基于载波通信的蓄电池组在线监测与控制系统研究

引言

阀控式铅酸蓄电池是变电站直流系统的备用电源,也是直流系统的核心组成部分,广泛应用于电网各领域。随着电网的快速发展,变电站蓄电池组的数量每年以超过15%的速度增长,导致电池运维工作量逐年增大。与此同时,电子和信息科学技术不断进步,基于电力局域网的蓄电池远程维护和管理已变得可行。改变蓄电池组现有维护模式,提高运维效率和安全性,对于保证电网正常运行显得尤为重要。

本文开发了一种利用载波通信对蓄电池组进行在线监测与控制的系统,实现蓄电池组日常运行状态监视、远程放电、内阻测试等,提高了蓄电池维护工作的效率和安全性。

1蓄电池组在线监测与控制系统的组成

蓄电池组在线监测与控制系统由蓄电池远程核容平台、蓄电池监控模块、放电模块、远程放电控制盒、各种控制开关等组成,如图1所示。蓄电池组远程核容平台与蓄电池监控模块采用LAN、载波等方式进行通信,蓄电池监控模块与放电模块采用Rs485等方式进行通信。放电模块采用电子负载放电模块或逆变负载放电模块。蓄电池监控模块可以控制远程放电控制盒,进而直接导通充放电回路,也可以断开蓄电池组充电回路,并通过二极管连接蓄电池组放电回路:远程放电控制盒包括蓄电池充电回路控制开关及单向导通二极管。蓄电池远程核容平台实现蓄电池远方核容系统各种信息的接入、汇总与显示,远方核容的启动控制,以及核容结果显示、报表输出等功能。蓄电池监控模块检测与上传蓄电池组的电压、温度等信息,接收蓄电池远程核容平台指令,控制充放电回路的断开与闭合,控制放电模块的运行。

2蓄电池组远程放电控制及保护策略

通过蓄电池远程核容平台下发指令启动放电模块对蓄电池组进行放电的过程如图2所示,该核容操作包括以下步骤:

(1)通过蓄电池远程核容平台选定需要进行核容的变电站中的#1蓄电池组。

(2)确认步骤(1)中选定的#1蓄电池组无过欠压、高低温、内阻超限、电压离散型超限等异常报警,同时确保该蓄电池组处于浮充状态,进入步骤(3),如果上述条件不满足则退出核容过程。

(3)根据选定#1蓄电池组设置本次核容的截止条件,包括放电的容量、放电的时间、放电的单体截止电压以及放电的电池组截止电压,进入步骤(4)。

(4)将步骤(3)设置的核容放电的参数,通过LAN、载波等方式发送命令给蓄电池监控模块启动蓄电池组放电,进入步骤(5)。

(5)蓄电池监控模块接收蓄电池远程核容平台的放电指令,关闭充电回路的控制开关J11,确认控制动作有效,使得蓄电池组停止充电,进入步骤(6)。

(6)蓄电池监控模块控制闭合DK21,并通过RS485等方式控制放电模块启动放电。直流系统电压高于蓄电池组电压,蓄电池核容放电系统应保证该状态下直流系统不能对蓄电池组进行充电,进入步骤(7)。

(7)蓄电池远程核容平台实时监测放电过程中另一组蓄电池组是否有步骤(2)中描述的异常状态以及系统是否出现交流失电情况,如果存在则立即停止放电过程,停运放电模块,断开DK21,闭合J11:如果没有故障,进入步骤(8)。

(8)蓄电池远程核容平台检测到#1蓄电池组达到步骤(3)中设置的放电截止条件时,停运放电模块,断开DK21,闭合J11:恢复蓄电池组充电,进入步骤(9)。

(9)充电完成,蓄电池组远程放电过程完成。

3蓄电池组在线监测与控制系统通信方式

本系统采用FBHPLC电力线通信方案,如图3所示。整体系统数据分为三层架构:数据采集层、数据传输层和数据应用层。

(1)数据采集层。数据采集层包括接入终端设备及蓄电池监测装置。蓄电池监测主机通过采集模块获取蓄电池的电压、电流、内阻等实时数据,通过RS485信号输送到载波通信接入终端,再将RS485信号转换成电力载波信号进行上送。

(2)数据传输层。数据传输层包括汇流端装置、互联互通网关、站内交流系统电力线。汇流端装置实现FBHPLC电力线载波信号与RS485信号之间的转换。互联互通网关根据站内交流系统运行方式自动调整通信通道,保证通信正常。实时数据经站内交流系统电力线传输到汇流端装置,汇流端装置将电力线载波信号转换成RS485信号,然后传送到互联互通网关,互联互通网关生成符合104规约的报文上送到智能网关或网络安全监测装置。

(3)数据应用层。通过变电站二次安全防护屏内综合数据网,将蓄电池的运行信息上传至调度主站服务器,实现蓄电池远程监测和核容放电功能。

4蓄电池组在线监测与控制系统功能实现

(1)在线监控:可在线对蓄电池运行参数(组端电压、电流、单体电压、温度、内阻)进行远程实时监测,智能分析电池的优劣变化趋势,实现电池数字化、信息化管理,为电池"精细"维护提供依据。

(2)智能运维:实现变电站蓄电池组的集中自动化管理,通过后台软件对蓄电池运行状态及告警等信息进行统计,按要求自动生成报表,帮助运维人员进行蓄电池维护决策,提升蓄电池运维水平。

(3)远程核容:实现蓄电池远程核容功能,代替人工现场蓄电池核容,实现放电过程数据实时记录,大幅降低该项工作的人力、物力成本,减少核容放电过程中的安全隐患,提高蓄电池核容试验的工作效率和经济效益。

5结语

本文重点研究了蓄电池组远程放电控制及保护策略,开发了蓄电池组在线监测与控制系统,实现了蓄电池组远程核容、内阻测试等,实现了蓄电池数字化、信息化管理,有效提高了蓄电池组维护的工作效率和安全性,减少了运维人员工作量。该系统已在220kV松厦等变电站投运,现场实施效果良好,适合在电网中推广使用。