CN111007419A - 一种变电站直流系统运行状态在线监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站直流系统运行状态在线监控系统，涉及变电站技术领域，包括变电站、交换机、SDM环网、服务器和监控控制单元，所述变电站通过局域网与交换机的双向输入端电性连接，所述交换机的双向输出端通过SDM环网与服务器双向输入端电性连接，本发明对蓄电池组状态实时监测蓄电池组的电压、电流、环境温度，并监测每一节单体蓄电池的电压和内阻，对于蓄电池单体电压、内阻数据及其变化趋势结合充放电曲线进行交叉综合分析，及时发现蓄电池组的健康隐患并给出报警提示信息，有利于及时维护，可以远程实现并加以实时控制，使得变电站直流系统各设备处于良好的工作状态，达到安全生产，提高工作效率的目的。

Description

一种变电站直流系统运行状态在线监控系统

技术领域

本发明涉及变电站技术领域，具体为一种变电站直流系统运行状态在线监控系统。

背景技术

随着电力系统的不断发展，无人值守变电站越来越多，直流系统的运行状况直接关系到整个电力系统的安全运行，对直流系统的运行状态进行合理的在线监测和科学分析，及时维护就显得至关重要，变电站直流系统的核心是蓄电池，而直流系统运行管理的难点也是蓄电池，目前来看，虽然不少地方已经安装了蓄电池巡检仪，但是效果往往不是十分理想，因此，变电站蓄电池组在使用过程中还存在以下问题：

1、现有技术中，缺少内阻检测功能或内阻检测手段，判断蓄电池组容量寿命的传统手段是定期核对性充放电，研究表明，内阻的变化可以作为迅速判断蓄电池健康状况的依据，以往的内阻检测手段一般有大电流瞬时放电法、小电流放电法、交流注入法等等，都存在一定不足，制约了电池内阻检测作为判断蓄电池组容量寿命手段的应用效果；

2、现有技术中，蓄电池组采集数据的分析往往还停留在比较简单的处理方式，不能做到全面科学的综合分析和趋势判断；

3、现有技术中，蓄电池组固有的制造离散性，直流电源参数不合理或质量不佳，使得电池组长期处于不理想的工作状态，也是造成蓄电池组加速老化，无法达到应有使用寿命的重要原因，所以对于直流电源参数的实时监测同样不可忽视。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种变电站直流系统运行状态在线监控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种变电站直流系统运行状态在线监控系统，包括变电站、交换机、SDM环网、服务器和监控控制单元，所述变电站通过局域网与交换机的双向输入端电性连接，所述交换机的双向输出端通过SDM环网与服务器双向输入端电性连接，所述服务器内设置有主控制机，所述服务器的输出端与监控控制单元的输入端双向电连接，所述变电站包括单片机、逆变器、绝缘监测模块、直流屏、电池信息采集单元、蓄电池组和放电负载模块，所述单片机的双向输入端分别与逆变器、绝缘监测模块、直流屏和电池信息采集单元输出端电性连接，所述电池信息采集单元的输入端与蓄电池组和放电负载模块的输出端电性连接，所述电池信息采集单元包括温度传感器、电流传感器、电压测量模块和内阻测量模块，所述温度传感器、电流传感器、电压测量模块和内阻测量模块均与单片机输入双向电连接，所述监控控制单元包括计算机客户端、显示器和手机终端，所述计算机客户端输入端双向与服务器内主控制机输出端电性连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述温度传感器选用了DALLAS公司生产的数字式温度传感器DS1820，所述温度传感器在与单片机连接时仅需要一个/O口即可实现与单片机的双向通信，每个器件具有唯一的64位光刻标识码,支持多点组网功能,多个温度传感器可并联在一起,实现多点温度测量。

作为本发明的一种优选技术方案，所述温度传感器固定安装于在蓄电池负极柱根部，通过测量在线电池的温度,找出温度异常的电池，将电池的内阻值通过温度间接地反映出来。

作为本发明的一种优选技术方案，所述蓄电池组采用108节左右电压为2V的单体电池串联而成，单体电池两端存在较高的共模电压如接在直流母线正端的蓄电池两端对母线负端的共模电压分别为216V、214V。

作为本发明的一种优选技术方案，所述内阻测量模块采用交流法进行在线测量蓄电池的内阻,即对电池注入一个低频交流电流信号,测出蓄电池两端的低频电压Uo和流过的低频电流IS以及两者的相位差α,根据公式Z=Uo/IS,R=Zcosα,计算出电池的内阻。

作为本发明的一种优选技术方案，所述内阻测量模块由低频交流信号发生器、耦合驱动器、差分放大器、低通有源滤波器、相位检测电路、电压电流取样电路、模拟转换开关、A/D转换器、单片机等组成。

作为本发明的一种优选技术方案，所述电流传感器采用了霍尔电流传感器,它将电池充放电电流转换成-4～+4V的直流电压,直接经A/D转换即可。

作为本发明的一种优选技术方案，所述计算机客户端上安装有后台监控软件，且后台监控软件采用浏览器/服务器结构，就是系统只需在集控中心安装维护一个服务器，所述显示器可以展示运行实时曲线，所述手机终端采用浏览器运行软件，查看、分析系统测量的数据。

有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种变电站直流系统运行状态在线监控系统，具备以下有益效果：

1、该变电站直流系统运行状态在线监控系统，通过设置电池信息采集单元、服务器和监控控制单元，对蓄电池组状态实时监测蓄电池组的电压、电流、环境温度，并监测每一节单体蓄电池的电压和内阻，对于蓄电池单体电压、内阻数据及其变化趋势结合充放电曲线进行交叉综合分析，及时发现蓄电池组的健康隐患并给出报警提示信息，有利于及时维护。

2、该变电站直流系统运行状态在线监控系统，具备远程智能核对性放电及核对性放电监测的功能，并可以自动生成报表，记录充放电波形曲线长期保存，对于直流系统各部分的可能异常状况，在线监测系统提供了可以灵活设定的丰富报警功能，利用基于IEC61850规约的先进通信网络，上述的全部监测过程均可以远程实现并加以实时控制，使得变电站直流系统各设备处于良好的工作状态，达到安全生产，提高工作效率的目的。

附图说明

图1为本发明提出的一种变电站直流系统运行状态在线监控系统的系统示意图；

图2为本发明提出的一种变电站直流系统运行状态在线监控系统的电池信息采集单元系统示意图；

图3为本发明提出的一种变电站直流系统运行状态在线监控系统的单体电池电压测量原理图；

图4为本发明提出的一种变电站直流系统运行状态在线监控系统的内阻测量系统框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，一种变电站直流系统运行状态在线监控系统，包括变电站、交换机、SDM环网、服务器和监控控制单元，所述变电站通过局域网与交换机的双向输入端电性连接，所述交换机的双向输出端通过SDM环网与服务器双向输入端电性连接，所述服务器内设置有主控制机，还通过相应的上位机管理平台系统，采用B/S或C/S软州系统开发平台开发，采用M1SQL数据库系统管理系统数据，系统实时数据采用P2P模式，不完全依赖服务器，可以全网覆盖监测蓄电池数据，所述服务器的输出端与监控控制单元的输入端双向电连接，所述变电站包括单片机、逆变器、绝缘监测模块、直流屏、电池信息采集单元、蓄电池组和放电负载模块，所述单片机的双向输入端分别与逆变器、绝缘监测模块、直流屏和电池信息采集单元输出端电性连接，单片机的型号为MC68332，所述电池信息采集单元的输入端与蓄电池组和放电负载模块的输出端电性连接，所述电池信息采集单元包括温度传感器、电流传感器、电压测量模块和内阻测量模块，所述温度传感器、电流传感器、电压测量模块和内阻测量模块均与单片机输入双向电连接，所述监控控制单元包括计算机客户端、显示器和手机终端，所述计算机客户端输入端双向与服务器内主控制机输出端电性连接。

作为本实施例的一种具体技术方案，所述温度传感器选用了DALLAS公司生产的数字式温度传感器DS1820，所述温度传感器在与单片机连接时仅需要一个/O口即可实现与单片机的双向通信，每个器件具有唯一的64位光刻标识码,支持多点组网功能,多个温度传感器可并联在一起,实现多点温度测量。

本实施方案中，温度传感器使用中不需要任何外围元件，测量范围为-55～+125℃,固有测温分辨率为±015℃，测量结果以9位数字量串行传送，可有效监测蓄电池组的温度。

作为本实施例的一种具体技术方案，所述温度传感器固定安装于在蓄电池负极柱根部，通过测量在线电池的温度,找出温度异常的电池，将电池的内阻值通过温度间接地反映出来。

本实施方案中，温度传感器将充放电过程中,由于电池内阻的存在,电池内部产生的热量也会引起电池的温度发生变化，在同样电流的条件下,电池内阻不同,电池内部产生的热量不同,电池的温度就不同，电池的内阻值有效反应处理。

作为本实施例的一种具体技术方案，所述蓄电池组采用108节左右电压为2V的单体电池串联而成，单体电池两端存在较高的共模电压如接在直流母线正端的蓄电池两端对母线负端的共模电压分别为216V、214V。

本实施方案中，蓄电池组大大超过一般电子模拟开关如CD4051、MAX358等的共模电压输入范围，为消除共模电压的影响,一般采用电磁继电器进行轮流切换,来实现单体电池电压的测量。

作为本实施例的一种具体技术方案，所述内阻测量模块采用交流法进行在线测量蓄电池的内阻,即对电池注入一个低频交流电流信号,测出蓄电池两端的低频电压Uo和流过的低频电流IS以及两者的相位差α,根据公式Z=Uo/IS,R=Zcosα,计算出电池的内阻。

本实施方案中，采用交流法无需放电,不用使蓄电池组处于静态或脱机状态,可以实现完全的在线监测管理,避免了对设备运行安全性的影响,同时由于施加的低频信号频率很低,施加的交流电流也很小,故不会对直流系统的性能造成影响,并且不需要负载箱，体积小、对电池无损害、适合在线快速测量、性能价格比高。

作为本实施例的一种具体技术方案，所述内阻测量模块由低频交流信号发生器、耦合驱动器、差分放大器、低通有源滤波器、相位检测电路、电压电流取样电路、模拟转换开关、A/D转换器、单片机等组成。

本实施方案中，内阻测量模块中电压电流取样电路可有效策略电阻值，被通过单片机对电阻值实时进行处理，便于对监控控制单元随时连接电阻值。

作为本实施例的一种具体技术方案，所述电流传感器采用了霍尔电流传感器,它将电池充放电电流转换成-4～+4V的直流电压,直接经A/D转换即可。

本实施方案中，电流传感器可有效对蓄电池组中单个电池的电流进行监测。

作为本实施例的一种具体技术方案，所述计算机客户端上安装有后台监控软件，且后台监控软件采用浏览器/服务器结构，就是系统只需在集控中心安装维护一个服务器，所述显示器可以展示运行实时曲线，所述手机终端采用浏览器运行软件，查看、分析系统测量的数据。

本实施方案中，服务器将信息传送给计算机客户端，计算机客户端接收各变电站蓄电池监测系统的运行记录数据，进行分析和处理，得出蓄电池的运行状态和性能变化趋势，提高实时性和准确性，通过显示器以WEB发布的形式供局域网内相关人员察看和调用，并可实现分级管理，手机终端技术体系维护人员，便于对蓄电池组及时进行维护。

本发明的工作原理及使用流程：在使用时，通过电池信息采集单元中的温度传感器、电流传感器、电压测量模块和内阻测量模块对单个电池的温度、电流、电压和内阻值进行实时采集，采集的信息通过单片机处理后传递给交换机，再通过交换机将信息通过SDM环网传递给服务器中主控制机中，主控制机再将信息通过SDM环网传递给监控控制单元，在信息采集时，将一组蓄电池中各个电池的内阻进行横向比较，找出那些内阻偏高的蓄电池，这些内阻偏高的蓄电池，性能肯定下降，同一只电池投运时的内阻值与当前内阻值进行比较，看看增加了多少，如果增加30%，则该只蓄电池将达不到标称容量的80%，根据放电时间、放电电流换算出蓄电池组容量，额定容量百分比=(核对性容量/额定容量)×100%，根据规程要求，额定容量百分比小于×80%，则认定此组蓄电池不符介使用要求，应安排更换，根据电池信息采集单元采集到的单体电池电压与平均电压比对，监控控制单元给每个模块发出指令:电压低于程序计算的平均值，2mV为基准，以最高的优先进行充电，电压高于程序计算的平均值，2mV为基准，以最高的电池进行平衡放电，然后依次类推进行直至电压一致为准，自动适应运行状态，均充状态时优先对高于平均值电池进行放电，浮充状态时优先对低于平均值电池巡行充电，蓄电池组处在放电状态时，均衡模块自动停止均衡工作，可设定电池内阻的自动定时检测，最低设定为10分钟一次，同时也可以上服务器平台软件操作，对整组电池或单个电池的内阻进行检测，检测电池功能是否正常，及时对电池有效性进行判断，若发现系统中有电池失效或是将要失效或是与其它电池不一致性增大时，则通通过监控控制单元中显示屏与手机终端发出示警信号。

综上所述，该变电站直流系统运行状态在线监控系统，对蓄电池组状态实时监测蓄电池组的电压、电流、环境温度，并监测每一节单体蓄电池的电压和内阻，对于蓄电池单体电压、内阻数据及其变化趋势结合充放电曲线进行交叉综合分析，及时发现蓄电池组的健康隐患并给出报警提示信息，有利于及时维护，可以远程实现并加以实时控制，使得变电站直流系统各设备处于良好的工作状态，达到安全生产，提高工作效率的目的。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种变电站直流系统运行状态在线监控系统，包括变电站、交换机、SDM环网、服务器和监控控制单元，其特征在于：所述变电站通过局域网与交换机的双向输入端电性连接，所述交换机的双向输出端通过SDM环网与服务器双向输入端电性连接，所述服务器内设置有主控制机，所述服务器的输出端与监控控制单元的输入端双向电连接，所述变电站包括单片机、逆变器、绝缘监测模块、直流屏、电池信息采集单元、蓄电池组和放电负载模块，所述单片机的双向输入端分别与逆变器、绝缘监测模块、直流屏和电池信息采集单元输出端电性连接，所述电池信息采集单元的输入端与蓄电池组和放电负载模块的输出端电性连接，所述电池信息采集单元包括温度传感器、电流传感器、电压测量模块和内阻测量模块，所述温度传感器、电流传感器、电压测量模块和内阻测量模块均与单片机输入双向电连接，所述监控控制单元包括计算机客户端、显示器和手机终端，所述计算机客户端输入端双向与服务器内主控制机输出端电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种变电站直流系统运行状态在线监控系统，其特征在于：所述温度传感器选用了DALLAS公司生产的数字式温度传感器DS1820，所述温度传感器在与单片机连接时仅需要一个/O口即可实现与单片机的双向通信，每个器件具有唯一的64位光刻标识码,支持多点组网功能,多个温度传感器可并联在一起,实现多点温度测量。

3.根据权利要求1所述的一种变电站直流系统运行状态在线监控系统，其特征在于：所述温度传感器固定安装于在蓄电池负极柱根部，通过测量在线电池的温度,找出温度异常的电池，将电池的内阻值通过温度间接地反映出来。

4.根据权利要求1所述的一种变电站直流系统运行状态在线监控系统，其特征在于：所述蓄电池组采用108节左右电压为2V的单体电池串联而成，单体电池两端存在较高的共模电压如接在直流母线正端的蓄电池两端对母线负端的共模电压分别为216V、214V。

5.根据权利要求1所述的一种变电站直流系统运行状态在线监控系统，其特征在于：所述内阻测量模块采用交流法进行在线测量蓄电池的内阻,即对电池注入一个低频交流电流信号,测出蓄电池两端的低频电压Uo和流过的低频电流IS以及两者的相位差α,根据公式Z=Uo/IS,R=Zcosα,计算出电池的内阻。

6.根据权利要求1所述的一种变电站直流系统运行状态在线监控系统，其特征在于：所述内阻测量模块由低频交流信号发生器、耦合驱动器、差分放大器、低通有源滤波器、相位检测电路、电压电流取样电路、模拟转换开关、A/D转换器、单片机等组成。

7.根据权利要求1所述的一种变电站直流系统运行状态在线监控系统，其特征在于：所述电流传感器采用了霍尔电流传感器,它将电池充放电电流转换成-4～+4V的直流电压,直接经A/D转换即可。

8.根据权利要求1所述的一种变电站直流系统运行状态在线监控系统，其特征在于：所述计算机客户端上安装有后台监控软件，且后台监控软件采用浏览器/服务器结构，就是系统只需在集控中心安装维护一个服务器，所述显示器可以展示运行实时曲线，所述手机终端采用浏览器运行软件，查看、分析系统测量的数据。

Images