基于物聯(lián)網(wǎng)的蓄電池運(yùn)維監(jiān)測技術(shù)研究

付 航，吳玉柱，鄭一欽，王 亮，陳 煒

（貴州電網(wǎng)公司貴陽供電局，貴陽 550002）

引言

蓄電池的準(zhǔn)確監(jiān)測是電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提，但目前變電站直流系統(tǒng)蓄電池信息的監(jiān)測仍處于初級階段，主要存在以下弊端：一是測試方法眾多，測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性無法判斷，導(dǎo)致隱患無法及時發(fā)現(xiàn)；二是數(shù)據(jù)實(shí)用性不大，大部分變電站蓄電池信息只傳到直流監(jiān)控器，且只能做到實(shí)時監(jiān)測做不到數(shù)據(jù)長期存儲、分析，而蓄電池則需要長期的監(jiān)測、分析數(shù)據(jù)來判斷其健康狀態(tài)。

蓄電池性能改變是一個漫長的過程，只有全面掌控電池系統(tǒng)的壽命狀態(tài)曲線，才能了解電池的健康狀況。目前國內(nèi)外對蓄電池運(yùn)行狀態(tài)缺乏系統(tǒng)性的研究，多數(shù)變電站監(jiān)測裝置僅能單純測試蓄電池浮充電壓，無法準(zhǔn)確判斷故障蓄電池是否內(nèi)阻異常升高。日漸成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，非常適合變電站蓄電池數(shù)量大、形式單一、長期監(jiān)測的特點(diǎn)，通過云平臺服務(wù)器長期存儲、分析所得數(shù)據(jù)，進(jìn)而對蓄電池健康狀況做出科學(xué)預(yù)判。

1 被動電池均衡技術(shù)的研究

采用先進(jìn)的多頻點(diǎn)交流放電法蓄電池監(jiān)測技術(shù)，實(shí)時測量電池的運(yùn)行狀態(tài)；采用被動電池均衡技術(shù)，自動調(diào)節(jié)各電池的充電電流，即減小過充電池的充電電流，增加欠充電池的充電電流，使電池恢復(fù)到均衡的充電狀態(tài)，從而有效地提高了電池的使用壽命。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的蓄電池測試技術(shù)研究

將采集到的變電站蓄電池模擬數(shù)據(jù)分析轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，使用移動GPRS、局域網(wǎng)光纖互聯(lián)或者電力載波通信中的一種方式，把采集的數(shù)據(jù)聯(lián)絡(luò)起來，實(shí)時將每一只電池狀態(tài)，如蓄電池電壓、蓄電池內(nèi)阻、溫度等數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器端，值班人員、檢修人員等運(yùn)維人員可以隨時隨地地通過PC或手機(jī)查看數(shù)據(jù)。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的蓄電池容量判斷模型的研究

采集每一只電池十年數(shù)據(jù)，上送到云平臺服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)電池全壽命管理?；诖髷?shù)據(jù)的線性存儲能自動繪制出蓄電池實(shí)際容量變化曲線，方便運(yùn)維人員及時掌握電池狀態(tài)及歷史數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷蓄電池健康狀況。一旦電池發(fā)生異常，運(yùn)維人員能第一時間收到系統(tǒng)報警提醒，及時作出有針對性的故障排除，全面提升蓄電池管理。

4 對蓄電池監(jiān)測方式，不均衡電池進(jìn)行分析研究

目前變電站蓄電池測量手段單一，基本上都是由常規(guī)蓄電池在線監(jiān)測單元測量蓄電池電壓，此數(shù)據(jù)只顯示于本地直流監(jiān)控器。當(dāng)任意一只蓄電池單體電壓越過事先設(shè)置的極限值時，可通過軟報文或者硬接點(diǎn)的方式將告警發(fā)送到站端監(jiān)控機(jī)，提醒值班員到現(xiàn)場檢查。但多年運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)表明，此時故障的大多不是蓄電池本身，而是采集線、保險等造成的誤報警，而實(shí)際有蓄電池內(nèi)阻過大時卻得不到任何反應(yīng)。現(xiàn)在基本上90%的變電站都是無人值守變電站，平均每周巡視兩次，蓄電池組單體電壓每月全測量一次，蓄電池內(nèi)阻測量甚至一年都可能沒有一次，因?yàn)橹挥谐浞烹娫囼?yàn)時才會由專業(yè)人員持手動測量儀器測量，所以依靠技術(shù)手段代替人來完成蓄電池健康狀況監(jiān)測勢在必行。

電池不均衡性的產(chǎn)生是由于蓄電池的活性物質(zhì)、電解液中存在一定的雜質(zhì)會形成電池自放電電流，且每只電池又受到生產(chǎn)工藝，運(yùn)行環(huán)境的影響，自放電速率、實(shí)際容量或多或小地存在差異。變電站直流系統(tǒng)為補(bǔ)償電池自放電的影響，蓄電池通常采用浮充電運(yùn)行方式，使電池始終處于滿電狀態(tài)。通常情況下，充電機(jī)對一串電池的浮充電流是完全相同的。這樣，雖然電池安裝時都經(jīng)過了嚴(yán)格的匹配，但是經(jīng)過長時間的浮充后，部分自放電速率較小的電池將處于過充狀態(tài)，另一部分自放電速率較大的電池將處于欠充狀態(tài)。如不采取措施，電池的不均衡性將會越來越嚴(yán)重，過充電的電池將會由于電解液中水的電解而早期失效，欠充電的電池則由于自放電產(chǎn)生的硫酸鹽晶體逐漸長大而早期失效，從而造成電池實(shí)際壽命小于理論壽命。

通常采用兩個數(shù)據(jù)來作為電池均衡程度的評價指標(biāo)：一是電壓極差，用來反映最差電池的不均衡性，電壓極差越小，說明該組電池均衡性越好；二是電壓標(biāo)準(zhǔn)偏差，反映該組電池中各節(jié)電池偏離平均電壓的統(tǒng)計平均值，電壓標(biāo)準(zhǔn)偏差越小，說明該組電池均衡性越好。

5 蓄電池運(yùn)維管理系統(tǒng)開發(fā)

鑒于目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟度，實(shí)現(xiàn)安全的電池云端管理非常必要。原來每年一次的蓄電池內(nèi)阻測量現(xiàn)在基本上可以實(shí)現(xiàn)每日進(jìn)行數(shù)十次，而且采用自建服務(wù)器或者租用云服務(wù)器的管理方式，可以存儲每只蓄電池長達(dá)10年的蓄電池歐姆電阻、極化電阻、電壓、溫度等特性參數(shù)；另一方面還可以通過開發(fā)蓄電池健康判斷模型，分析蓄電池參數(shù)的線性數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確測算蓄電池實(shí)際容量的大小，得出蓄電池健康報告。通過設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)的蓄電池運(yùn)維管理平臺可以實(shí)現(xiàn)多電池組一站式管理模式，實(shí)現(xiàn)邊遠(yuǎn)無人站點(diǎn)的常態(tài)化監(jiān)控，無需再到現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)的測量與分析，遠(yuǎn)程監(jiān)控模式也提升了工作效率，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的管理，了解電池的壽命周期，制定電池診斷報告、故障原因與責(zé)任分析，有利于制定合理的維護(hù)方案；多重警報模式可根據(jù)不同類型的故障，制定不同等級警報以便運(yùn)維人員做出不同級別的工作反應(yīng)動作，實(shí)現(xiàn)對變電站直流系統(tǒng)鉛酸蓄電池組的全壽命全時段跟蹤。

6 結(jié)語

為滿足智能電網(wǎng)的發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)調(diào)試工作的自動化與智能化，通過對蓄電池管理系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的深入研究、分析，開發(fā)出一套基于物聯(lián)網(wǎng)的蓄電池云管理系統(tǒng)。云管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對變電站蓄電池測試從每月一次到每天數(shù)次的轉(zhuǎn)變，同時可根據(jù)蓄電池內(nèi)阻和電壓的變化對蓄電池的壽命進(jìn)行自動分析預(yù)判，也實(shí)現(xiàn)了蓄電池組的科學(xué)管理，為提升變電站直流系統(tǒng)的運(yùn)維水平和運(yùn)行可靠性提供了重要保障，也為電網(wǎng)的安全運(yùn)行和供電可靠性創(chuàng)造了必要條件。