CN211239447U - 一种变电站操作电源在线监控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种变电站操作电源在线监控系统，其中，变电站操作电源在线监控系统，包括：功率节点、数据采集单元、通信单元、功率控制单元和显控单元、均衡模块、变换模块、电池测量单元；所述均衡模块与数据采集单元、功率控制单元、变换模块、电池测量单元连接；所述功率节点与蓄电池组中的单体蓄电池为一一对应关系；功率节点采用隔离式DC/DC变换电路，从蓄电池组母线获取能量，功率变换至单体蓄电池正极两端输出。以解决现有技术中的电源在线监控系统无法做到在线解决蓄电池长期处于浮充状态的问题，进而存在的各个单节电池端电压不均衡，个别单体长期处于浮充状态，易出现故障，进而影响整个蓄电池组使用寿命的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力设备技术领域，具体为一种变电站操作电源在线监控系统。
背景技术
蓄电池是变电站直流系统的备用电源，当直流电源的充电装备不能供电时，变电站直流电源就需要蓄电池来供电，因此，蓄电池是变电站直流供电系统的重要组成部分。
但由于蓄电池的技术性和结构性决定平时需要对它进行大量的巡视和维护工作，进而产生蓄电池管理技术。现有技术中通过先进的微机控制技术和电力技术采用智能检测技术，实时跟踪电池组的当前状态，通过其系统的告警功能，及时发现某个电池出现故障，并通过显示屏和PC机将显示故障电池的编号，方便用户更换。通过其系统的保护功能，使系统带有输出短路保护、电池过压欠压保护、过温保护、电池反接保护等保护功能。通过其系统的实时显示功能，具备蓄电池实时数据显示功能。
但在实际应用中发现，当发现蓄电池组出现问题时，只能通过显示屏来显示告知；最后还需要人工去解决。其中更换失效电池时又需要切断后备电源，尤其是单体蓄电池之间的电压不均衡（由于蓄电池组长期处于浮充状态，各单节电池端电压不均衡，这样就造成了个别单体电池长期过充、老化速度加快，蓄电池单体的故障率大大增加）而影响系统供电的难题，更是无法解决。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本实用新型提供了一种具有均衡模块的变电站操作电源在线监控系统，以克服现有技术中的电源在线监控系统无法做到在线解决蓄电池长期处于浮充状态的问题，进而存在的各个单节电池端电压不均衡，个别单体长期处于浮充状态，易出现故障，进而影响整个蓄电池组使用寿命的问题。
（二）技术方案
为解决上述问题，本实用新型提供一种具有均衡模块的变电站操作电源在线监控系统，包括：功率节点、数据采集单元、通信单元、功率控制单元和显控单元、均衡模块、变换模块、电池测量单元；
所述均衡模块与数据采集单元、功率控制单元、变换模块、电池测量单元连接；
所述功率节点与蓄电池组中的单体蓄电池为一一对应关系；功率节点采用隔离式DC/DC变换电路，从蓄电池组母线获取能量，功率变换至单体蓄电池正极两端输出；
所述数据采集单元与功率节点连接，采用多通道精密A/D变换器，实时采集蓄电池组的总线电压、总线电流和单体蓄电池的端电压与温度；
所述通信单元，用于功率控制单元与显控单元之间的数据命令交换；
所述功率控制单元，完成总线电压电流、变换模块电压电流、电池电压参数采样、对电池均衡度的计算、对变换模块电压电流输出控制，以及接收显控单元进行通信数据请求，响应显控单元的遥控命令；
显控单元，用于蓄电池组状态以及系统电源状态的显示；
所述电池测量单元用于采集当前t时刻蓄电池组的电池电压值，并将所述电池电压值反馈至均衡模块，所述功率控制单元计算出当前t时刻蓄电池组的电压平均值，并反馈至所述均衡模块，均衡模块单独对蓄电池组中的每个单体蓄电池进行第一次均衡处理，具体包括将电压平均值和预先阈值进行比较，当所述某一个单体蓄电池的电压平均值小于预先阈值时，均衡模块控制变换模块对所述单体蓄电池进行充电均衡处理，直至所述单体蓄电池值达到第一次均衡处理后的设定值；
当所述某一个单体蓄电池的电压平均值大于预先阈值时，均衡模块控制变换模块对所述单体蓄电池进行放电均衡处理，直至所述单体蓄电池达到第一次均衡处理后的设定值；
所述电池测量单元继续采集当前t+1时刻蓄电池组的电池电压值，功率控制单元计算出当前t+1时刻蓄电池组的电压平均值，并反馈至所述均衡模块，均衡模块单独对蓄电池组中的每个单体蓄电池进行第二次均衡处理，具体包括将电压平均值和预先阈值进行比较，当所述某一个单体蓄电池的电压平均值小于第一次均衡处理后的设定值时，均衡模块控制变换模块对所述单体蓄电池进行充电均衡处理，直至所述单体蓄电池值达到第二次均衡处理后的设定值；
当所述某一个单体蓄电池的电压平均值大于预先阈值时，均衡模块控制变换模块对所述单体蓄电池进行放电均衡处理，直至所述单体蓄电池值达到第二次均衡处理后的设定值。
优选地，所述通信单元采用CAN通信和扩展的主备式MODBUS通信协议。
优选地，所述显控单元采用基于ARM Cortex-A8的嵌入式硬件平台和基于Linux的开源操作系统系统。
（三）有益效果
本实用新型提供的变电站操作电源在线监控系统，通过加入智能化均衡模块能够实现实时跟踪电池的当前状态，并根据每个单体蓄电池的电压值及其变化量自动管理蓄电池充电与放电，保证蓄电池在任何情况下都能够彻底充足并防止过充，最大限度的保证蓄电池组运行的稳定性及可靠性，防止电池出现硫化，从而延长蓄电池的使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型实施例变电站操作电源在线监控系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明如下。
如图1所示，本实用新型提供一种具有均衡模块的变电站操作电源在线监控系统包括：蓄电池组、功率节点、数据采集单元、通信单元、功率控制单元和显控单元、均衡模块、变换模块、电池测量单元；
所述均衡模块与数据采集单元、功率控制单元、变换模块、电池测量单元连接；
所述功率节点与蓄电池组中的单体蓄电池为一一对应关系；功率节点采用隔离式DC/DC变换电路，从蓄电池组母线获取能量，功率变换至单体蓄电池正极两端输出；蓄电池组通过功率节点，变换成多个变换模块，例如包括变换模块1、变换模块2、变换模块3…
所述数据采集单元与功率节点连接，采用多通道精密A/D变换器，实时采集蓄电池组的总线电压、总线电流和单体蓄电池的端电压与温度；
所述通信单元，用于功率控制单元与显控单元之间的数据命令交换；
所述功率控制单元，完成总线电压电流、变换模块电压电流、电池电压参数采样、对电池均衡度的计算、对变换模块电压电流输出控制，以及接收显控单元进行通信数据请求，响应显控单元的遥控命令；
显控单元，用于蓄电池组状态以及系统电源状态的显示；
所述电池测量单元用于采集当前t时刻蓄电池组的电池电压值，并将所述电池电压值反馈至均衡模块，所述功率控制单元计算出当前t时刻蓄电池组的电压平均值，并反馈至所述均衡模块，均衡模块单独对蓄电池组中的每个单体蓄电池进行第一次均衡处理，具体包括将电压平均值和预先阈值进行比较，当所述某一个单体蓄电池的电压平均值小于预先阈值时，均衡模块控制变换模块对所述单体蓄电池进行充电均衡处理，直至所述单体蓄电池值达到第一次均衡处理后的设定值；
当所述某一个单体蓄电池的电压平均值大于预先阈值时，均衡模块控制变换模块对所述单体蓄电池进行放电均衡处理，直至所述单体蓄电池达到第一次均衡处理后的设定值；
本实施例中的预先阈值可根据蓄电池出厂参数进行设定。该第一次均衡处理后的设定值可根据当前蓄电池的使用寿命以及蓄电池的工作状态而设定。
所述电池测量单元继续采集当前t+1时刻蓄电池组的电池电压值，功率控制单元计算出当前t+1时刻蓄电池组的电压平均值，并反馈至所述均衡模块，均衡模块单独对蓄电池组中的每个单体蓄电池进行第二次均衡处理，具体包括将电压平均值和预先阈值进行比较，当所述某一个单体蓄电池的电压平均值小于第一次均衡处理后的设定值时，均衡模块控制变换模块对所述单体蓄电池进行充电均衡处理，直至所述单体蓄电池值达到第二次均衡处理后的设定值；
当所述某一个单体蓄电池的电压平均值大于预先阈值时，均衡模块控制变换模块对所述单体蓄电池进行放电均衡处理，直至所述单体直至所述单体蓄电池值达到第二次均衡处理后的设定值。
该第二次均衡处理后的设定值可根据第一次均衡处理后的设定值及蓄电池的当前工作状态而设定。
需要说明的是，电池测量单元一直不停的采集蓄电池组的电池电压值，例如，电池测量单元采集当前t+n（n大于1）时刻蓄电池组的电池电压值功率控制单元计算出当前t+n时刻蓄电池组的电压平均值，并反馈至所述均衡模块，均衡模块单独对蓄电池组中的每个单体蓄电池进行第n+1次均衡处理，具体包括将电压平均值和预先阈值进行比较，当所述某一个单体蓄电池的电压平均值小于第n次均衡处理后的设定值时，均衡模块控制变换模块对所述单体蓄电池进行充电均衡处理，直至所述单体蓄电池值达到第n+1次均衡处理后的设定值；
当所述某一个单体蓄电池的电压平均值大于第n次均衡处理后的设定值时，均衡模块控制变换模块对所述单体蓄电池进行放电均衡处理，直至所述单体直至所述单体蓄电池值达到第n+1次均衡处理后的设定值。
其中，所述通信单元采用CAN通信和扩展的主备式MODBUS通信协议。
其中，所述显控单元采用基于ARM Cortex-A8的嵌入式硬件平台和基于Linux的开源操作系统系统。
下面具体描述一下该具有均衡模块的变电站操作电源在线监控系统的实际安装过程：
将变电站操作电源在线监控系统的主机平放在工作台，用螺丝刀打开后面板，将智能化均衡模块插入主板的扩展槽内，用螺丝固定好，然后分别连接好电源线和通信线的端子。检查箱体无异后，用螺丝刀装好主机后面板就可投放装置里运行。
上电前，先检查主机是否可靠接地，主机配线、螺钉是否紧固；检查蓄电池组是否处于未充电、未带载状态；然后用万用表测量主机后面板蓄电池管理输入输出端口电压，是否正常。
开机按下主机背面板的空气开关，将空气开关置于接通状态；开关接通后，主机内的均衡模块进入待机状态；显控模块开机正常后，进入登录界面；待系统启动进入稳定工作后，然后打开充电开关和负载设备电源开关。
系统在上电后投入在线运行，根据电池测量单元采集到的电池电压计算出均衡度，均衡度大于设定值时，系统中均衡模块控制变换自动分别对单节电池进行均衡放电和均衡充电，直至均衡度达到设定范围。
本实用新型提供的变电站操作电源在线监控系统，增加了均衡模块，提高了蓄电池组的整体使用周期，大大节约了生产成本，提高生产效率。
以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (3)
1.一种变电站操作电源在线监控系统，其特征在于，包括：功率节点、数据采集单元、通信单元、功率控制单元和显控单元、均衡模块、变换模块、电池测量单元；
所述均衡模块与数据采集单元、功率控制单元、变换模块、电池测量单元连接；
所述功率节点与蓄电池组中的单体蓄电池为一一对应关系；功率节点采用隔离式DC/DC变换电路，从蓄电池组母线获取能量，功率变换至单体蓄电池正极两端输出；
所述数据采集单元与功率节点连接，采用多通道精密A/D变换器，实时采集蓄电池组的总线电压、总线电流和单体蓄电池的端电压与温度；
所述通信单元，用于功率控制单元与显控单元之间的数据命令交换；
所述功率控制单元，完成总线电压电流、变换模块电压电流、电池电压参数采样、对电池均衡度的计算、对变换模块电压电流输出控制，以及接收显控单元进行通信数据请求，响应显控单元的遥控命令；
显控单元，用于蓄电池组状态以及系统电源状态的显示；
所述电池测量单元用于采集当前t时刻蓄电池组的电池电压值，并将所述电池电压值反馈至均衡模块，所述功率控制单元计算出当前t时刻蓄电池组的电压平均值，并反馈至所述均衡模块，均衡模块单独对蓄电池组中的每个单体蓄电池进行第一次均衡处理，具体包括将电压平均值和预先阈值进行比较，当所述某一个单体蓄电池的电压平均值小于预先阈值时，均衡模块控制变换模块对所述单体蓄电池进行充电均衡处理，直至所述单体蓄电池值达到第一次均衡处理后的设定值；
当所述某一个单体蓄电池的电压平均值大于预先阈值时，均衡模块控制变换模块对所述单体蓄电池进行放电均衡处理，直至所述单体蓄电池达到第一次均衡处理后的设定值；
所述电池测量单元继续采集当前t+1时刻蓄电池组的电池电压值，功率控制单元计算出当前t+1时刻蓄电池组的电压平均值，并反馈至所述均衡模块，均衡模块单独对蓄电池组中的每个单体蓄电池进行第二次均衡处理，具体包括将电压平均值和预先阈值进行比较，当所述某一个单体蓄电池的电压平均值小于第一次均衡处理后的设定值时，均衡模块控制变换模块对所述单体蓄电池进行充电均衡处理，直至所述单体蓄电池值达到第二次均衡处理后的设定值；
当所述某一个单体蓄电池的电压平均值大于预先阈值时，均衡模块控制变换模块对所述单体蓄电池进行放电均衡处理，直至所述单体蓄电池值达到第二次均衡处理后的设定值。
2.如权利要求1所述的变电站操作电源在线监控系统，其特征在于，所述通信单元采用CAN通信和扩展的主备式MODBUS通信协议。
3.如权利要求1所述的变电站操作电源在线监控系统，其特征在于，所述显控单元采用基于ARM Cortex-A8的嵌入式硬件平台和基于Linux的开源操作系统。
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