CN110112824A - 一种直流电源系统监控数据的自主采集及智能管控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流电源系统监控数据的自主采集及智能管控方法，其特征在于，包括：对所有遥信量、遥测量进行采集，包括交流电压、充电机电压、充电机电流、母线电压、负荷电流、蓄电池组电流、单体蓄电池电压、单体蓄电池内阻，以及所有直流设备的运行状态、支路开关状态、馈线绝缘状态、异常报警信息；实现监控站对输变站进行远程蓄电池容量核对试验，充电机均浮充转换；对蓄电池实现电池组动态网络重构及电压均衡维护；对远程监控系统监控端提供服务器服务和终端软件服务。本发明真正实现了远程放电试验、远程母线状态切换等控制操作，并配合动态直流系统模拟图，直观显示直流系统主要运行参数及馈线的工作状态。

Description

一种直流电源系统监控数据的自主采集及智能管控方法

技术领域

本发明涉及电池管控技术领域，特别是指一种直流电源系统监控数据的自主采集及智能管控方法。

背景技术

针对远程直流电源系统设备状态评价分析的要求，目前，电力设备状态评估的方案包括基于标准导则和打分制的评估方法、基于有限数据的设备故障诊断专家系统、基于远程专家介入的自学习诊断系统，以及基于多维度数据和传统机器学习的设备状态评价专家系统等。用于设备故障诊断的传统机器学习方法通常基于有限的样本训练，构建输入量对输出量的可预测关系。其中输入量、输出量在构建的算法模型中都是事前确定无法变动的。基于远程专家介入的诊断系统将专家意见作为新样本训练系统，提高后续诊断结果的准确可靠性。现有技术中缺少一种对于直流电源系统监控数据的自主采集及智能管控方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出了一种高效的直流电源系统监控数据的自主采集及智能管控方法。

基于上述目的，本发明提供了一种直流电源系统监控数据的自主采集及智能管控方法，包括：

对所有遥信量、遥测量进行采集，包括交流电压、充电机电压、充电机电流、母线电压、负荷电流、蓄电池组电流、单体蓄电池电压、单体蓄电池内阻，以及所有直流设备的运行状态、支路开关状态、馈线绝缘状态、异常报警信息；

实现监控站对输变站进行远程蓄电池容量核对试验，充电机均浮充转换；

对蓄电池实现电池组动态网络重构及电压均衡维护；

对远程监控系统监控端提供服务器服务和终端软件服务。

在一些实施方式中，所述方法还包括：

利用现代电子测控技术对影响直流系统稳定运行的所有技术参数进行高速采集；每个技术数据采用一个或一个以上单独通道进行采集，根据需要采集的数据分为直流电压采集模块、直流电流采集模块、交流电压采集模块、开关量采集模块，实现对直流系统故障技术数据的全覆盖。

在一些实施方式中，所述方法还包括：

采集装置通过采用IEC103或IEC61850标准与辅助监控系统主站直接互联，实现直流系统故障信息和录波文件向主站端的及时推送；对变电站层的通信基于IEC61850统一建模，并将功能延伸到变电站端实现非标准模型到IEC61850模型的映射和转换；直流系统故障专家诊断系统对上传的数据进行分析、判断，确定异常数据，对各种故障信息进行告警、数据分类，对导致保护误动事故前后的数据突变情况进行专家诊断。

在一些实施方式中，所述方法还包括：

在每个站端均有一个智能监控主机，智能监控主机配有多种型号的智能监控模块，智能监控模块型号不同功能不同，并具有与外部通信的RS232/RS485串口，l0M/100M自适应LAN口。

在一些实施方式中，所述方法还包括：

智能监控主机通过外部通信串口和其他直流厂家的直流屏、馈线屏进行协议通信，获取相关信息，通过内部RS485通信与智能监控模块进行数据交换，智能监控模块具有蓄电池均衡维护、电压采集、电流采集、温湿度采集、开关量采集、开关量控制功能。智能监控主机对站端采集的数据进行分析处理，通过LAN口接入站端局域网，经过光纤网络将信息上传至网络服务器，服务器进行数据存储。局域网内各监控端通过IP访问服务器，实现监控信息共享。

从上面所述可以看出，本发明提供的直流电源系统监控数据的自主采集及智能管控方法，充分利用当代先进的计算机技术和先进的通信技术实现对直流电源系统运行状态进行实时监控(单体电池电压、内阻、温度、母线电压、绝缘状况、断路器运行状态、充电机状态、交流状态等重要参数)，智能管控方面采用闭环控制理论，真正实现了远程放电试验、远程母线状态切换等控制操作，并配合动态直流系统模拟图，直观显示直流系统主要运行参数及馈线的工作状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的单节电池和控制模块示意图；

图2为本发明实施例中的电池组和系统示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例提供了一种直流电源系统监控数据的自主采集及智能管控方法，包括：

步骤1、对所有遥信量、遥测量等重要参数进行采集，包括交流电压、充电机电压、充电机电流、母线电压、负荷电流、蓄电池组电流、单体蓄电池电压、单体蓄电池内阻等模拟量，以及所有直流设备的运行状态、支路开关状态、馈线绝缘状态、异常报警信息等开关量。

步骤2、实现监控站对输变站进行远程蓄电池容量核对试验，充电机均浮充转换等控制功能，解决目前蓄电池容量核对试验耗时间、耗人工等弊端。

步骤3、对蓄电池实现电池组动态网络重构及电压均衡维护。

步骤4、对远程监控系统监控端提供服务器服务和终端软件服务，使电力部门对直流电源系统的监控和维护实现信息化、一体化。

直流电源智能监控系统的设计重点在于“远程”、“监控”，因此系统对直流电源的监控要做到监控信息完善、信息准确、信息传递实时、突破距离限制等因素。

变电站直流系统故障信息采集装置的主要技术原理是利用现代电子测控技术对影响直流系统稳定运行的所有技术参数进行高速采集，为了保证高速采集的稳定性、可靠性、及时性，每个技术数据采用一个或一个以上单独通道进行采集，根据需要采集的数据分为直流电压采集模块、直流电流采集模块、交流电压采集模块、开关量采集模块等，实现对直流系统故障技术数据的全覆盖。

采集装置通过采用IEC103或IEC61850标准与辅助监控系统主站直接互联，实现直流系统故障信息和录波文件向主站端的及时推送。对变电站层的通信基于IEC61850统一建模，并将功能延伸到变电站端实现非标准模型到IEC61850模型的映射和转换。直流系统故障专家诊断系统对上传的数据进行分析、判断，确定异常数据，对各种故障信息进行告警、数据分类，对导致保护误动事故前后的数据突变情况进行专家诊断。

在每个站端均有一个智能监控主机，智能监控主机配有多种型号的智能监控模块，智能监控模块型号不同功能不同，并具有与外部通信的RS232/RS485等多个串口，l0M/100M自适应LAN口。

智能监控主机通过外部通信串口和其他直流厂家的直流屏、馈线屏等进行协议通信，获取相关信息，通过内部RS485通信与智能监控模块进行数据交换，智能监控模块具有蓄电池均衡维护、电压采集、电流采集、温湿度采集、开关量采集、开关量控制等功能。智能监控主机对站端采集的数据进行分析处理，通过LAN口接入站端局域网，经过光纤网络将信息上传至网络服务器，服务器进行数据存储。局域网内各监控端通过IP访问服务器，实现监控信息共享。

本发明实施例中充分利用先进的计算机技术和先进的通信技术实现对直流电源系统运行状态进行实时监控(单体电池电压、内阻、温度、母线电压、绝缘状况、断路器运行状态、充电机状态、交流状态等重要参数)，智能管控方面采用闭环控制理论，真正实现了远程放电试验、远程母线状态切换等控制操作，并配合动态直流系统模拟图，直观显示直流系统主要运行参数及馈线的工作状态。

整个系统设备将由电压采集器、开关量模块、放电负载及内阻测试单元、电动操作开关、监控终端装置、服务器软件、系统监控软件等几部分组成。

每个变电站端的监控终端将通过RS485总线将电压采集器、开关量模块、母线绝缘监测模块、内阻放电设备、控制输出模块等连接到一起，并实时监控充电机、接地选线仪等设备运行状态及重要参数，将它们所有的信号收集到一起统一管理，并可以通过光纤局域网端口或光端机空余串口将采集到的所有信息传送到中心服务器，服务器软件将信息存储

管理并可分发信息到每个相关管理岗位的计算机，并使其在局域网上每个计算机均可浏览到所有运行数据及报警信息，系统监控软件提供分级的管理口令和权限，可对任意一个变电站的信息及参数进行更改。

本发明研究内容将通过增加变电站直流电源及电池测控单元，完成协议转换及采集智能设备信息，可基于GOOSE网的传输，兼容IEC61 850通信协议。系统通过电源监控单元完成电力电源测控，控制输入交流电源实现蓄电池远程充放电管理，对监测数据的理论分析、诊断电源系统及蓄电池的运行状态。

远程网络通信可以借助目前的已具备调度网或MIS网等任意基于TCP/IP的以太网，占用带宽3k左右，对目前2～1OOMB的光纤网络几乎没有任何影响。此外网络传输层还可以采用互联系安全接入技术将设备管理数据转发设备接入网络，通过GSM/GPRS模块接入移动通信网络，既实现了现场数据的传输又实现了重要信息的通知。

远程可操作蓄电池维护监控系统(Remote Operational BatteryMaintenanceMonitoring System)方案。从拓扑结构看，系统可分为应用层(Application Layer)用于实现数据的分析与诊断、网络传输层(NetworkTransport Layer)用于实现数据的汇总与传输、设备层(EquipmentManagement)用于实现对设备的管理及设备层用于对蓄电池的维护与监测。

从工作的类型看，系统将蓄电池的维护工作分成两大部分，现场操作(Fieldoperating)与设备自动运行(Device Automatically Operating)。

从数据管理的层面分析，系统无需人为干涉，可以按照已定的规约自动记录电池的各项参数。

从节省人力物力方面看，该系统可以使得两个工作人员一天可以接好多组蓄电池维护设各，一旦设备投入运行，自动进入监测蓄电池参数状态，无需人为干涉可以完成对电池的维护工作，并保存相关参数，这种工作量相当于过去十个人两天的工作量，效率提高到原来的十倍。由于电池数据可以通过网络传输层返回到控制中心或远程计算机进行诊断、分析，所以设备在完成对电池维护后，可以当作取代人工对电池进行监测，设备的使用效率是原来的三倍以上。从智能电网发展的要求看，该系统符合智能变电站的设计理念。

本地监控装置安装于各个变电站端，通过RS485总线将电池能量交换系统、馈线开关量采集子系统连接到一起，以RS232/RS485通讯方式连接原直流电源主监控装置。通过电池能量交换系统采集电池组电压及电流、单体电池电压及内阻，控制实现蓄电池动态网络重组及在线均衡；以及完成母线状态切换、电池虚脱机、蓄电池恒流放电，并采取多种软硬件保护措施防止电池过放，保证放电过程的安全；通过馈线开关量采集子系统采集各馈线支路开关的合/分位置及脱扣状况；通过与直流电源主监控装置通讯采集母线电压、电流、绝缘监察及充电机运行状况等直流电源数据，控制充电机状态转换及参数修改。本地监控装置将上述数据收集到一起统一管理，生成各种报表、曲线，负责本地数据的存储、显示、设置、查询、报警等，完成各种人机界面操作，实现直流电源系统就地控制，同时通过光纤局域网端口或光端机空余串口将采集到的所有信息传送到数据中心服务器及远程监控终端，并接收远程监控终端的控制。

本实施例中将实现对蓄电池组其中任何一节电池独立进行远程在线放电及充电。单节电池和控制模块示意图如图1所示。若干个如图1所示的电池和控制模块就构成了电池组和系统的放电结构，如图2所示。

参考图2，E_l、E₂、E₃是三个电池的电势，R_b1、R_b2、R_b3是电池的内阻，I₁、I₂、I₃是电池的外部恒流放电单元，I_E是电路的浮充电流，N个电池和放电单元构成了整个电池组回路。

在各个电池的节点上，I_E是相等的，当电池数量很大时，单个电池及恒流放电单元的电流I对总电流I_E的影响较小，在上图中，I_E＝(I₂+I_E2)。若把I₂关掉，I_E将全部流过电池E₂，只要通过对其它的(n-1)个恒流源设定总的I_E，而I₂把不需要提供给岛的多余的能量释放掉，就可以实现对E2的充电。我们完全可以通过把I₂设定为E₂电流的补码，实现对电池E₂进行任何波形和强度的充电。

可采用多谐波的脉冲组合对E₂充电，但是因为电路的总电流不受影响，因而这些波动的谐波成分也不会进入主电源系统，造成对整个回路的高频污染。关断其它(N-1)个恒流源，而单独调节I₂的电流强度和波形，就可以实现对E₂的放电。

综上所述，我们完全可以通过每个智能模块，控制每个恒流源的电流大小，达到控制流过每节电池电流方向、大小的目的，就可以按照要求，对每节或者每组电池进行核容(核容充放电过程：在线单体蓄电池放电，在线单体蓄电池充电)。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种直流电源系统监控数据的自主采集及智能管控方法，其特征在于，包括：

对所有遥信量、遥测量进行采集，包括交流电压、充电机电压、充电机电流、母线电压、负荷电流、蓄电池组电流、单体蓄电池电压、单体蓄电池内阻，以及所有直流设备的运行状态、支路开关状态、馈线绝缘状态、异常报警信息；

实现监控站对输变站进行远程蓄电池容量核对试验，充电机均浮充转换；

对蓄电池实现电池组动态网络重构及电压均衡维护；

对远程监控系统监控端提供服务器服务和终端软件服务。

2.根据权利要求1所述的直流电源系统监控数据的自主采集及智能管控方法，其特征在于，还包括：

利用现代电子测控技术对影响直流系统稳定运行的所有技术参数进行高速采集；每个技术数据采用一个或一个以上单独通道进行采集，根据需要采集的数据分为直流电压采集模块、直流电流采集模块、交流电压采集模块、开关量采集模块，实现对直流系统故障技术数据的全覆盖。

3.根据权利要求1所述的直流电源系统监控数据的自主采集及智能管控方法，其特征在于，还包括：

采集装置通过采用IEC103或IEC61850标准与辅助监控系统主站直接互联，实现直流系统故障信息和录波文件向主站端的及时推送；对变电站层的通信基于IEC61850统一建模，并将功能延伸到变电站端实现非标准模型到IEC61850模型的映射和转换；直流系统故障专家诊断系统对上传的数据进行分析、判断，确定异常数据，对各种故障信息进行告警、数据分类，对导致保护误动事故前后的数据突变情况进行专家诊断。

4.根据权利要求1所述的直流电源系统监控数据的自主采集及智能管控方法，其特征在于，还包括：

在每个站端均有一个智能监控主机，智能监控主机配有多种型号的智能监控模块，智能监控模块型号不同功能不同，并具有与外部通信的RS232/RS485串口，l0M/100M自适应LAN口。

5.根据权利要求1所述的直流电源系统监控数据的自主采集及智能管控方法，其特征在于，还包括：

智能监控主机通过外部通信串口和其他直流厂家的直流屏、馈线屏进行协议通信，获取相关信息，通过内部RS485通信与智能监控模块进行数据交换，智能监控模块具有蓄电池均衡维护、电压采集、电流采集、温湿度采集、开关量采集、开关量控制功能。智能监控主机对站端采集的数据进行分析处理，通过LAN口接入站端局域网，经过光纤网络将信息上传至网络服务器，服务器进行数据存储。局域网内各监控端通过IP访问服务器，实现监控信息共享。