一种变电站蓄电池及蓄电池室综合控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及变电站智能监控技术领域，具体涉及一种变电站蓄电池及蓄电池室综合控制系统及其控制方法。

背景技术

蓄电池是直流系统中不可缺少的设备，在变电站直流系统中蓄电池组处于浮充电备用状态，当交流失电时迅速向事故性符合提供能量。变电站一般配置专用的蓄电池室存放蓄电池，蓄电池室配置有空调、排气扇等设备。但是目前蓄电池室的管理存在诸多问题，主要包括以下：

（1）缺乏全面有效的自动监控系统：我们知道蓄电池在日常运行、维护时会产生氢气及酸性气体，一旦氢气或酸性气体浓度过大，会存在严重的安全隐患，而目前蓄电池室仅对环境温度和湿度进行采集，未监测室内氢气、酸性气体等相关量的数据。

（2）蓄电池室无环境自动调控功能：为保证蓄电池室的温度，变电站蓄电池室的空调是常年开启的，耗电量非常大，但是蓄电池室的氢气和酸性气体浓度增加时无法对空气进行疏散。而蓄电池室内的排气扇需要手动启动，无法实时排除室内的有害气体。

（3）蓄电池管理无法根据环境变化自动进行控制：蓄电池的浮充电应用状态会使蓄电池的充电状态不可控，尽管对蓄电池单体的电压、温度和内阻进行监控，但是出现热失控或高温充电时，也只能通过人工现场进行处理。目前大部分变电站是无人值守，从发现到处理需要经过几个小时，往往已经造成蓄电池损伤。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种变电站蓄电池及蓄电池室综合控制系统及其控制方法，以解决变电站蓄电池及蓄电池室的管理问题。

为了实现本发明目的，本发明实施例提供一种变电站蓄电池及蓄电池室综合控制系统，包括集中控制器及与所述集中控制器电连接的人脸识别单元、动力环境控制单元和电池管理单元；

其中，所述人脸识别单元还包括图像识别模块和摄像头，所述摄像头用于获取监控范围内的视频图像，所述图像识别模块用于接收所述视频图像并进行处理和人脸识别；

其中，所述动力环境控制单元还包括环境控制模块及与所述环境控制模块连接的环境数据采集模块，所述环境数据采集模块用于实时采集环境状态量并将采集到的环境状态量传送至所述环境控制模块；所述环境控制模块根据该环境状态量控制蓄电池室中相应环境控制设备工作，以调节蓄电池室内的环境状态量；

其中，所述电池管理单元包括电池控制器及与所述电池控制器电连接的充电控制电路、放电机、电池采集单元、单体均充模块和直流检测单元；所述电池采集单元用于采集各电池单体的电压、温度和内阻；所述直流检测单元用于采集直流母线电压、电池组电压和电流；所述电池控制器用于接收所述电池采集单元、直流检测单元和环境数据采集模块的采集数据，并根据该采集数据控制所述充电控制电路、放电机和单体均充模块工作。

在一些实施例中，所述电池采集单元包括温度采集模块、电压采集模块和内阻采集模块，分别用于采集各电池单体的温度、电压、内阻信息。

在一些实施例中，所述直流检测单元连接包括电压采集模块和电流采集模块，所述电压采集模块用于采集直流母线端输入电压和电池端输入电压，所述电流采集模块用于采集电池充放电电流。

在一些实施例中，所述环境控制模块分别与空调驱动模块、抽风机驱动模块、照明驱动模块和门禁驱动模块电连接，用于控制空调、抽风机、照明和门禁工作。

在一些实施例中，所述环境数据采集模块包括安装于蓄电池室内部的温度传感器、湿度传感器、氢气传感器和酸性气体传感器，分别用于采集蓄电池室内部的温度、湿度、氢气浓度和酸性气体浓度。

在一些实施例中，所述充电控制电路还包括并联连接的igbt器件、大功率二极管以及与所述igbt器件连接的驱动电路，所述驱动电路与所述电池控制器连接，所述大功率二极管正向端与所述放电机的正极和所述电池组的正极连接，所述大功率二极管反向端与直流母线的正极连接。

在一些实施例中，所述单体均充模块包括dc/dc电路以及分别与之相连的正极选通开关、负极选通开关，所述dc/dc电路用于将电源电压降压为蓄电池单体均充电压，所述正极选通开关和负极选通开关用于选择指定的电池单体并采用均充电压充电。

在一些实施例中，所述集中控制器具有通信模块，其通过3g、4g或tcp/ip网络将数据上传至后台监控平台。

作为同一发明构思，本发明实施例还提供一种变电站蓄电池及蓄电池室综合控制系统的控制方法，该控制方法至少用于蓄电池室门禁控制、蓄电池室环境控制和蓄电池管理；

其中，蓄电池室门禁控制方法包括以下步骤：

操作人员站在指定区域，所述摄像头采集操作人员的图像，并传送至所述人脸识别单元；

所述人脸识别单元接收所述图像并进行处理获取图像中操作人员的面部信息；

判断操作人员的面部信息是否具备相应的操作权限；

将判断结果通过rs485通信输送至集中控制器，所述集中控制器判断是否输出控制指令给动力环境控制单元，控制门禁系统开启；

其中，蓄电池室环境控制方法包括以下步骤：

所述环境数据采集模块采集蓄电池室的室内温度、室内湿度、室内氢气浓度和室内酸性气体浓度，并将采集数据传输至动力环境控制单元；

所述环境控制模块获取所述环境数据采集模块的采集数据，并根据该采集数据与预设阈值的比较结果控制相应环境控制设备工作；

所述环境控制模块通过rs485通信模块将所述环境数据采集模块的采集数据上传至集中控制器，通过集中控制器上传至后台监控平台。

其中，蓄电池管理方法包括以下步骤：

所述电池采集单元采集各电池单体的电压、温度和内阻，所述直流检测单元采集直流母线电压、电池组电压和电流；

所述电池控制器根据所述电池采集单元、所述直流检测单元及所述环境数据采集模块实时采集数据控制所述充电控制电路工作，以驱动直流母线对电池组的充电开启或停止；

所述电池控制器在控制所述充电控制电路使直流母线停止对电池组的充电时，启动放电机工作，实现蓄电池组在线核容放电；并在采集到直流母线电压异常时，停止放电机工作，保证电池组的供电能力；

所述电池控制器通过控制所述充电控制电路使直流母线停止对电池组的充电，并启动所述单体均充模块工作，通过所述dc/dc模块及所述正极选通开关、所述负极选通开关，对各电池单体进行轮询均充。

在一些实施例中，其中，蓄电池室环境控制方法具体包括：当蓄电池室的室内氢气浓度或者室内酸性气体浓度超过相应预设阈值时，输出抽风机驱动命令，开启抽风机进行换气；当温度或湿度达到相应预设阈值时，输出空调驱动命令，开启空调进行温湿度调节。

本发明实施例至少具有如下有益效果：

1）蓄电池室环境全面有效自动监控：通过温度传感器、湿度传感器、氢气传感器、酸性气体传感器分别实时自动监控、检测蓄电池室内温湿度、氢气及酸性气体指标参数，可随时查看蓄电池室环境运行情况。

2）蓄电池室环境自动调控：根据实时采集的蓄电池室室内环境数据，对蓄电池室环境进行判断，当某一环境参数超过相应的预设阈值时，调节相应的环境设备，使该环境指标满足蓄电池室运行标准，避免温湿度过高或过低、氢气及酸性气体含量过高造成安全隐患，提高蓄电池室运行环境的可靠性。

3）蓄电池管理自动控制：可实时监控蓄电池单体的电压、温度、内阻等信息，根据根据环境变化对蓄电池充电进行自动控制，当运行环境不符合要求时，停止充电，避免损坏蓄电池，可通过电池管理单元对蓄电池进行在线核容维护操作，全过程可实现自动化，便捷、高效、可控。

4）远程集中监控：可实现将蓄电池室环境状况、蓄电池组运行的情况及其相关数据信息上传到后台监控平台，操作人员可通过后台监控平台掌握当前蓄电池室环境状况以及蓄电池组的运行情况。

5）门禁控制：通过人脸识别单元判断操作人员是否具有操作权限，对具备操作权限的人员才可以进入蓄电池室，无权限人员单独无法进入蓄电池室，需具备权限的人员陪同方可进入蓄电池室，大大提高了蓄电池室的可控性，避免不相关人员进入，产生误操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种变电站蓄电池及蓄电池室综合控制系统框架图。

图2为本发明实施例中充电控制电路示意图。

图3为本发明实施例中单体均充模块结构示意图。

图4为本发明实施例中蓄电池室门禁控制方法流程图。

图5为本发明实施例中蓄电池室环境控制方法流程图。

图6为本发明实施例中蓄电池管理控制方法流程图。

图中元件标记：

集中控制器1，人脸识别单元2，摄像头21，图像识别模块22，动力环境控制单元3，环境数据采集模块31，环境控制模块32，电池管理单元4，电池控制器41，充电控制电路42，igbt器件421，二极管422，驱动电路423，放电机43，电池采集单元44，单体均充模块45，dc/dc模块451，负极选通开关452，正极选通开关453，直流检测单元46。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的技术手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

如图1所示，本发明实施例提供一种变电站蓄电池及蓄电池室综合控制系统，包括集中控制器1及与所述集中控制器1通过数据线电连接的人脸识别单元2、动力环境控制单元3和电池管理单元4，所述集中控制器1与人脸识别单元2、动力环境控制单元3和电池管理单元4进行通信，并控制人脸识别单元2、动力环境控制单元3和电池管理单元4执行相应其发出的控制指令。

本实施例中，所述人脸识别单元2还包括图像识别模块22和摄像头21，所述摄像头21用于获取监控范围内的视频图像，例如操作人员站在指定的监控区域，所述摄像头21对操作人员进行拍摄得到视频图像，所述图像识别模块22用于接收所述视频图像并进行处理和人脸识别；需说明的是，所述图像识别模块22具有人脸识别功能，关于人脸识别功能的实现，可以通过系统软件来实现。系统存储有相关操作人员的人脸信息，通过采集的人脸信息和存储的人脸信息进行匹配，若匹配成功，则判断该操作人员具有操作权限，打开门禁，允许其可以进入蓄电池室。通过人脸识别系统判断，对具备操作权限的人员才可以进入蓄电池室，无权限人员单独无法进入蓄电池室，需具备权限的人员陪同方可进入蓄电池室，大大提高了蓄电池室的可控性，避免不相关人员进入，产生误操作。

本实施例中，所述动力环境控制单元3还包括环境控制模块32及与所述环境控制模块32连接的环境数据采集模块31，所述环境数据采集模块31用于实时采集环境状态量并将采集到的环境状态量传送至所述环境控制模块32；所述环境控制模块32根据该环境状态量控制蓄电池室中相应环境控制设备工作，以调节蓄电池室内的环境状态量；其中，所述环境数据采集模块31采集各项环境参数指标，将各项环境状态量转化为数字信号量，再传输至所述环境控制模块32，以便于环境控制模块32进行判断。

本实施例中，所述电池管理单元4包括电池控制器41及与所述电池控制器41电连接的充电控制电路42、放电机43、电池采集单元44、单体均充模块45和直流检测单元46；所述电池采集单元44用于采集各电池单体的电压、温度和内阻；所述直流检测单元46用于采集直流母线电压、电池组电压和电流；所述电池控制器41用于接收所述电池采集单元44、直流检测单元46和环境数据采集模块31的采集数据，并根据该采集数据控制所述充电控制电路42、放电机43和单体均充模块45工作。其中，所述充电控制电路42用于充电驱动，控制蓄电池充电的进行和停止。

具体而言，本实施例通过获取人物图像面部信息控制蓄电池室门禁系统的开启；通过获取实时采集环境数据信息对相关的环境设备进行调控；通过实时采集的蓄电池组的相关电气量和运行环境变化，控制蓄电池组的智能充放电。由此，实现蓄电池室环境的全面实时监控与智能自动调节，避免各项环境量超标，根据环境变化对蓄电池进行智能充放电控制，避免在不符合要求的环境下充电对蓄电池造成的伤害。

其中，所述集中控制器1、图像识别模块22、环境控制模块32和电池控制器41均可以具备cpu处理模块，可独立处理信息及输出控制，且均包含rs485通信模块，实现集中控制器1、图像识别模块22、环境控制模块32和电池控制器41之间通过rs485通信连接。

在本发明的一些实施例中，所述电池采集单元44包括温度采集模块、电压采集模块和内阻采集模块，分别用于采集各电池单体的温度、电压、内阻信息。其中，所述直流检测单元46连接包括电压采集模块和电流采集模块，所述电压采集模块用于采集直流母线端输入电压和电池端输入电压，所述电流采集模块用于采集电池充放电电流。本实施例中，实时监控蓄电池单体的电压、温度、内阻等信息，根据根据环境变化对蓄电池充电进行自动控制，当运行环境不符合要求时，停止充电，避免损坏蓄电池，可通过电池管理单元4对蓄电池进行在线核容维护操作，全过程可实现自动化，便捷、高效、可控，实现蓄电池管理自动控制。

在本发明的一些实施例中，所述环境控制模块32分别与空调驱动模块、抽风机驱动模块、照明驱动模块和门禁驱动模块电连接，所述环境控制模块32对环境数据采集模块31的实时采集数据进行处理分析，并根据处理分析结果输出相应的控制指令至空调驱动模块、抽风机驱动模块、照明驱动模块和门禁驱动模块，以分别驱动控制空调、抽风机、照明和门禁的启动或关闭，以及具体工作状态。

在本发明的一些实施例中，所述环境数据采集模块31包括安装于蓄电池室内部的温度传感器、湿度传感器、氢气传感器和酸性气体传感器，分别用于采集蓄电池室内部的温度、湿度、氢气浓度和酸性气体浓度。

具体而言，本实施例中通过温度传感器、湿度传感器、氢气传感器、酸性气体传感器实时自动监控、检测蓄电池室内温湿度、氢气及酸性气体指标参数，可随时查看蓄电池室环境运行情况，实现了蓄电池室环境全面有效自动监控。

本实施例中，根据实时采集的蓄电池室环境相关量数据，对蓄电池室环境进行判断，当某一环境参数超过设定值时，调节相应的环境设备，使该环境指标满足蓄电池室运行标准，避免温湿度过高或过低、氢气及酸性气体含量过高造成安全隐患，提高蓄电池室运行环境的可靠性，实现蓄电池室环境自动调控。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，所述充电控制电路42还包括并联连接的igbt器件421、大功率二极管422以及与所述igbt器件421连接的驱动电路423，所述驱动电路423与所述电池控制器41连接，所述大功率二极管422正向端与所述放电机43的正极和所述电池组的正极连接，所述大功率二极管422反向端与直流母线的正极连接。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，所述单体均充模块45包括dc/dc电路以及分别与之相连的正极选通开关453、负极选通开关452，所述dc/dc电路用于将电源电压降压为蓄电池单体均充电压，所述正极选通开关453和负极选通开关452用于选择指定的电池单体并采用均充电压充电。

具体而言，dc/dc电路将电源模块的电源电压降压至电池单体均充电压，通过正极选通开关453和负极选通开关452选择指定的电池单体，对其以均充电压充电。需说明的是，正极选通开关453和负极选通开关452通过连接或断开与电池单体的电连接来实现电池单体的选择指定；其中，电池单体均充的时间和电压可通过电池管理单元4根据电池类型进行设置，蓄电池的类型包括但不限于铅酸蓄电池和锂电池，电压等级包括但不限于2v、6v，12v、3.2v、3.6v等。

假设铅酸蓄电池标称为2v的2号和10单体的电压偏低，dc/dc电路将电源电压将至为2.35v低压直流电，正极选通开关453使与2号和10号电池单体连接的正极开关闭合，负极选通开关452使与2号和10号连接的负极开关闭合，实现对2和好10号电池单体进行以2.35v的均充电压充电，使电池单体处于满容量状态供电。

下面介绍电池的充放电过程：

充电：当所述电池采集单元44检测到电池电压低时，所述电池控制器41自动发送充电控制指令到充电控制电路42，该充电控制电路42输出相应充电驱动信号，igbt器件421接收到驱动信号后，以一定的频率导通，电源通过直流母线给蓄电池充电。当所述电池采集单元44检测到电池处于满容量状态信息后，所述电池控制器41自动发送充电控制指令到充电控制电路42，控制充电控制电路42，停止对电池充电。在充电过程中，当电池管理单元4的电池控制器41接收到蓄电池室环境参数指标超标时，所述电池控制器41发出停止充电指令，igbt器件421接收到相应的驱动信号后，瞬间截止导通，停止对电池充电，直到蓄电池室环境参数指标下降至标准范围内，再次启动充电，避免在环境不达标的情况下给蓄电池充电，造成蓄电池损伤。

放电：当用户需要对蓄电池进行核容维护时，通过所述集中控制器1发出在线核容指令，所述电池管理单元4的电池控制器41接收到该指令后，控制所述充电控制电路42发出相应的驱动信号，使igbt器件421截止导通，并启动放电机43启动运行放电操作。当交流市电或整流器输出异常，检测到电压出现异常情况时，放电机43停止工作，蓄电池组通过大功率二极管422对直流母线上的负载供电，保证无缝不间断供电。

在本发明的一些实施例中，所述集中控制器1具有通信模块，其通过3g、4g或tcp/ip网络将数据上传至后台监控平台，本实施例中实现将蓄电池室环境状况、蓄电池组运行的情况及其相关数据信息上传到后台监控平台，操作人员可通过后台监控平台掌握当前蓄电池室环境状况以及蓄电池组的运行情况，实现远程集中监控，方便工作人员查看蓄电池内的状态，发现异常情况，及时处理。

作为同一发明构思，本发明实施例还提供一种变电站蓄电池及蓄电池室综合控制系统的控制方法，该控制方法至少用于蓄电池室门禁控制、蓄电池室环境控制和蓄电池管理控制；

本实施例中，如图4所示，对蓄电池室门禁进行控制的方法包括以下步骤：

s101操作人员站在指定区域，所述摄像头21采集操作人员的图像，并传送至所述人脸识别单元2；

s102所述人脸识别单元2接收所述图像并进行处理获取图像中操作人员的面部信息；

s103判断操作人员的面部信息是否具备相应的操作权限；

s104将判断结果通过rs485通信输送至集中控制器1，所述集中控制器1判断是否输出控制指令给动力环境控制单元3，控制门禁系统开启。

具体而言，需要提前将具有相应操作权限的操作人员面部信息录入至集中控制器1，当非操作人员或无权限操作人员意图进入蓄电池室时，面部识别无法通过，蓄电池室大门不会被打开，无法进入蓄电池室，只有具备权限的操作人员，才能通过面部识别，方能进入蓄电池室，防止非工作人员或无权限操作人员进入蓄电池室，发生误操作。

本实施例中，如图5所示，对蓄电池室环境进行控制的方法包括以下步骤：

s201所述环境数据采集模块31采集蓄电池室的室内温度、室内湿度、室内氢气浓度和室内酸性气体浓度，并将采集数据传输至动力环境控制单元3；

s202所述环境控制模块32获取所述环境数据采集模块31的采集数据，并根据该采集数据与预设阈值的比较结果控制相应环境控制设备工作；

s203所述环境控制模块32通过rs485通信模块将所述环境数据采集模块31的采集数据上传至集中控制器1，通过集中控制器1上传至后台监控平台。

具体而言，如果当前蓄电池室氢气含量为8%，其他环境参数均符合要求，数据采集单元迅速将采集到环境指标传输动力环境控制单元3，输出抽风机驱动指令，抽风机开启，蓄电池室内的氢气含量下降，当含量下降至7%，抽风机关闭。在这过程中，环境指标及抽风机的状态也会上传至后台监控平台，操作人员可以一目了然。需说明的是，其他项环境控制过程类似，此处不再赘述。

本实施例中，如图6所示，对蓄电池管理进行控制的方法包括以下步骤：

s301所述电池采集单元44采集各电池单体的电压、温度和内阻，所述直流检测单元46采集直流母线电压、电池组电压和电流；

s302所述电池控制器41根据所述电池采集单元44、所述直流检测单元46及所述环境数据采集模块31实时采集数据控制所述充电控制电路42工作，以驱动直流母线对电池组的充电开启或停止；

s303所述电池控制器41在控制所述充电控制电路42使直流母线停止对电池组的充电时，启动放电机43工作，实现蓄电池组在线核容放电；并在采集到直流母线电压异常时，停止放电机43工作，保证电池组的供电能力；

s304所述电池控制器41通过控制所述充电控制电路42使直流母线停止对电池组的充电，并启动所述单体均充模块45工作，通过所述dc/dc模块451及所述正极选通开关453、所述负极选通开关452，对各电池单体进行轮询均充，使电池组各单体处于满容量状态。

在本发明的一些实施例中，所述步骤s202具体包括：当蓄电池室的室内氢气浓度或者室内酸性气体浓度超过相应预设阈值时，输出抽风机驱动命令，开启抽风机进行换气；当温度或湿度达到相应预设阈值时，输出空调驱动命令，开启空调进行温湿度调节。

本文所述方法实施例与上文系统实施例中的属于同一构思，在所述系统实施例上可以运行所述方法实施例中提供的任一方法，其具体实现过程详见所述系统实施例，此处不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”的描述意指结合所述实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。