基于載波通信的蓄電池組在線監(jiān)測與控制系統(tǒng)研究

引言

閥控式鉛酸蓄電池是變電站直流系統(tǒng)的備用電源,也是直流系統(tǒng)的核心組成部分,廣泛應用于電網(wǎng)各領(lǐng)域。隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展,變電站蓄電池組的數(shù)量每年以超過15%的速度增長,導致電池運維工作量逐年增大。與此同時,電子和信息科學技術(shù)不斷進步,基于電力局域網(wǎng)的蓄電池遠程維護和管理已變得可行。改變蓄電池組現(xiàn)有維護模式,提高運維效率和安全性,對于保證電網(wǎng)正常運行顯得尤為重要。

本文開發(fā)了一種利用載波通信對蓄電池組進行在線監(jiān)測與控制的系統(tǒng),實現(xiàn)蓄電池組日常運行狀態(tài)監(jiān)視、遠程放電、內(nèi)阻測試等,提高了蓄電池維護工作的效率和安全性。

1蓄電池組在線監(jiān)測與控制系統(tǒng)的組成

蓄電池組在線監(jiān)測與控制系統(tǒng)由蓄電池遠程核容平臺、蓄電池監(jiān)控模塊、放電模塊、遠程放電控制盒、各種控制開關(guān)等組成,如圖1所示。蓄電池組遠程核容平臺與蓄電池監(jiān)控模塊采用LAN、載波等方式進行通信,蓄電池監(jiān)控模塊與放電模塊采用Rs485等方式進行通信。放電模塊采用電子負載放電模塊或逆變負載放電模塊。蓄電池監(jiān)控模塊可以控制遠程放電控制盒,進而直接導通充放電回路,也可以斷開蓄電池組充電回路,并通過二極管連接蓄電池組放電回路:遠程放電控制盒包括蓄電池充電回路控制開關(guān)及單向?qū)ǘO管。蓄電池遠程核容平臺實現(xiàn)蓄電池遠方核容系統(tǒng)各種信息的接入、匯總與顯示,遠方核容的啟動控制,以及核容結(jié)果顯示、報表輸出等功能。蓄電池監(jiān)控模塊檢測與上傳蓄電池組的電壓、溫度等信息,接收蓄電池遠程核容平臺指令,控制充放電回路的斷開與閉合,控制放電模塊的運行。

2蓄電池組遠程放電控制及保護策略

通過蓄電池遠程核容平臺下發(fā)指令啟動放電模塊對蓄電池組進行放電的過程如圖2所示,該核容操作包括以下步驟:

(1)通過蓄電池遠程核容平臺選定需要進行核容的變電站中的#1蓄電池組。

(2)確認步驟(1)中選定的#1蓄電池組無過欠壓、高低溫、內(nèi)阻超限、電壓離散型超限等異常報警,同時確保該蓄電池組處于浮充狀態(tài),進入步驟(3),如果上述條件不滿足則退出核容過程。

(3)根據(jù)選定#1蓄電池組設置本次核容的截止條件,包括放電的容量、放電的時間、放電的單體截止電壓以及放電的電池組截止電壓,進入步驟(4)。

(4)將步驟(3)設置的核容放電的參數(shù),通過LAN、載波等方式發(fā)送命令給蓄電池監(jiān)控模塊啟動蓄電池組放電,進入步驟(5)。

(5)蓄電池監(jiān)控模塊接收蓄電池遠程核容平臺的放電指令,關(guān)閉充電回路的控制開關(guān)J11,確認控制動作有效,使得蓄電池組停止充電,進入步驟(6)。

(6)蓄電池監(jiān)控模塊控制閉合DK21,并通過RS485等方式控制放電模塊啟動放電。直流系統(tǒng)電壓高于蓄電池組電壓,蓄電池核容放電系統(tǒng)應保證該狀態(tài)下直流系統(tǒng)不能對蓄電池組進行充電,進入步驟(7)。

(7)蓄電池遠程核容平臺實時監(jiān)測放電過程中另一組蓄電池組是否有步驟(2)中描述的異常狀態(tài)以及系統(tǒng)是否出現(xiàn)交流失電情況,如果存在則立即停止放電過程,停運放電模塊,斷開DK21,閉合J11:如果沒有故障,進入步驟(8)。

(8)蓄電池遠程核容平臺檢測到#1蓄電池組達到步驟(3)中設置的放電截止條件時,停運放電模塊,斷開DK21,閉合J11:恢復蓄電池組充電,進入步驟(9)。

(9)充電完成,蓄電池組遠程放電過程完成。

3蓄電池組在線監(jiān)測與控制系統(tǒng)通信方式

本系統(tǒng)采用FBHPLC電力線通信方案,如圖3所示。整體系統(tǒng)數(shù)據(jù)分為三層架構(gòu):數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層和數(shù)據(jù)應用層。

(1)數(shù)據(jù)采集層。數(shù)據(jù)采集層包括接入終端設備及蓄電池監(jiān)測裝置。蓄電池監(jiān)測主機通過采集模塊獲取蓄電池的電壓、電流、內(nèi)阻等實時數(shù)據(jù),通過RS485信號輸送到載波通信接入終端,再將RS485信號轉(zhuǎn)換成電力載波信號進行上送。

(2)數(shù)據(jù)傳輸層。數(shù)據(jù)傳輸層包括匯流端裝置、互聯(lián)互通網(wǎng)關(guān)、站內(nèi)交流系統(tǒng)電力線。匯流端裝置實現(xiàn)FBHPLC電力線載波信號與RS485信號之間的轉(zhuǎn)換?；ヂ?lián)互通網(wǎng)關(guān)根據(jù)站內(nèi)交流系統(tǒng)運行方式自動調(diào)整通信通道,保證通信正常。實時數(shù)據(jù)經(jīng)站內(nèi)交流系統(tǒng)電力線傳輸?shù)絽R流端裝置,匯流端裝置將電力線載波信號轉(zhuǎn)換成RS485信號,然后傳送到互聯(lián)互通網(wǎng)關(guān),互聯(lián)互通網(wǎng)關(guān)生成符合104規(guī)約的報文上送到智能網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡安全監(jiān)測裝置。

(3)數(shù)據(jù)應用層。通過變電站二次安全防護屏內(nèi)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng),將蓄電池的運行信息上傳至調(diào)度主站服務器,實現(xiàn)蓄電池遠程監(jiān)測和核容放電功能。

4蓄電池組在線監(jiān)測與控制系統(tǒng)功能實現(xiàn)

(1)在線監(jiān)控:可在線對蓄電池運行參數(shù)(組端電壓、電流、單體電壓、溫度、內(nèi)阻)進行遠程實時監(jiān)測,智能分析電池的優(yōu)劣變化趨勢,實現(xiàn)電池數(shù)字化、信息化管理,為電池"精細"維護提供依據(jù)。

(2)智能運維:實現(xiàn)變電站蓄電池組的集中自動化管理,通過后臺軟件對蓄電池運行狀態(tài)及告警等信息進行統(tǒng)計,按要求自動生成報表,幫助運維人員進行蓄電池維護決策,提升蓄電池運維水平。

(3)遠程核容:實現(xiàn)蓄電池遠程核容功能,代替人工現(xiàn)場蓄電池核容,實現(xiàn)放電過程數(shù)據(jù)實時記錄,大幅降低該項工作的人力、物力成本,減少核容放電過程中的安全隱患,提高蓄電池核容試驗的工作效率和經(jīng)濟效益。

5結(jié)語

本文重點研究了蓄電池組遠程放電控制及保護策略,開發(fā)了蓄電池組在線監(jiān)測與控制系統(tǒng),實現(xiàn)了蓄電池組遠程核容、內(nèi)阻測試等,實現(xiàn)了蓄電池數(shù)字化、信息化管理,有效提高了蓄電池組維護的工作效率和安全性,減少了運維人員工作量。該系統(tǒng)已在220kV松廈等變電站投運,現(xiàn)場實施效果良好,適合在電網(wǎng)中推廣使用。