CN109361261A - 一种配电终端用超级电容状态在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电终端用超级电容状态在线监测方法，配电终端采集的超级电容端电压信号和记录时间，由配电终端计算超级电容端电压信号、平均压降速率Vu和完成一次实际合闸操作所产生的压降ΔU；计算该超级电容在最低持续供电时间Tmin并完成n次合闸操作所产生总压降∑U；将总压降与超级电容端电压偏差允许范围做比较，结果以健康状态指标H表示，以判断超级电容是否处于健康状态，实现在线监测，本方法成本较低，实施方便，效果可靠。
Description
技术领域
本发明涉及配电自动化技术领域，尤其涉及一种配电终端用超级电容状态在线监测方法。
背景技术
配电自动化终端是安装在10kV及以上配电网的各种远方监测、控制单元的总称，主要包括馈线终端(FTU)、站所终端(DTU)、配电变压器终端(TTU) 等。一个大型的配网自动化系统中的接入配电自动化终端数量可达到数千台。在配电自动化系统中，馈线终端和站所终端(以下简称配电终端)是当配电网线路发生故障停电时，实现故障隔离和恢复供电的关键设备。配电终端一般配置了蓄电池或超级电容作为后备电源，正常状态下终端设备由PT(电压互感器)供电，当线路停电时，自动切换到蓄电池或超级电容供电。超级电容因其高能量密度、高充放电循环寿命等优越性能，在配电网中得到越来越多的应用。超级电容的充电电源取PT，当配电线路因检修或故障停电时，将失去充电电源，此时超级电容必须维持足够的电荷量供配电终端实现遥测、遥信和遥控功能，否则将造成配电终端通讯中断、配电开关无法分合闸，影响停电线路的及时恢复。所以实时掌握配电终端用超级电容的健康状态，尤其是已投入使用时间较长的超级电容的健康状态，对提高配电网可靠性来说具有重要意义。
超级电容的健康状态通常用SOC(荷电状态)和SOH(健康度)来表示，常规的检测方式是通过电压、电流检测设备对其充放电过程进行测量，根据测试数据计算其SOC和SOH值，但这种方法对已经在配电网中投运的配电终端超级电容来说显然不太实用，因为配电终端安装范围广、数量大，且不便拆卸或接线，逐个对这些超级电容进行检测必然耗费大量人力物力，且影响配电网正常运行。
按照规程《DL/T 721-2013配电网自动化系统远方终端》要求，对馈线终端和站所终端来说，超级电容应保证停电后能分合闸操作三次，维持终端及通信模块至少运行15min，供电电压允许偏差为+15％～-20％。
超级电容的端电压与SOC(荷电状态)近似线性关系。可将超级电容在保证停电后能分合闸操作三次且维持终端及通信模块至少运行15min情况下，端电压偏差是否超出允许范围，作为判断其健康与否的依据。依靠配电终端的电压采集和数据处理能力以及配电自动化主站的集中监视功能，实现对配电网中大量超级电容的健康状态进行在线监测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明通过一种配电终端用超级电容状态在线监测方法，以解决现有技术超级电容的健康状态检测方式通过电压、电流检测设备对其充放电过程进行测量，配电终端安装范围广、数量大，且不便拆卸或接线，逐个对这些超级电容进行检测必然耗费大量人力物力，且影响配电网正常运行的问题。
本发明的技术方案是：一种配电终端用超级电容状态在线监测方法，包括如下步骤：
步骤一：当配电线路停电，超级电容单独为配电终端供电时，配电终端自行启动超级电容健康状态评估程序；
步骤二：配电终端采集的超级电容端电压信号和记录时间，由配电终端计算超级电容端电压信号、平均压降速率Vu和完成一次实际合闸操作所产生的压降ΔU；
步骤三：根据第二步计算结果计算该超级电容在最低持续供电时间Tmin并完成n次合闸操作所产生总压降∑U；
步骤四：将步骤三中的总压降与超级电容端电压偏差允许范围做比较，若总压降在端电压偏差允许范围内，则表明超级电容状态良好，若超出偏差允许范围，则说明超级电容性能下降，计算评估结果，评估结果以健康状态指标H表示；
步骤五：配电终端将评估结果H以遥测信号发送到配电自动化主站，配电自动化主站根据评估值划分电容状态为“良好”、“需维护”或“需更换”，提示运维人员。
步骤二中采集的超级电容端电压信号和记录时间包括：配电开关第一次断开时的时间T1，配电开关第一次断开时的端电压U1，配电开关断开后第一次接收到闭合指令时的时间T2，配电开关断开后第一次接收到闭合指令时的端电压U2，配电开关第一次实际闭合时的时间T3，配电开关第一次实际闭合时的端电压U3。
步骤二中平均压降速率Vu和完成一次实际合闸操作所产生的压降ΔU的计算公式为：
ΔU＝U2-U3-Vu(T3-T2)。
步骤三中的配电终端最低持续供电时间Tmin取15min，合闸操作次数n取3 次，总压降的计算公式为：
∑U＝Vu×Tmin+n×ΔU。
步骤四中，记超级电容额定供电电压为Ue，健康状态指标H的计算公式为：
步骤五中根据评估值划分电容状态为“良好”、“需维护”或“需更换”的具体操作为：若H≥1，说明该超级电容状态为“良好”，满足配电终端供电需求；若H<1，说明该超级电容状态变差，H<0.8时，说明该超级电容状态为“需维护”， H<0.5时，说明该超级电容状态为“需更换”。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种配电终端用超级电容状态在线监测方法，不需增加任何硬件设备，在配电线路停电情况下，超级电容单独为配电终端供电时，根据超级电容端电压下降情况，评估超级电容是否满足分合闸操作三次和维持终端及通信模块至少运行15min，且端电压偏差不超出允许范围的基本要求，以判断超级电容是否处于健康状态，实现在线监测，即可实现超级电容的健康状态在线监测，成本较低，实施方便，效果可靠。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对发明进行进一步介绍：
一种配电终端用超级电容状态在线监测方法，包括如下步骤：
步骤一：当配电线路停电，超级电容单独为配电终端供电时，配电终端自行启动超级电容健康状态评估程序；
步骤二：配电终端采集的超级电容端电压信号和记录时间，由配电终端计算超级电容端电压信号、平均压降速率Vu和完成一次实际合闸操作所产生的压降ΔU；
步骤三：根据第二步计算结果计算该超级电容在最低持续供电时间Tmin并完成n次合闸操作所产生总压降∑U；
步骤四：将步骤三中的总压降与超级电容端电压偏差允许范围做比较，若总压降在端电压偏差允许范围内，则表明超级电容状态良好，若超出偏差允许范围，则说明超级电容性能下降，计算评估结果，评估结果以健康状态指标H表示；
步骤五：配电终端将评估结果H以遥测信号发送到配电自动化主站，配电自动化主站根据评估值划分电容状态为“良好”、“需维护”或“需更换”，提示运维人员。
步骤二中采集的超级电容端电压信号和记录时间包括：配电开关第一次断开时的时间T1，配电开关第一次断开时的端电压U1，配电开关断开后第一次接收到闭合指令时的时间T2，配电开关断开后第一次接收到闭合指令时的端电压U2，配电开关第一次实际闭合时的时间T3，配电开关第一次实际闭合时的端电压U3。
步骤二中平均压降速率Vu和完成一次实际合闸操作所产生的压降ΔU的计算公式为：
ΔU＝U2-U3-Vu(T3-T2)。
步骤三中的配电终端最低持续供电时间Tmin取15min，合闸操作次数n取3 次，总压降的计算公式为：
∑U＝Vu×Tmin+n×ΔU。
步骤四中，记超级电容额定供电电压为Ue，健康状态指标H的计算公式为：
步骤五中根据评估值划分电容状态为“良好”、“需维护”或“需更换”的具体操作为：若H≥1，说明该超级电容状态为“良好”，满足配电终端供电需求；若H<1，说明该超级电容状态变差，H<0.8时，说明该超级电容状态为“需维护”， H<0.5时，说明该超级电容状态为“需更换”。
Claims (6)
1.一种配电终端用超级电容状态在线监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：当配电线路停电，超级电容单独为配电终端供电时，配电终端自行启动超级电容健康状态评估程序；
步骤二：配电终端采集的超级电容端电压信号和记录时间，由配电终端计算超级电容端电压信号、平均压降速率Vu和完成一次实际合闸操作所产生的压降ΔU；
步骤三：根据第二步计算结果计算该超级电容在最低持续供电时间Tmin并完成n次合闸操作所产生总压降∑U；
步骤四：将步骤三中的总压降与超级电容端电压偏差允许范围做比较，若总压降在端电压偏差允许范围内，则表明超级电容状态良好，若超出偏差允许范围，则说明超级电容性能下降，计算评估结果，评估结果以健康状态指标H表示；
步骤五：配电终端将评估结果H以遥测信号发送到配电自动化主站，配电自动化主站根据评估值划分电容状态为“良好”、“需维护”或“需更换”，提示运维人员。
2.根据权利要求1所述的一种配电终端用超级电容状态在线监测方法，其特征在于：步骤二中采集的超级电容端电压信号和记录时间包括：配电开关第一次断开时的时间T1，配电开关第一次断开时的端电压U1，配电开关断开后第一次接收到闭合指令时的时间T2，配电开关断开后第一次接收到闭合指令时的端电压U2，配电开关第一次实际闭合时的时间T3，配电开关第一次实际闭合时的端电压U3。
3.根据权利要求2所述的一种配电终端用超级电容状态在线监测方法，其特征在于：步骤二中平均压降速率Vu和完成一次实际合闸操作所产生的压降ΔU的计算公式为：
ΔU＝U2-U3-Vu(T3-T2)。
4.根据权利要求3所述的一种配电终端用超级电容状态在线监测方法，其特征在于：步骤三中的配电终端最低持续供电时间Tmin取15min，合闸操作次数n取3次，总压降的计算公式为：
∑U＝Vu×Tmin+n×ΔU。
5.根据权利要求4所述的一种配电终端用超级电容状态在线监测方法，其特征在于，步骤四中，记超级电容额定供电电压为Ue，健康状态指标H的计算公式为：
6.根据权利要求5所述的一种配电终端用超级电容状态在线监测方法，其特征在于，步骤五中根据评估值划分电容状态为“良好”、“需维护”或“需更换”的具体操作为：若H≥1，说明该超级电容状态为“良好”，满足配电终端供电需求；若H<1，说明该超级电容状态变差，H<0.8时，说明该超级电容状态为“需维护”，H<0.5时，说明该超级电容状态为“需更换”。
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