LIN總線(xiàn)下的閥控式鉛酸蓄電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

洪炎斌　方志斌　胡炳杰

【摘 要】閥控式鉛酸蓄電池以其安裝方便、維護(hù)量少、高倍率等電能特性在變電中得到廣泛的應(yīng)用。但變電站蓄電池?cái)?shù)量比較多，容量較大，其安全性要求很高，如果不加強(qiáng)電池系統(tǒng)的管理就會(huì)導(dǎo)致重大事故的發(fā)生，造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)和安全損失。因此本文在分析變電站閥控式鉛酸蓄電池原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出變電站蓄電池組智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)操作蓄電池組、通信蓄電池組的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和性能評(píng)估。

【關(guān)鍵詞】閥控式鉛酸蓄電池；LIN總線(xiàn)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

在傳統(tǒng)變電站中，蓄電池是電源的核心設(shè)備，并且為其運(yùn)行提供自動(dòng)化電源和安全保障，鉛酸蓄電池價(jià)格低廉，安全可靠，并且在大電流放電以及廣泛的環(huán)境溫度范圍內(nèi)使用比較廣泛。但隨著變電站的智能化建設(shè)步伐加快，一些清潔能源逐漸被應(yīng)用到變電站中，現(xiàn)有的鉛酸蓄電池因難以管理，使用壽命短等問(wèn)題面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和方法

1.1 鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)

鉛酸蓄電池種類(lèi)和型號(hào)多種多樣，但其主要結(jié)構(gòu)基本一致 ，理論電化學(xué)早已指出，電池在充電或放電時(shí)其端電壓V由以下幾個(gè)部分組成：

1.2 穩(wěn)定和準(zhǔn)確的測(cè)量方法

在電力直流操作電源系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行，所用的蓄電池組直接掛接在電源系統(tǒng)的母線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)主、備電源的無(wú)隙切換。主電源在給系統(tǒng)供電的同時(shí)，也不斷的對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充充電，這個(gè)充電電流的不確定性破壞了恒流源的計(jì)量基準(zhǔn)，嚴(yán)重的干擾了電壓的測(cè)量。考慮充電機(jī)電勢(shì)和浮充電流的關(guān)系，建立了一個(gè)完整的數(shù)學(xué)模型，把放電電流拆分兩個(gè)不同數(shù)值的電流，把一次放電變換為二次放電，從而把浮充電流的干擾由差模干擾轉(zhuǎn)化為共模干擾。這樣就能夠成功的分離出準(zhǔn)確的技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了高精度的在線(xiàn)測(cè)量，這樣實(shí)現(xiàn)的內(nèi)阻測(cè)量數(shù)據(jù)的精度達(dá)到2%。

1.3 復(fù)合脈沖諧振法的實(shí)現(xiàn)

要正確的監(jiān)測(cè)蓄電池內(nèi)阻，就要在每一個(gè)檢測(cè)單元中具備恒流源和電壓讀出功能。在蓄電池管理模塊中，用可控電流IM和放電電流I構(gòu)成了充放電回路。

在可控電流IM導(dǎo)通，放電電流I截止時(shí)，IM實(shí)現(xiàn)對(duì)電池E的充電，而在可控電流IM截至，放電電流I到導(dǎo)通時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池E的放電。而通過(guò)對(duì)電流I的智能控制，采用多諧波的脈沖組合對(duì)E進(jìn)行放電，通過(guò)連續(xù)和間歇的多諧波充放電智能控制系統(tǒng)，找出不同蓄電池的最優(yōu)諧振區(qū)，針對(duì)內(nèi)阻敏感的族群，逐步打碎和分解硫酸鉛結(jié)晶，在自適應(yīng)的、智能化的多諧波充、放電過(guò)程中有效地激活和養(yǎng)護(hù)蓄電池，使它處于良好的工作狀態(tài)中。

2 系統(tǒng)總體框架

LIN總線(xiàn)下的閥控式鉛酸蓄電池管理系統(tǒng)主要包括LE-DIP60變電站電源監(jiān)控主機(jī)（LE-DIP60）、LE-BCD100蓄電池容量監(jiān)測(cè)裝置（LE-BCD100）、iBMU100蓄電池終端智能模塊（iBMU100）以及LE-BMS3000蓄電池組智能管理系統(tǒng)軟件（LE-BMS3000）。在變電站層，對(duì)直流系統(tǒng)蓄電池組分別安裝變電站電源監(jiān)控主機(jī)、蓄電池容量監(jiān)測(cè)裝置、蓄電池終端智能模塊，該系列裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流系統(tǒng)以及蓄電池的綜合管理功能。

2.1 主站層

針對(duì)蓄電池監(jiān)測(cè)管理需求，LE-BMS3000智能蓄電池組在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)直流電源的進(jìn)行后臺(tái)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)可以對(duì)負(fù)荷電流、整組蓄電池電壓、電流、等部分的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，配合動(dòng)態(tài)直流系統(tǒng)模擬圖，直觀監(jiān)控直流系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)主要部署在監(jiān)控中心、集控中心、調(diào)度中心、自動(dòng)化機(jī)房等位置，報(bào)警機(jī)制完善，且接口的功能豐富，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)基于對(duì)交直流電源系統(tǒng)蓄電池組的智能化統(tǒng)一監(jiān)測(cè)等智能管理功能。

2.2 子站層

子站層采用采用LE-DIP60實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)重要參數(shù)采集分析，iBMU100實(shí)現(xiàn)參數(shù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)控制，LE-BCD100智能控制，該系統(tǒng)采集蓄電池的參數(shù)并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，以便實(shí)時(shí)查詢(xún)。該系統(tǒng)裝置帶2路以太網(wǎng)、3路串行通信接口，支持CDT、MODBUS等協(xié)議。采用LE-BCD實(shí)現(xiàn)蓄電池容量監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)可以快速、精準(zhǔn)、穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)恒流放電，具有完善的告警功能，蓄電池出現(xiàn)任何異常的情況下放出聲光報(bào)警，并且該裝置對(duì)外提供一路RS485/RS422串口，用于遠(yuǎn)程控制裝置恒流放電的開(kāi)始停止，同時(shí)將放電過(guò)程中的電壓、電流、溫度、警告等數(shù)據(jù)輸出。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)備中的LE-DIP60安裝在電池架上，LE-BCD100安裝于蓄電池架頂部鋼板上，iBMU 100安裝于蓄電池上方就近安裝。電池經(jīng)過(guò)LE-DIP60與iBMU100采集線(xiàn)與功能線(xiàn)連接到裝置上，每根采集線(xiàn)在電池端都帶有短路保護(hù)裝置，將兩根放電測(cè)試線(xiàn)連接到蓄電池組兩個(gè)總極柱上。LE-DIP60可以查詢(xún)所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)告警及告警記錄，并能以表格、曲線(xiàn)、柱狀圖等形式直觀實(shí)時(shí)顯示、存貯。LE-BCD100與iBMU100與LE-DIP60配合使用。整個(gè)系統(tǒng)配置有專(zhuān)用的基于WINDOWS的監(jiān)測(cè)軟件，實(shí)現(xiàn)所有直流電源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的監(jiān)控和處理，也可以接入到第三方監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，在統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)平臺(tái)上顯示。

3.1 LE-DIP60變電站電源監(jiān)控主機(jī)

LE-DIP60變電站電源監(jiān)控主機(jī)監(jiān)測(cè)直流電源相關(guān)信息，智能控制容量單元進(jìn)行核容實(shí)驗(yàn)，自動(dòng)記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。主要對(duì)蓄電池的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和報(bào)警?？蓪?duì)單體電池和電池組的性能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)，顯示比較直觀。全程采用智能化的操作防止人工操作的失誤和安全風(fēng)險(xiǎn)。LE-DIP60變電站電源監(jiān)控主機(jī)連接4路報(bào)警接點(diǎn)，支持在線(xiàn)更新，通訊口為2路以太網(wǎng)和6路串口，主要通過(guò)應(yīng)接點(diǎn)、警告事項(xiàng)、指示燈進(jìn)行報(bào)警。

3.2 LE-iBMU100蓄電池終端智能模塊

LE-iBMU100蓄電池終端智能模塊監(jiān)控3節(jié)電池，檢測(cè)的精度達(dá)到0.2%，內(nèi)阻測(cè)量精度達(dá)到（2.5%±3μΩ），溫度測(cè)量精度達(dá)到0.5℃，可以長(zhǎng)久的實(shí)現(xiàn)大電流。通過(guò)RS485通訊方式連接，支持在線(xiàn)更新。每個(gè)模塊采集的數(shù)據(jù)和處理信息通過(guò)智能管理系統(tǒng)的變電站電源監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行集中管理和均衡，變電站電源監(jiān)控主機(jī)對(duì)這些信息進(jìn)行模糊化處理后，精確地協(xié)調(diào)所有的智能模塊均衡工作，使整個(gè)電池組始終處于最佳的使用狀態(tài)。

3.3 LE-BMS3000蓄電池組智能管理系統(tǒng)（下轉(zhuǎn)第286頁(yè)）

（上接第283頁(yè)）該系統(tǒng)基于調(diào)度IEC61970標(biāo)準(zhǔn)CIM模型對(duì)運(yùn)檢對(duì)象建模，采用B/S+C/S混合架構(gòu)設(shè)計(jì)，可分布式級(jí)聯(lián)部署實(shí)現(xiàn)省市公司與地市公司的系統(tǒng)融合，也可集中式部署實(shí)現(xiàn)就地及局站的系統(tǒng)應(yīng)用，系統(tǒng)除了常規(guī)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)管理功能之外，很好的將運(yùn)維大數(shù)據(jù)與設(shè)備臺(tái)賬信息進(jìn)行在線(xiàn)、離線(xiàn)分析。

4 總結(jié)

該系統(tǒng)在分析鉛酸蓄電池原理基礎(chǔ)上，針對(duì)變電站蓄電池運(yùn)行中的問(wèn)題，運(yùn)用智能化的監(jiān)測(cè)技術(shù)，在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電站電池的運(yùn)行情況，保障變電站蓄電池安全高效運(yùn)行，為變電站蓄電池的管理提供了有力的技術(shù)支撐。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]