CN116953533A - 一种基于物联网的蓄电池远程核容监测*** - Google Patents
一种基于物联网的蓄电池远程核容监测*** Download PDFInfo
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Abstract
一种基于物联网的蓄电池远程核容监测***，包括蓄电池参数传感器、电流测量单元、蓄电池在线监测装置、蓄电池有效性监测仪、物联网接入节点设备、综合监控平台，本***测量蓄电池单体电压、极柱温度、单体内阻、组电压、充放电电流和被动均衡，同时计算蓄电池的剩余容量SOC并通过通信接口把采集到的蓄电池参数上传，实现蓄电池运行状态的实时监控和一键充放电控制。解决了变电站蓄电池组远程在线核容及状态检测问题，实现蓄电池组在不脱离直流***能够远程后台一键完成在线核容过程，并实现蓄电池状态实时检测功能。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电池监测***领域，具体涉及一种基于物联网的蓄电池远程核容监测***。
背景技术
传统的变电站蓄电池组核容需要运维人员和检测人员到达变电站现场人工进行核容，如图1所示，核容时需要先将一组备用蓄电池接入直流***，再将待测蓄电池组退出直流***，人工进行充放电试验，整个测试过程伴随着多次的蓄电池组接入和退出操作，对直流***的稳定性存在一定的风险，并对人员的安全存在风险。
现有的远程在线核容方式的不同主要体现在蓄电池放电试验环节，在放电试验时大多采用断开充电机到蓄电池组中间充电通道，在进行充电试验时再将通道连接的方式，从而做到核容过程中蓄电池组不脱离直流***，在蓄电池组放电环节有如下的技术思路：
第一种是制作了一种蓄电池远程核容状态诊断装置及诊断方法(CN115133162A)，在远程核容时，运维人员无需驱车长途去到蓄电池现场检修检测，直接能从显控模块直接能进行检测，实时监控，通过数据判断比对能得出蓄电池充放电过程产生的异常；同时进行判断得出蓄电池是否需要修复或更换，提高对电池检测效率；能够把握电池的实时状态，找出异常电池、失效电池。但是不能做到远程控制蓄电池充放电，只能做到检测蓄电池的状态。第二种是提供了一种蓄电池远程充放电核容监测装置(CN114167296A)，集成电池在线测量功能，实现了直流蓄电池组的核容监测，实现了对于蓄电池组的远程操作和维护。但是不能在后台实现一键控制功能。第三种是提供了一种蓄电池远程监测***(CN114924199A)，可以实现对应的电池组的日常监控、预测预警、充放电实验以及性能评估等功能需求。但是该方法结构相对较为复杂，软硬件成本也相对较高。
发明内容
针对上述背景技术，本发明旨在解决变电站蓄电池组远程在线核容及状态检测问题，提出一种基于物联网的蓄电池远程核容监测***，实现蓄电池组在不脱离直流***能够远程后台一键完成在线核容过程，并实现蓄电池状态实时检测功能。
一种基于物联网的蓄电池远程核容监测***，包括蓄电池参数传感器、电流测量单元、蓄电池在线监测装置、蓄电池有效性监测仪、物联网接入节点设备、综合监控平台，本***测量蓄电池单体电压、极柱温度、单体内阻、组电压、充放电电流和被动均衡，同时计算蓄电池的剩余容量SOC并通过通信接口把采集到的蓄电池参数上传，实现蓄电池运行状态的实时监控和一键充放电控制。
进一步地，蓄电池参数传感器采集每只蓄电池的端电压、内阻、温度；电流监测装置采集整组蓄电池的电流；将以上数据通过有线方式，使用串口协议，上传到蓄电池在线监测装置。
进一步地，蓄电池在线监测装置使用modbus协议与RS485接口转换器通信。
进一步地，蓄电池有效性监测仪用于实现蓄电池的带载放电，接受物联网接入节点设备下发的放电指令，采集放电回路的电阻和放电过程中的压降。
进一步地，蓄电池有效性监测仪中，开关K1处于常闭状态，通过充电机对蓄电池组进行浮充；当需要对电池组进行有效性检测时，将K1打开，因单向导通的降压硅链Q1的作用，充电机与蓄电池断开，同时电阻Q2产生冲击电流，同蓄电池、直流母线形成回路，对整个回路中的设备及连线进行检测，此时直流负载由蓄电池直接供电，对整个蓄电池组进行放电，在设定的放电时间内，手动或设定自动停止放电。
进一步地，蓄电池有效性监测仪使用蓄电池有效性指定时间放电通信协议与RS485接口转换器通信。
进一步地，RS485接口转换器使用tcp协议与物联网接入节点设备通信。
进一步地，物联网接入节点设备使用mqtt协议将蓄电池在线监测装置和蓄电池有效性监测仪数据上传至综合监控平台。
进一步地，综合监控平台通过物联网接入节点设备，远程控制蓄电池有效性监测仪，实现整个蓄电池组的监测及远程带载核容放电；蓄电池监测装置通过物联网接入节点设备实时或定时上传蓄电池组的电压和电流、单只电池端的电压、内阻和温度的参数。
本发明达到的有益效果为：
(1)蓄电池带载核容摒弃了以往将蓄电池脱离负载的离线测试方式，避免了传统方式耗费时间长、强度大和效率低等缺点。利用站内直流负载放电，根据测算基本能满足I10放电电流要求。具备蓄电池带载核容技术后，运维人员可远程或结合巡视自行开展蓄电池的在线核容测试，同时不影响站内直流***运行的安全性，并能提前发现蓄电池潜伏性故障，有效提升蓄电池健康水平，助力运维工作数字化转型提质增效。实现在线自动、定期、无死角检测蓄电池至母线回路存在的问题，为变电站安全可靠运行提供了重要保障。
(2)对整个蓄电池组和单只蓄电池的参数，实时上传到监控平台，及时发现电池存在的问题。
(3)能够有效监测蓄电池至母线全回路任意器件的停运或故障导致的蓄电池失效情况(如电池开路、电池开关故障或断开、电池保险熔断、连接线锈蚀、疲劳虚接和脱落、跨层线断线、螺丝松动、熔断器内伤等问题)，回路内阻的变化情况。
(4)能够模拟多个断路器同时保护跳闸动作电流(20A相当于10个开关同时跳闸)，动态监测母线电压波动和压降，确保在承担常规负荷的同时仍能满足跳闸冲
(5)可远程实现对蓄电池的带载放电，放电过程中，判断单只电池和蓄电池组的性能。
(6)通过接入节点设备实现对蓄电池组的远程监控，平台统一化管理，综合监控平台，通过站端接入节点设备，对蓄电池有效性监测仪和蓄电池在线监测装置进行远程监控。蓄电池在线监测数据通过内网进行上传，保证了在线监测数据的连续性，提高安全防护水平，有力保障设备安全、业务安全、信息安全。
附图说明
图1为背景技术中的传统方式核容示意图。
图2为本发明实施例中的蓄电池远程核容监测***架构图。
图3为本发明实施例中的蓄电池有效性监测仪原理图。
图4为本发明实施例中的蓄电池在线监测装置示意图。
图5为本发明实施例中的蓄电池参数传感器示意图。
图6为本发明实施例中的通讯构架图。
图7为本发明实施例中的蓄电池有效性检测***充放电流程图。
图8为本发明实施例中的平台放电前界面。
图9为本发明实施例中的平台放电中界面。
图10为本发明实施例中的变电站现场直流屏仪表指示(蓄电池带载放电中)。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
本发明提供了一种蓄电池远程核容监测***，如图2所示，在原直流***的基础上添加了包括蓄电池智能参数传感器、电流测量单元、蓄电池在线监测装置、蓄电池有效性监测仪、物联网接入节点设备、综合监控平台等部分组成，具备测量蓄电池单体电压、极柱温度、单体内阻、组电压、充放电电流和被动均衡功能，同时可计算蓄电池的剩余容量(SOC)并可通过LAN、RS485接口把采集到的蓄电池参数上传到服务器或者控制***平台上，实现蓄电池运行状态的实时监控和一键充放电控制。
蓄电池参数传感器采集每只蓄电池的端电压、内阻、温度；电流监测装置采集整组电池的电流；将以上数据通过有线方式，使用串口协议，上传到蓄电池在线监测装置。蓄电池在线监测装置使用modbus协议与RS485接口转换器通信。
蓄电池有效性监测仪用于蓄电池的带载放电，接受后台下发的放电指令，可采集放电回路的电阻和放电过程中的压降。有效性监测装置使用蓄电池有效性指定时间放电通信协议与RS485接口转换器通信。
RS485接口转换器使用tcp协议与接入节点设备通信。
接入节点设备使用mqtt协议将蓄电池在线监测装置和蓄电池有效性监测仪数据上传至蓄电池有效性检测***。
综合监控平台通过站端接入节点设备，远程控制蓄电池有效性监测仪，实现整个蓄电池组的监测及远程带载核容放电；蓄电池监测装置可通过接入节点设备实时或定时上传蓄电池组电压、电流等，单只电池端电压、内阻、温度等参数。
本发明可以实现以下功能：
(1)对单个蓄电池内阻、端电压及温度等进行监测；
(2)对蓄电池组直流***电压和电流进行监测；
(3)监测蓄电池至母线全回路任意器件的停运或故障导致的蓄电池失效情况；
(4)模拟多个断路器同时保护跳闸动作电流，动态监测母线电压波动和压降；
(5)实现蓄电池的远程带载放电操作。
蓄电池有效性监测仪常态工作情况下参照图3，K1处于常闭状态，充电机对蓄电池组进行浮充。当需要对电池组进行有效性检测时，将K1打开，因降压硅链(单向导通)Q1的作用，充电机与蓄电池断开，同时电阻Q2本身会产生冲击电流，同蓄电池、直流母线形成回路，对整个回路中的设备及连线进行检测，此时直流负载由蓄电池直接供电，对整个蓄电池组进行放电，在设定的放电时间(1～60分钟)内，当蓄电池组的电压与充电机的电压形成30V(最大值)的压差后，会自动停止放电；如果在放电时间内，也可根据需求，进行停放电操作；也可在监控平台设定放电时间，达到放电时间后，蓄电池组停止放电。在蓄电池有效性监测仪的操作过程中，蓄电池在线监测装置实时上传单只电池的性能参数，判断电池的存在的问题。能够自动定期或手动启动全面检查蓄电池实际失效的情况(如直流***中电池开路、电池开关故障或断开、电池保险熔断、连接线脱落、跨层线断线、螺丝松动等)，及时发现蓄电池脱离母线的行为，验证***是否能够承担常态负荷，及时发出告警，确保***运行安全性。
在保障母线供电的前提下，无需脱离充电机、蓄电池、无需改变参数及通信接口支持的基础上，通过投切装置内部降压硅链，让蓄电池组单独带负荷，结合母线电压的下降速率和负荷电流等参数，智能完成对蓄电池有效性的检测以及蓄电池组应对冲击负荷的耐受测试，为提高直流供电安全性提供重要技术支撑。
蓄电池在线监测装置，可在线自动监测单体电池电压、单体内阻、极柱温度功能(需配置蓄电池智能参数传感器)；可在线自动检测电池组电压、充放电电流、浮冲电流、纹波系数、环境温度功能(需配置组电压电流监测装置)；具备蓄电池在线均衡功能(需配置蓄电池智能参数传感器)；具备蓄电池在线除硫活化功能(需配置蓄电池活化单元使用)；具备支持开入开出单元、绝缘监察单元、恒流放电单元的控制与接入功能；内置蓄电池性能分析专家诊断模型，监测单体电池剩余容量(SOC)、寿命预估(SOH)，准确判别电池性能，并给出各电池的维护建议；装置具备自动和手动启动内阻测量功能，测量间隔可设置；装置具备充放电过程自动记录记录功能、充放电数据支持导出功能；装置设备自带点阵LCD显示与设置按键功能；装置具备故障电池退出功能，该功能设置电池编号后，该电池只显示相关数据，但不做告警判断和提示；具备数据的导入导出功能；每台装置监测总电池数为440节，最大可支持管理4组蓄电池；具备自动告警功能：具备单体内阻、单体电压、电池温度、组压、充放电电流、环境温度超限时自动告警超限时自动告警功能，告警阀值可设置。告警发生时设备红色告警灯亮、干接点闭合，可通过设备查询具体告警内容；装置具备自检功能，当***出现故障时，除给出故障信号报警提示外，绝不影响后备电源***的正常运行，保证***的可靠性；装置配置4路SBUS采集接口，2个RS485接口、1个网络口，支持MODBUS/RTU、MODBUS/TCP、TCP/IP协议，通信规约可定制；装置配置两个干接点，一个为设备故障接点，另一个为电池告警接点。
蓄电池参数传感器，可在线自动监测单体电池电压、单体内阻、极柱温度功能(需配置蓄电池智能参数传感器)；装置可在线自动检测电池组电压、充放电电流、浮冲电流、纹波系数、环境温度功能(需配置组电压电流监测装置)；装置具备蓄电池在线均衡功能(需配置蓄电池智能参数传感器)；装置具备蓄电池在线除硫活化功能(需配置蓄电池活化单元使用)；装置具备支持开入开出单元、绝缘监察单元、恒流放电单元的控制与接入功能；装置内置蓄电池性能分析专家诊断模型，监测单体电池剩余容量(SOC)、寿命预估(SOH)，准确判别电池性能，并给出各电池的维护建议；装置具备自动和手动启动内阻测量功能，测量间隔可设置；装置具备充放电过程自动记录记录功能、充放电数据支持导出功能；装置设备自带点阵LCD显示与设置按键功能；装置具备故障电池退出功能，该功能设置电池编号后，该电池只显示相关数据，但不做告警判断和提示；数据的导入导出功能；每台装置监测总电池数为480节，最大可支持管理10组蓄电池；具备自动告警功能：具备单体内阻、单体电压、电池温度、组压、充放电电流、环境温度超限时自动告警超限时自动告警功能，告警阀值可设置。告警发生时设备红色告警灯亮、干接点闭合，可通过设备查询具体告警内容；装置具备自检功能，当***出现故障时，除给出故障信号报警提示外，绝不影响后备电源***的正常运行，保证***的可靠性；配置4路SBUS采集接口，2个RS485接口、1个网络口，支持MODBUS/RTU、MODBUS/TCP、TCP/IP协议，通信规约可定制；配置两个干接点，一个为设备故障接点，另一个为电池告警接点。
RS485接口转换器功能是网口串口数据转换，参照图6，接入设备使用网口与RS485接口转换器连接，将数据使用网口发送到RS485接口转换器。RS485转换器与有效性监测装置和蓄电池在线监测装置使用485口连接，RS485转换器将收到的网口数据转换为串口数据并通过485口发送给有效性监测装置和蓄电池在线监测装置。有效性监测装置和蓄电池在线监测装置发送到接入设备的数据过程与上面相反。
蓄电池在线监测装置使用modbus协议与RS485接口转换器通信。有效性监测装置使用蓄电池有效性指定时间放电通信协议与RS485接口转换器通信。RS485接口转换器使用tcp协议与接入设备通信。
接入设备使用mqtt协议将收到的数据发送到平台。
综合监控平台为物联网管理平台应用程序，通过启停站内有效性监测装置仪实现带载核容测试，在平台界面上可以监测电池单节电压、内阻和温度等重要参数，通过设置放电截止电压和放电时长进行远程控制。当点击“开始放电”按钮，蓄电池对站内直流负载进行放电，当达到放电设置时长或截止电压电压时，***自动停电放电；当点击“停止放电”按钮时，***紧急停止放电并恢复充电机正常运行方式。充放电流程具体参考图7。
蓄电池带载核容摒弃了以往将蓄电池脱离负载的离线测试方式，避免了传统方式耗费时间长、强度大和效率低等缺点。利用站内直流负载放电，根据测算基本能满足I10放电电流要求。具备蓄电池带载核容技术后，运维人员可远程或结合巡视自行开展蓄电池的在线核容测试，同时不影响站内直流***运行的安全性，并能提前发现蓄电池潜伏性故障，有效提升蓄电池健康水平，助力运维工作数字化转型提质增效。实现在线自动、定期、无死角检测蓄电池至母线回路存在的问题，为变电站安全可靠运行提供了重要保障。
对整个蓄电池组和单只蓄电池的参数，实时上传到监控平台，及时发现电池存在的问题。
能够有效监测蓄电池至母线全回路任意器件的停运或故障导致的蓄电池失效情况(如电池开路、电池开关故障或断开、电池保险熔断、连接线锈蚀、疲劳虚接和脱落、跨层线断线、螺丝松动、熔断器内伤等问题)，回路内阻的变化情况。
能够模拟多个断路器同时保护跳闸动作电流(20A相当于10个开关同时跳闸)，动态监测母线电压波动和压降，确保在承担常规负荷的同时仍能满足跳闸冲
可远程实现对蓄电池的带载放电，放电过程中，判断单只电池和蓄电池组的性能。
通过接入节点设备实现对蓄电池组的远程监控，平台统一化管理，综合监控平台，通过站端接入节点设备，对蓄电池有效性监测仪和蓄电池在线监测装置进行远程监控，可根据运维人员要求，对蓄电池组进行检测，同时蓄电池的参数可实时上传。参照图8-9，可对不同型号的蓄电池单体的内阻、浮充电压、电流和温度数据的统计和分析，及时发现蓄电池组和单只电池存在的问题。蓄电池在线监测数据通过内网进行上传，保证了在线监测数据的连续性，提高安全防护水平，有力保障设备安全、业务安全、信息安全。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于物联网的蓄电池远程核容监测***，其特征在于：
所述***包括蓄电池参数传感器、电流测量单元、蓄电池在线监测装置、蓄电池有效性监测仪、物联网接入节点设备、综合监控平台，本***测量蓄电池单体电压、极柱温度、单体内阻、组电压、充放电电流和被动均衡，同时计算蓄电池的剩余容量SOC并通过通信接口把采集到的蓄电池参数上传，实现蓄电池运行状态的实时监控和一键充放电控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的蓄电池远程核容监测***，其特征在于：蓄电池参数传感器采集每只蓄电池的端电压、内阻、温度；电流监测装置采集整组蓄电池的电流；将以上数据通过有线方式，使用串口协议，上传到蓄电池在线监测装置。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的蓄电池远程核容监测***，其特征在于：蓄电池在线监测装置使用modbus协议与RS485接口转换器通信。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的蓄电池远程核容监测***，其特征在于：蓄电池有效性监测仪用于实现蓄电池的带载放电，接受物联网接入节点设备下发的放电指令，采集放电回路的电阻和放电过程中的压降。
5.根据权利要求4所述的一种基于物联网的蓄电池远程核容监测***，其特征在于：蓄电池有效性监测仪中，开关K1处于常闭状态，通过充电机对蓄电池组进行浮充；当需要对电池组进行有效性检测时，将K1打开，因单向导通的降压硅链Q1的作用，充电机与蓄电池断开，同时电阻Q2产生冲击电流，同蓄电池、直流母线形成回路，对整个回路中的设备及连线进行检测，此时直流负载由蓄电池直接供电，对整个蓄电池组进行放电，在设定的放电时间内，手动或设定自动停止放电。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的蓄电池远程核容监测***，其特征在于：蓄电池有效性监测仪使用蓄电池有效性指定时间放电通信协议与RS485接口转换器通信。
7.根据权利要求3或6所述的一种基于物联网的蓄电池远程核容监测***，其特征在于：RS485接口转换器使用tcp协议与物联网接入节点设备通信。
8.根据权利要求1所述的一种基于物联网的蓄电池远程核容监测***，其特征在于：物联网接入节点设备使用mqtt协议将蓄电池在线监测装置和蓄电池有效性监测仪数据上传至综合监控平台。
9.根据权利要求8所述的一种基于物联网的蓄电池远程核容监测***，其特征在于：综合监控平台通过物联网接入节点设备，远程控制蓄电池有效性监测仪，实现整个蓄电池组的监测及远程带载核容放电；蓄电池监测装置通过物联网接入节点设备实时或定时上传蓄电池组的电压和电流、单只电池端的电压、内阻和温度的参数。
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