基于載波通信的蓄電池組在線監測與控制系統研究

李志興 許志華

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東佛山 528000）

0 引言

閥控式鉛酸蓄電池是變電站直流系統的備用電源，也是直流系統的核心組成部分，廣泛應用于電網各領域。隨著電網的快速發展，變電站蓄電池組的數量每年以超過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不斷進步，基于電力局域網的蓄電池遠程維護和管理已變得可行。改變蓄電池組現有維護模式，提高運維效率和安全性，對于保證電網正常運行顯得尤為重要。

本文開發了一種利用載波通信對蓄電池組進行在線監測與控制的系統，實現蓄電池組日常運行狀態監視、遠程放電、內阻測試等，提高了蓄電池維護工作的效率和安全性。

1 蓄電池組在線監測與控制系統的組成

蓄電池組在線監測與控制系統由蓄電池遠程核容平臺、蓄電池監控模塊、放電模塊、遠程放電控制盒、各種控制開關等組成，如圖1所示。蓄電池組遠程核容平臺與蓄電池監控模塊采用LAN、載波等方式進行通信，蓄電池監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及單向導通二極管。蓄電池遠程核容平臺實現蓄電池遠方核容系統各種信息的接入、匯總與顯示，遠方核容的啟動控制，以及核容結果顯示、報表輸出等功能。蓄電池監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，進入步驟（3），如果上述條件不滿足則退出核容過程。

（3）根據選定#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，通過LAN、載波等方式發送命令給蓄電池監控模塊啟動蓄電池組放電，進入步驟（5）。

（5）蓄電池監控模塊接收蓄電池遠程核容平臺的放電指令，關閉充電回路的控制開關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。直流系統電壓高于蓄電池組電壓，蓄電池核容放電系統應保證該狀態下直流系統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）中描述的異常狀態以及系統是否出現交流失電情況，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 蓄電池組在線監測與控制系統通信方式

本系統采用FBHPLC電力線通信方案，如圖3所示。整體系統數據分為三層架構：數據采集層、數據傳輸層和數據應用層。

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

（2）數據傳輸層。數據傳輸層包括匯流端裝置、互聯互通網關、站內交流系統電力線。匯流端裝置實現FBHPLC電力線載波信號與RS485信號之間的轉換。互聯互通網關根據站內交流系統運行方式自動調整通信通道，保證通信正常。實時數據經站內交流系統電力線傳輸到匯流端裝置，匯流端裝置將電力線載波信號轉換成RS485信號，然后傳送到互聯互通網關，互聯互通網關生成符合104規約的報文上送到智能網關或網絡安全監測裝置。

（3）數據應用層。通過變電站二次安全防護屏內綜合數據網，將蓄電池的運行信息上傳至調度主站服務器，實現蓄電池遠程監測和核容放電功能。

4 蓄電池組在線監測與控制系統功能實現

（1）在線監控：可在線對蓄電池運行參數（組端電壓、電流、單體電壓、溫度、內阻）進行遠程實時監測，智能分析電池的優劣變化趨勢，實現電池數字化、信息化管理，為電池“精細”維護提供依據。

（2）智能運維：實現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及告警等信息進行統計，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：實現蓄電池遠程核容功能，代替人工現場蓄電池核容，實現放電過程數據實時記錄，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濟效益。

5 結語

本文重點研究了蓄電池組遠程放電控制及保護策略，開發了蓄電池組在線監測與控制系統，實現了蓄電池組遠程核容、內阻測試等，實現了蓄電池數字化、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。該系統已在220 kV松廈等變電站投運，現場實施效果良好，適合在電網中推廣使用。