電力調度自動化主站中智能蓄電池系統的應用

陳韜，武燕如，許建遠

（1.廣東電網有限責任公司茂名電白供電局，廣東電白，525400；2.廣東電網有限責任公司茂名供電局，廣東茂名，525000）

0 前言

調度自動化的系統包括遠動的主、分站與通信的通道。主站分站安裝于各個變電站，通道把主站和分站有機的關聯為一個整體。若想確保自動化的系統可靠、穩定且連續的運轉，不僅需保證自動化的設備質量達標，而且還應確保交流電源不斷電。若交流的電源斷電后，會都由蓄電池組來提供不間斷的電源。所以，蓄電池的性能及質量會對調度自動化主站運行情況造成直接的影響。

蓄電池屬于安全且便捷的電源，為了得到較高電壓，一般將多節蓄電池串聯在一起。這部分蓄電池經運轉一段時間以后，因單體的蓄電池在特性上有所不同，電池組當中部分電池的性能可能會變差或無效，使得蓄電池組整體性能降低，從而使得系統的安全與可靠性能有所下降。蓄電池屬于化學反應的裝置，且過程較為復雜，對內部的化學反應造成影響的因素眾多，精準估算蓄電池組剩下的電荷量與診斷故障及健康排序時較為繁復。

1 蓄電池的剩余電量監測的方法

1.1 密度法

智能的蓄電池其性能與電解液的密度存在直接關聯，若電解液密度越大，其容量也會越大，因此將智能蓄電池當中的電解液密度測量出來便能將剩余電量估算出來。但伴隨智能的蓄電池長期應用，會使板柵與隔板侵蝕的程度更嚴重，電解液密度值與出廠時比較有所不同，進而使智能的蓄電池壽限有所減少，導致經密度值無法將其剩余的電量精準估算出來。

1.2 電阻放電

經施加給蓄電池相應負載，將單位時間蓄電池端的電壓改變率計算出來，按照此大小將剩余的電量推算出來，若變化量較大則剩余的電量較少。但這一方法阻值的躍變較大，無法精細調節負載的電流，故有較大的誤差。而且為達到在線測量要求，減少測量的時間，要大電流的放電，如此會嚴重的損壞到蓄電池，對其使用的壽限造成影響。

1.3 內阻法

電池內阻和荷電的程度間存在的關聯性比較大，經對電池的內阻加以測量能較精準將其剩余的電量預測出來。蓄電池于充滿與放完電的時候，內阻大約差了2-4 倍。伴隨電池的充電，內阻不斷減小。伴隨電池放電，內阻不斷提高。蓄電池于老化當中，內阻不斷增大，剩余的電量不斷減少，所以，對蓄電池的內阻加以監測可提前將出現故障的電池預測出來，蓄電池的內阻和電池容量的關系如圖1 所示。

圖1 蓄電池的內阻和電池容量的關系圖

1.4 開路電壓

若智能的蓄電池其性能較穩定，則開路的電壓與剩余的容量存在線性的關聯，環境溫度基本不會對蓄電池的老化產生影響。因此，僅將智能蓄電池開路的電壓測量出來，便能將其剩余的電量估算出現。但開路的電壓存在的缺點較明顯，此法前提需蓄電池長期靜置，穩定電壓。但蓄電池由工作的狀態至穩定的狀態，要經歷較長時間，因此此法局限性較大，不宜實時的在線測量。

1.5 溫度測量

蓄電池因具有內阻，促使其充放電經過電流的時候，其內部會出現熱量，此熱量能導致蓄電池溫度出現改變。于同電流前提下，蓄電池的內阻各不相同，其里面出現各不相同的熱量與溫度。蓄電池的溫度測量于其負極柱的底部放設溫度的傳感器，經對在線的蓄電池溫度加以測量，將異常蓄電池找出來。這是經溫度間接的反映出其阻值，預防由于與電阻接觸而導致出現誤差。此法測試較簡單且結果較直觀。

1.6 電導測量

于智能的蓄電池兩端增添已知道振幅與頻率及交流的電壓，將與電壓同一相位交流的電流值測出來，交流的電流與電壓間比值為蓄電池電導。頻率不相同則電導值不相同，若頻率低，其電導與容量相關性比較好，則容量越低、電阻越大且電導值越低。在對電導測量的時候，需于其放電狀態下將電導隨著容量而改變的數據記錄下來，再將變化的曲線繪制出來。此法能將無效蓄電池精準檢測出來，經相關的實驗顯示，智能蓄電池的自身容量僅低于一半時，電導才會發生改變，在低于百分之四十的時候，電導變化較明顯。所以，按照電導值能將其性能判斷出來。

2 智能的蓄電池監測系統工作的原理與應用

2.1 智能系統的測量原理

此監測的系統選擇先進數學的模型，針對蓄電池的浮充電壓與內阻值及放電的曲線等測量的結果綜合加以計算與分析，便能判斷出蓄電池性能出。①對各節蓄電池的電壓與電池組的充放電電流和溫度實時監測。②動態的放電，大電流對負載沖擊(＞100A)，能于極少時間里獲取到電池一瞬間放電的曲線并將內阻測出。③靜態的放電時小電流為恒流，可測出電池的容量。④應用先進數學的模型來對上面的參數綜合加以計算與分析，便能直觀顯現出蓄電池的性能。

2.2 電路的原理

2.2.1 采集的模塊

采集的模塊是經電壓采集的模塊與電流的變送器及溫度的傳感器等順蘇檢測出單節的蓄電池電壓與電池組的充放電的電流及溫度等，而且把這部分模擬量用 A/D 加以轉換，再將獲得的這部分信號傳至CPU 加以處理，然后把處理過的數據經 RS485 的總線傳送到監測的主機加以計算與分析。

2.2.2 放電的模塊

此模塊包括動態與靜態放電的模塊。動態放電的時候，大功率所承受的負載沖擊的電流可在一瞬間高于100A，達到檢測電池的內阻需要。靜態放電的時候，經恒流的控制，可承載長期恒流(5A)的放電負荷，達到對電池的容量加以核對性的測試與活化電池的性能需要。

2.2.3 監測的主機

此智能系統核心的內容就是監測的主機，選擇性能較高的十六位單片機與大容量4M 的FLASH，不但能確保快速的計算較大量的數據，且掉電時保存下數據。采集的模塊所發送的數字信號被接收以后，CPU 會進一步對此信號加以分析，然后于顯示的面板上顯示出獲得的數據，電池的電壓、電流采集如圖2 所示。

注:m 是內阻值的單位(mù)，內阻值小于裝置顯示的范圍用來表示。

圖2 電池的電壓、電流采集圖

2.3 智能系統的應用

2.3.1 動態放電

先將UPS 蓄電池的輸出開關切斷，把準備測試電池組從系統退出，再將動態放電的模塊連好，打開交流開關，閉合蓄電池的放電開關，于監控的主機上采用“動態放電測試”進至放電的狀態，二秒以后停止放電。在停止后，蓄電池組的組端電壓顯示是437.9V，放電的電流大于100A，所獲得的內阻值如表1 所示。

表1 動態放電的測試結果

2.3.2 靜態放電

先切斷UPS 蓄電池的輸出開關，把準備測試電池組從系統退出，再將靜態放電的模塊連好，打開交流的開關，閉合蓄電池的放電開關，再于監控的主機上采用“靜態放電測試”且對放電的電流與時間及容量設定至上限后進至放電的狀態。放電停止以后，蓄電池組的組端電壓是380.5V，放電的時間是3 小時，放電的電流是11.1A，放電的總容量是33.3Ah，單個電池端的電壓如表2 所示。

表2 靜態放電的測試結果

3 結束語

智能的蓄電池能對電力調度的自動化主站正常穩定的運轉起到保護的作用，然而其性能的好壞于應用當中的要求較嚴格，主要是對其加以檢測與測量出剩余的電量對其應用的狀況加以分析。經檢測將智其性能與負荷的承受力判斷出來，幫助運維人員選擇合適舉措加以處理，保證其穩定可靠的運轉。