通信蓄電池遠程充放電技術的研究與應用

楊國旗

（國網冀北電力有限公司承德供電公司，河北 承德 067000）

0 引 言

當前，電力通信網在整個電力系統中發揮著越來越重要的作用，通信設備的安全穩定運行受到越來越多的重視，人們對通信電源的可靠性提出了更高的要求。通信蓄電池的各項參數狀態和使用壽命都對電源的正常運行起著重要的作用?，F有蓄電池浮充技術未實現精細化充電管理，導致單節電池之間的電壓不均衡，電池容量衰退快、使用壽命短，而傳統的蓄電池核容放電維護存在浪費能源、動態響應差、安全性不高等問題。同時，各供電公司變電站體量大，所需維護的蓄電池組數量多、放電時間長，每年需要投入大量的維護工作。

通信蓄電池遠程充放電技術可以滿足當前的電力通信發展需求，無須運維人員到達現場，遠程操作和監測各變電站蓄電池充放電試驗，發現充放電過程中的故障和缺陷。此方案的后臺系統會實時上報告警信息，并分析解決問題，從而保障電力通信網電源的可靠性。

1 遠程充放電技術方案

通信蓄電池組遠程在線充放電技術可在線監測和告警蓄電池組單體電壓、內阻、極柱溫度、組端電壓、組端電流以及蓄電池容量等參數，以便運維人員實時了解蓄電池的性能狀態。配備節能回饋型充放電模塊可實現遠程在線蓄電池放電核容測試維護，使工作人員無須到測試現場，就可以通過平臺網絡啟動蓄電池組放電核容測試。

1.1 在線監控方式

在線監控采用分布式在線監控方案，即在每一節蓄電池上安裝一個監控模塊及充放電模塊，通過RS-485 數據線將監控數據傳輸到主控制模塊，通過RJ-45 或RS-485 接口將數據傳輸到后臺系統。

1.2 充放電系統方案

采用先進的節能全在線充放電方案，對蓄電池組進行核對性、遠程自動在線饋電式充放電試驗。測試過程中，蓄電池組實時在線監控，一旦市電異常，被測蓄電池組可立即切換給實際負載供電，保障直流系統運行安全。測試結束后，自動將蓄電池組接回系統，并監測充電電流。整個測試過程，平臺自動記錄蓄電池的所有信息，并定制各種報表。蓄電池充放電系統設計如圖1 所示。

圖1 蓄電池充放電系統

1.3 實現的功能

在線實時監測蓄電池組的電壓和電流，顯示蓄電池工作狀態，實時測試蓄電池實際容量。一旦單體電壓、內阻、單體溫度、容量等超過設置的告警門限，系統自動告警，并將告警信息傳輸保存到后臺。

支持各種電壓等級的電池組全在線節能放電。放電電流大小根據電池組容量進行配置，采用在線饋電式充放電進行全容量放電測試，蓄電池電能全部反饋回電網，安全節能。

采用客戶端/服務器（Client/Server，C/S）架構監測數據，實時顯示充放電測試數據并統計分析采集數據，實現蓄電池監控、測試、性能分析報表，支持局域網、以太網信息傳輸方式，能在App 上查看所有的監控參數和電池組運行情況，告警信息實時推送。

1.4 技術特點

自動監控單體電壓、單體內阻、極柱溫度、組端電壓、電流、環境溫度、單體紋波電壓以及紋波電流等，通過實時監控發現問題，再通過放電測試解決問題，是完整的蓄電池一體化解決方案。

采用分布式一拖一組網模式，每個單體電池安裝一個監控模塊。監控模塊通過RS-485 網絡串接，將監控數據匯集到組端收斂模塊，再由匯集模塊將數據傳輸到顯示模塊。通信線路上出現斷點時，該方法能減少斷點影響而造成通信中斷。

系統內置蓄電池智能維護策略，可根據電池使用年限自動調整參數的監測頻率，自動調整告警閥值。內置蓄電池容量估算技術，通過內置蓄電池放電趨勢數據庫，可在線準確預估出蓄電池的實際容量及后備時間，直觀地告知用戶蓄電池當前的性能狀況。

2 系統設計和實施方案

2.1 系統模塊原理及功能

2.1.1 逆變模塊

逆變模塊用于蓄電池恒流放電，通過RS-485 與上位機通信，接收工作模式，開、關機指令和放電電流設定值等相關信息，上報逆變器相關工作狀態。

2.1.2 主控模塊

主控模塊不僅負責各子模塊之間的信息集中、存儲、分析和決策，還負責控制監控系統的運行狀態，執行主控模塊的控制指令。主控模塊可配備大容量存儲卡，以便存儲重要監控數據、告警數據，保證數據不丟失。

2.1.3 切換模塊

切換模塊用于實現蓄電池與放電裝置和母線的連接及實時切換，確保蓄電池組的正常充放電。特別是在放電過程中出現交流停電時，切換模塊可立即分離蓄電池與放電裝置并將蓄電池接入直流供電系統，實現不間斷地對通信設備進行供電。

2.1.4 智能顯示模塊

智能顯示模塊用于在線監控蓄電池單體電壓、電流、內阻、環境溫度，以數字和柱狀圖的形式直觀顯示所有的蓄電池監控參數；可顯示所有的歷史告警信息、已處理的告警、未處理的告警等，直接在屏幕上進行監控參數設置、告警閥值設置等；具備多種數據傳輸接口，支持多種傳輸規約。

2.1.5 組端匯集模塊

一個組端匯集模塊最多支持240節單體監控模塊，支持組端電壓、組端電流、環境溫度采集；具有可與后臺系統連接的RS-485 通信口；支持Modbus、傳輸控制協議/網際協議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）等多種傳輸規約。

2.2 后臺數據管理系統設計

采用瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）或客戶端/服務器（Client/Server，C/S）架構，用戶可遠程通過網頁形式查看所有站點蓄電池組實時監控及測試數據，并以圖形和數字2 種形式體現。后臺數據管理系統具有數據庫存儲功能，可存儲所有站點的電池組信息、監控數據、測試數據，方便用戶管理及分析歷史數據；可顯示所有的實時及歷史告警信息；具有強大的統計分析功能，可根據設定的條件統計所有電池組的性能；支持Word、Excel、Pdf 多種報表格式，可直觀地統計分析通信蓄電池的性能參數、實際容量及蓄電池運行狀態的優良分級。

2.3 實施方案

將各功能模塊安裝至機柜內，電池單體監測模塊與電池之間采用線鼻子加電池線連接，從而縮短施工時間，降低風險。電池傳感器模塊內置三重保護功能，保證模塊工作異常后與電池可靠斷開，以免影響蓄電池及不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）系統。各工作模塊線纜根據不同的負載電流選定線徑，使用阻燃橡套電纜并采用銅鼻壓接的方式做連接頭，線纜連接方式如圖2 所示。

圖2 蓄電池充放電系統連接

由圖2 可知，切換模塊接口“組端正極”連接到蓄電池組正極；切換模塊接口“在線正極”連接到整流器正極；切換模塊接口“負極”連接到蓄電池組負極；功能模塊之間在機柜內部完成接線。逆變模塊輸出交流，并接入電網。

3 結 論

隨著電力通信技術發展的不斷深化，電力系統內設備的自動化程度將逐步深化，通信蓄電池遠程充放電技術實現了對蓄電池遠程在線進行充放電測試的功能，改變了傳統的運維人員攜帶放電儀器定期前往變電站進行蓄電池充放電試驗的方式，節約了交通、人力成本，同時降低了人工進行蓄電池充放電時線纜拆接短路、誤碰誤斷熔斷器及觸電的風險。此技術能夠在蓄電池充放電過程中實時監測充/放電數據，動態掌握變電站內各節蓄電池的性能狀況，及時發現缺陷電池，提升了通信電源系統的可靠性，切實保障了電力通信網的安全穩定運行。