流的监测：待测蓄电池组与电池组总电压传感器和电池组总电流传感 器相连，总电压、总电流传感器与主控模块通过一根数据传输线与一根数据同步线来进行 连接，借此保证整个系统的安全性和同步性；
[0015] 步骤二：
[0016] 单体电压、电流、内阻、温度的轮测：节点模块通过设置在蓄电池组上面的串行节 点将分别收集到的每个蓄电池的电流、电压、温度、内阻信息通过I2C总线输送至I2C资源 分配器，为保证数据安全，数据可先行储存于分配器内置的片上flash闪存器，其中串行节 点< 120个，再由I2C资源分配器与主控模块通过I2C接口通信；其中内阻的测量方法为交 流注入法，对蓄电池注入一个低频的交流电信号，低频电流可以确保蓄电池的性能，并同时 测量蓄电池正负极之间的低频交流电压V tl和流过的低频交流电流I s以及电流和电压之间 的相位差α，并通过阻抗计算公式，利用Vtl和I s的比值计算出阻抗Z :
【主权项】
1. 一种变电站蓄电池在线监测系统，其特征在于：所述的监测系统由主控模块、节 点模块及传感器组成，所述的主控模块包括NXPLPC1700微控制器、状态指示灯、通信接 口、信号模数一数模转换模块、电池组总电压传感器、电池组总电流传感器和电源；其中 NXPLPC1700微控制器的CPU采用Cortex M3处理器；所述的节点模块包括微处理器、片上 flash闪存器、I2C总线、I2C资源分配器、I2C接口通信、电池单体电流测量电路、电池单体 电压测量电路、电池单体内阻测量电路、电池单体温度传感单元，其中节点模块的微处理器 采用LPC 1100 Cortex MO;所述的检测系统连接方式为：待测蓄电池组与电池组总电压传 感器和电池组总电流传感器相连，总电压、总电流传感器与主控模块通过一根数据传输线 与一根数据同步线来进行连接，同时节点模块通过设置在蓄电池组上面的串行节点将信息 通过I2C总线输送至I2C资源分配器，I2C资源分配器与主控模块通过I2C接口通信，主控 模块通过RJ45通信接口，基于IEEE802. 3协议，与管理中心的计算机连接。
2. 根据权利要求1所述的一种变电站蓄电池在线监测系统，其特征在于：所述的主控 模块还包括与调试设备连接的内置RS232接口。
3. 根据权利要求1所述的一种变电站蓄电池在线监测系统，其特征在于：所述的节点 模块内设置由电池单体电压测量电路、电池单体内阻测量电路、电池单体温度传感单元组 成的串行节点，串行节点的数量< 128个。
4. 根据权利要求1所述的一种变电站蓄电池在线监测系统，其特征在于：所述的通信 接口采用RJ45接口，通信协议采用IEEE802. 3与管理中心的计算机进行通信。
5. 根据权利要求1所述的一种变电站蓄电池在线监测系统，其特征在于：所述的节点 模块还包括可临时存储采集数据的片上flash闪存器。
6. 根据权利要求1所述的一种变电站蓄电池在线监测系统，其特征在于：所述的I2C 总线连接节点模块在电气上完全隔离的。
7. -种如权利要求1所述的变电站蓄电池在线监测系统的监测方法，其特征在于：所 述的监测方法可分为下述几步： 步骤一： 总电压、电流的监测：待测蓄电池组与电池组总电压传感器和电池组总电流传感器相 连，总电压、总电流传感器与主控模块通过一根数据传输线与一根数据同步线来进行连接， 借此保证整个系统的安全性和同步性； 步骤二： 单体电压、电流、内阻、温度的轮测：节点模块通过设置在蓄电池组上面的串行节点将 分别收集到的每个蓄电池的电流、电压、温度、内阻信息通过I2C总线输送至I2C资源分 配器，为保证数据安全，数据可先行储存于分配器内置的片上flash闪存器，其中串行节点 < 120个，再由I2C资源分配器与主控模块通过I2C接口通信；其中内阻的测量方法为交流 注入法，对蓄电池注入一个低频的交流电信号，低频电流可以确保蓄电池的性能，并同时测 量蓄电池正负极之间的低频交流电压V tl和流过的低频交流电流13以及电流和电压之间的 相位差α，并通过阻抗计算公式，利用V tl和I s的比值计算出阻抗Z : S Λ ........ h 蓄电池内阻R可通过阻抗和相位差计算出来： R = Zcos α 〇 步骤三： 数据传递与系统组建：步骤一和步骤二收集到的数据由主控模块通过RJ45通信接口， 基于IEEE802. 3协议，将数据上传至管理中心的计算机；进而组成一个既可实施总体监测， 又可对每个待测目标进行轮测的远程分布式的蓄电池在线监测系统。
【专利摘要】一种变电站蓄电池在线监测系统，其特征在于：所述的监测系统由主控模块、节点模块及传感器组成，所述的主控模块包括NXP LPC1700微控制器、状态指示灯、通信接口、信号模数--数模转换模块、电池组总电压传感器、电池组总电流传感器和电源。本发明采用主从分开的网络结构，一个主模块即可分别整体、单体监测数量≤120个的蓄电池组；由于采用了RJ45/IEEE802.3通信接口与管理中心的计算机进行通信，较传统通信，具备传输更可靠，速度更高等优势；可以临时存储单体电池的状态数据的节点模块具备片上flash在主控模块需要访问数据时，可以直接通过flash读取，提高交互数据的时间，有助于提高整个后备电源系统的可靠性,降低运维成本，提高工作效率。
【IPC分类】G01R31-36
【公开号】CN104635167
【申请号】CN201510076757
【发明人】包蕊
【申请人】国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月12日