CN105372501A - 在线式直流电源纹波及蓄电池内阻监测系统 - Google Patents

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唐立君
沈海平
宁永凯
李东
秦奕
陈平
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Abstract

本发明涉及一种在线式直流电源纹波及蓄电池内阻监测系统,包括:在线式电池内阻测量子系统、直流母线电压纹波监测子系统、直流电源监控子系统、人机交互子系统和IEC61850远程通讯子系统。所述在线式电池内阻测量子系统使用在线式电池内阻检测仪实时监测电池内阻,通过内阻的变化,来判断电池是否完好;所述直流母线电压纹波监测子系统使用纹波检测仪监视直流母线电压纹波,通过直流母线纹波的实时监控,来预测供电电源对电池的长期影响;所述直流电源监控子系统负责监测直流电源系统正常工作参数;所述IEC61850远程通讯子系统负责与远程监控中心通信。本发明周期性的连续性的数据跟踪记录分析和判断,为直流电源和电池提供了终生的体征信息档案表。

Description

在线式直流电源纹波及蓄电池内阻监测系统
技术领域
本发明涉及一种在线式直流电源纹波及蓄电池内阻监测系统,属于电力电子技术领域。
背景技术
当前变电站对直流电源纹波和蓄电池内阻的监测,仍采用离线式人工测量的老办法,即采用手持仪器对每台产品分别测量;一边测量一边记录其参数,非常耗时耗力,同时人工测量带来了诸多的安全隐患,操作不当构成对运行设备隐患,甚至对操作人员自己构成危害。不仅人为主观测量的方法对数据构成影响因素,还不能形成完整的数据链条。离线式人工测量得出的断点式数据记录,一方面:不能全面而准确地反映产品的持续健康状态;另一方面:人工测量造成的数据断层,也不能为检修和运维人员提供客观而完整的管理依据。
发明内容
本发明的目的是针对变电站这一空白领域,提供一种在线式直流电源纹波及蓄电池内阻监测系统,使用在线式的系统化集成模式取代人工的分散式测量。
按照本发明提供的技术方案,所述的在线式直流电源纹波及蓄电池内阻监测系统包括:在线式电池内阻测量子系统、直流母线电压纹波监测子系统、直流电源监控子系统均连接人机交互子系统,所述人机交互子系统通过IEC61850远程通讯子系统连接监控中心;
所述在线式电池内阻测量子系统使用在线式电池内阻检测仪实时监测电池内阻,通过内阻的变化,来判断电池是否完好,当电池的内阻值超过设定阈值时,系统将报警提示,并将报警信息即刻主动上传至监控中心;
所述直流母线电压纹波监测子系统使用纹波检测仪监视直流母线电压纹波,通过直流母线纹波的实时监控,来预测供电电源对电池的长期影响;
所述直流电源监控子系统负责监测直流电源系统正常工作参数,包括交流进线状态、交流配电状态、整流模块、馈线开关、绝缘状态;
所述IEC61850远程通讯子系统负责与远程监控中心通信,监测数据上传及控制数据下发,与标准后台无缝对接。
所述电池内阻检测仪使用改进的二次放电法测量电池内阻,将电池两端直接接线引入电池内阻检测仪,经防浪涌电压、瞬态抑制的保护电路保护后,电池内阻检测仪对单体电压进行高精度采样;同样经过放电保护电路采样保护后,电池内阻检测仪对放电电流进行高精度采样;根据采样得到的电池电压和放电电流计算电池内阻。
所述放电保护电路对放电过程进行保护,当放电电流过大,超出设计值时,放电保护电路自动断开放电回路,防止对电池进行大电流放电;当单次放电的持续时间超过阈值时,放电保护电路也将自动切断放电回路,防止长时间放电过度消耗电池容量。
所述电池内阻检测仪先将电池进行预放电过程,小电流放电,初步评估电池的健康程度,如果在预放电过程中电池电压下降严重,则证明电池内阻变大,已经不能正常的存储能量,如果在预放电过程中电池表现良好,则将进行持续电流放电过程,以更大电流的放电,进一步评估电池状态。
所述纹波检测仪的电路包括:隔直电容C1、C2,分压电阻R,A/D转换芯片以及微处理器,直流母线的正、负极端子分别通过隔直电容C1、C2连接分压电阻R的一端,分压电阻R另一端连接A/D转换芯片的输入端,A/D转换芯片的输出端连接微处理器,所述微处理器通过通讯网络连接后台监控器;母线电压通过隔直电容C1、C2引入测量系统,将母线电压的直流分量隔离,保留交流分量;电阻R起到分压、阻抗匹配的作用,将交流分量的电压信号稳定在A/D转换芯片的采样范围内;得到的交流分量进入高精度A/D转换芯片进行高速采样;采样后的纹波电压经过微处理器进行变换运算,分解成各频段的纹波值后,通过通讯网络上传到后台监控器,实时监控纹波值。
本发明的优点是:本发明在线式的系统化集成模式,解决多年来单一依靠人工测量的痛点。在线式监测系统,其周期性的连续性的数据跟踪记录分析和判断,符合用户检修运维的管理需求,为直流电源和电池提供了终生的体征信息档案表,甚至为用户的产品选择及制造商对产品的研发改进,都具有重大现实意义。体现了大数据鲜明特点,主动迎合未来全数字化智能变电站的发展趋势。
附图说明
图1是本发明的系统结构图。
图2是测量电池内阻的原理图。
图3是直流母线电压纹波监测电路图。
图4是纹波监测原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示,所述在线式直流电源纹波及蓄电池内阻监测系统包括:在线式电池内阻测量子系统、直流母线电压纹波监测子系统、直流电源监控子系统、人机交互子系统、IEC61850远程通讯子系统。
1.在线式电池内阻测量子系统:
实时监测电池内阻,通过内阻的变化,来判断电池是否完好。当电池的内阻值过大时,预示着该节电池已经不能按设计要求正常存储足够容量,此时系统将报警提示,并将报警信息即刻主动上传至监控中心。
使用改进的二次放电法测量电池内阻,原理如图2所示。
将电池两端直接接线引入内阻检测仪,经防浪涌电压、瞬态抑制的保护电路保护后,内阻仪对单体电压进行高精度采样。使用高精密模数转换器,配合优良的采样抗扰电路,单体电压的采样精度可达到±0.02mV。
同样经过采样保护后,内阻仪对放电电流进行高精度采样。使用同样的高精密转换器和采样电路,放电电流采样精度可达到±0.1mA。采样得到的电池电压和放电电流将用于内阻的计算。
由于采用放电法进行内阻测量,因此内阻仪设计了完善的放电保护电路对放电过程进行保护。当放电电流过大,超出设计值时,保护电路自动断开放电回路,防止对电池进行大电流放电。当单次放电的持续时间过长时,保护电路也将自动切断放电回路,防止长时间放电过度消耗电池容量。
经过放电保护电路后分别是并行的预放电控制回路和持续电流放电控制回路。预放电过程将电池进行小电流放电,初步评估电池的健康程度。如果在这个过程中电池电压下降严重,则证明电池内阻变大,已经不能正常的存储能量。如果在预放电过程中电池表现良好,则将进行更大电流的放电,进一步评估电池状态。得益于高精度的单体电压和放电电流,配合根据运行状态实时进行主动校正的算法,综合的内阻测量精度可高达0.1mΩ,很好的满足了电池诊断系统的需求。
使用二次放电法测量内阻,精度高,并且不受电池充放电电流的影响,极大的提高的系统的适应性,保证了系统随时都可以准确测量电池内阻,评估电池健康状态。
采用改进的二次放电法测量内阻,每8节电池共用一大一小两个放电电阻;每2节电池串联一起放电,切换继电器的数量缩减了一倍。这两项措施极大的缩减了内阻测量系统的成本。
2.直流母线电压纹波监测子系统:
采用耦合、交直流分解、脉动信号分离等特殊电路处理,将交流信号和直流信号进行隔离,高速采样,全范围测量法进行有效、实时准确对直流电源纹波含量即纹波电压值进行测量,计算直流中的纹波系数,测量超过指定值报警并记录。
纹波监测电路如图3所示,包括:隔直电容C1、C2,分压电阻R,A/D转换芯片以及微处理器,直流母线的正、负极端子分别通过隔直电容C1、C2连接分压电阻R的一端,分压电阻R另一端连接A/D转换芯片的输入端,A/D转换芯片的输出端连接微处理器。微处理器通过通讯网络连接后台监控器。
结合图4,母线电压通过隔直电容C1、C2引入测量系统,将母线电压的直流分量隔离,保留交流分量;电阻R起到分压、阻抗匹配的作用,将交流分量的电压信号稳定在A/D转换芯片的采样范围内;得到的交流分量进入高精度A/D转换芯片进行高速采样;微处理器将采样得到的数值(纹波电压)经过信号变换算法,得到各频段的纹波值,并将最终的纹波值通过通讯网络上传到监控器。后台可实时监控纹波值,还可自由设定纹波报警值,各频段的纹波分量可自由查看。通过直流母线纹波的实时监控,来预测供电电源对电池的长期影响。
3.直流电源监控子系统:
该系统监测了直流电源系统正常工作参数,如交流进线状态、交流配电状态、整流模块、馈线开关、绝缘状态等。
4.IEC61850远程通讯子系统:
该系统对后台的通讯兼容了最新的IEC61850标准,具有通用型强、可靠性高、实时性好的特点。
本发明通过在线式的纹波测量,有效分析直流成份当中的交流分量,精确监测直流输出的优劣品质。通过在线式纹波诊断方式,及时预警直流电源质量,避免因直流电源较大纹波的干扰而造成继电保护装置误动作而引起的电网跳闸事故、计算机系统及其它用电设备误动作;避免较大纹波因素造成的损坏通信设备,干扰通信系统,降低信号的传输质量,破坏信号传递等;避免严重的纹波干扰在电网上发生谐振而造成过电流或过电压而引发的严重事故。
本发明的在线式内阻诊断,通过连续不间断的内阻大数据处理功能,运用监测储存分析判断等综合技术手段,着重解决对蓄电池健康状态及使用寿命的有效监测;通过在线式系统化模式,进一步解决对蓄电池运行状态的精确预报能力。其次解决电池原始诊断落后技术方式(超越了单体电压法和离线手持仪器测量法),同时解决在人工充放电时或电池后备式供电时,才能发现的电池严重缺陷或造成电池组严重的失电事故。
本发明还具有以下特点:
1.使用在线式电池内阻检测仪,实时在线监测蓄电池内阻,通过电池内阻来诊断电池健康状态,无需人员到现场维护,无需解列蓄电池组,节省大量人力物力。
2.所有的内阻仪使用二次放电法测量电池内阻,该方法测内阻最为直接有效,无论电池组处于充电、放电还是静置状态,均可准确测量电池内阻,测量精度比单次放电法更高。
3.使用纹波检测仪监视直流母线电压纹波,可准确评估外部充电电压对蓄电池组及继电保护设备健康状态的影响;
4.先进的IEC61850协议与远方监控中心通信,与标准后台无缝对接,监测数据上传及控制数据下发更为可靠、快速。
5.诊断系统后台模式通用性强,适应各种后台环境,另具备Modbus等后台通信模式,还具有传统的干接点输出后台模式。大数据处理能力强,数据计算、交换、输出、判断等综合处理能力高效精准;历史数据信息能连续记录并储存多年。
6.人机交互系统可以提供灵活的USB接口下载数据功能,可根据运维操作人员的需要,任意设置读取数据的时间区间条件,按指定区间下载数据,实现无纸化电子归档,供分析使用。
还可以提供内阻曲线显示功能,让用户直观了解被监测系统的健康状态。
7.本系统可以整合现有直流监控子系统的通用方案,具备常规的单体电压和温度等参数的诊断,方便变电站升级、改造。

Claims (5)

1.在线式直流电源纹波及蓄电池内阻监测系统,其特征是,包括:在线式电池内阻测量子系统、直流母线电压纹波监测子系统、直流电源监控子系统均连接人机交互子系统,所述人机交互子系统通过IEC61850远程通讯子系统连接监控中心;
所述在线式电池内阻测量子系统使用在线式电池内阻检测仪实时监测电池内阻,通过内阻的变化,来判断电池是否完好,当电池的内阻值超过设定阈值时,系统将报警提示,并将报警信息即刻主动上传至监控中心;
所述直流母线电压纹波监测子系统使用纹波检测仪监视直流母线电压纹波,通过直流母线纹波的实时监控,来预测供电电源对电池的长期影响;
所述直流电源监控子系统负责监测直流电源系统正常工作参数,包括交流进线状态、交流配电状态、整流模块、馈线开关、绝缘状态;
所述IEC61850远程通讯子系统负责与远程监控中心通信,监测数据上传及控制数据下发,与标准后台无缝对接。
2.如权利要求1所述的在线式直流电源纹波及蓄电池内阻监测系统,其特征是,所述电池内阻检测仪使用改进的二次放电法测量电池内阻,将电池两端直接接线引入电池内阻检测仪,经防浪涌电压、瞬态抑制的保护电路保护后,电池内阻检测仪对单体电压进行高精度采样;同样经过放电保护电路采样保护后,电池内阻检测仪对放电电流进行高精度采样;根据采样得到的电池电压和放电电流计算电池内阻。
3.如权利要求2所述的在线式直流电源纹波及蓄电池内阻监测系统,其特征是,所述放电保护电路对放电过程进行保护,当放电电流过大,超出设计值时,放电保护电路自动断开放电回路,防止对电池进行大电流放电;当单次放电的持续时间超过阈值时,放电保护电路也将自动切断放电回路,防止长时间放电过度消耗电池容量。
4.如权利要求2所述的在线式直流电源纹波及蓄电池内阻监测系统,其特征是,所述电池内阻检测仪先将电池进行预放电过程,小电流放电,初步评估电池的健康程度,如果在预放电过程中电池电压下降严重,则证明电池内阻变大,已经不能正常的存储能量,如果在预放电过程中电池表现良好,则将进行持续电流放电过程,以更大电流的放电,进一步评估电池状态。
5.如权利要求1所述的在线式直流电源纹波及蓄电池内阻监测系统,其特征是,所述纹波检测仪的电路包括:隔直电容C1、C2,分压电阻R,A/D转换芯片以及微处理器,直流母线的正、负极端子分别通过隔直电容C1、C2连接分压电阻R的一端,分压电阻R另一端连接A/D转换芯片的输入端,A/D转换芯片的输出端连接微处理器,所述微处理器通过通讯网络连接后台监控器;母线电压通过隔直电容C1、C2引入测量系统,将母线电压的直流分量隔离,保留交流分量;电阻R起到分压、阻抗匹配的作用,将交流分量的电压信号稳定在A/D转换芯片的采样范围内;得到的交流分量进入高精度A/D转换芯片进行高速采样;采样后的纹波电压经过微处理器进行变换运算,分解成各频段的纹波值后,通过通讯网络上传到后台监控器,实时监控纹波值。
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Inventor before: Li Dong

Inventor before: Qin Yi

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