洪炎斌　方志斌　胡炳杰

【摘 要】阀控式铅酸蓄电池以其安装方便、维护量少、高倍率等电能特性在变电中得到广泛的应用。但变电站蓄电池数量比较多，容量较大，其安全性要求很高，如果不加强电池系统的管理就会导致重大事故的发生，造成严重的财产和安全损失。因此本文在分析变电站阀控式铅酸蓄电池原理的基础上，设计出变电站蓄电池组智能管理系统，实现操作蓄电池组、通信蓄电池组的在线监测和性能评估。

【关键词】阀控式铅酸蓄电池；LIN总线；设计；应用

在传统变电站中，蓄电池是电源的核心设备，并且为其运行提供自动化电源和安全保障，铅酸蓄电池价格低廉，安全可靠，并且在大电流放电以及广泛的环境温度范围内使用比较广泛。但随着变电站的智能化建设步伐加快，一些清洁能源逐渐被应用到变电站中，现有的铅酸蓄电池因难以管理，使用寿命短等问题面临着严峻挑战。

1 系统设计原理和方法

1.1 铅酸蓄电池的结构

铅酸蓄电池种类和型号多种多样，但其主要结构基本一致 ，理论电化学早已指出，电池在充电或放电时其端电压V由以下几个部分组成：

1.2 稳定和准确的测量方法

在电力直流操作电源系统中，为了保证系统可靠运行，所用的蓄电池组直接挂接在电源系统的母线上，实现主、备电源的无隙切换。主电源在给系统供电的同时，也不断的对蓄电池进行浮充充电，这个充电电流的不确定性破坏了恒流源的计量基准，严重的干扰了电压的测量。考虑充电机电势和浮充电流的关系，建立了一个完整的数学模型，把放电电流拆分两个不同数值的电流，把一次放电变换为二次放电，从而把浮充电流的干扰由差模干扰转化为共模干扰。这样就能够成功的分离出准确的技术参数，实现了高精度的在线测量，这样实现的内阻测量数据的精度达到2%。

1.3 复合脉冲谐振法的实现

要正确的监测蓄电池内阻，就要在每一个检测单元中具备恒流源和电压读出功能。在蓄电池管理模块中，用可控电流IM和放电电流I构成了充放电回路。

在可控电流IM导通，放电电流I截止时，IM实现对电池E的充电，而在可控电流IM截至，放电电流I到导通时，实现对电池E的放电。而通过对电流I的智能控制，采用多谐波的脉冲组合对E进行放电，通过连续和间歇的多谐波充放电智能控制系统，找出不同蓄电池的最优谐振区，针对内阻敏感的族群，逐步打碎和分解硫酸铅结晶，在自适应的、智能化的多谐波充、放电过程中有效地激活和养护蓄电池，使它处于良好的工作状态中。

2 系统总体框架

LIN总线下的阀控式铅酸蓄电池管理系统主要包括LE-DIP60变电站电源监控主机（LE-DIP60）、LE-BCD100蓄电池容量监测装置（LE-BCD100）、iBMU100蓄电池终端智能模块（iBMU100）以及LE-BMS3000蓄电池组智能管理系统软件（LE-BMS3000）。在变电站层，对直流系统蓄电池组分别安装变电站电源监控主机、蓄电池容量监测装置、蓄电池终端智能模块，该系列装置可实现对直流系统以及蓄电池的综合管理功能。

2.1 主站层

针对蓄电池监测管理需求，LE-BMS3000智能蓄电池组在线监测系统能够实现对直流电源的进行后台的实时监测，系统可以对负荷电流、整组蓄电池电压、电流、等部分的工作状态进行监测，配合动态直流系统模拟图，直观监控直流系统运行参数及运行状态。该系统主要部署在监控中心、集控中心、调度中心、自动化机房等位置，报警机制完善，且接口的功能丰富，保障系统的安全稳定运行。系统基于对交直流电源系统蓄电池组的智能化统一监测等智能管理功能。

2.2 子站层

子站层采用采用LE-DIP60实现直流系统重要参数采集分析，iBMU100实现参数在线监测控制，LE-BCD100智能控制，该系统采集蓄电池的参数并对这些数据进行处理和分析，以便实时查询。该系统装置带2路以太网、3路串行通信接口，支持CDT、MODBUS等协议。采用LE-BCD实现蓄电池容量监测，该系统可以快速、精准、稳定的实现恒流放电，具有完善的告警功能，蓄电池出现任何异常的情况下放出声光报警，并且该装置对外提供一路RS485/RS422串口，用于远程控制装置恒流放电的开始停止，同时将放电过程中的电压、电流、温度、警告等数据输出。

3 系统设计

系统设备中的LE-DIP60安装在电池架上，LE-BCD100安装于蓄电池架顶部钢板上，iBMU 100安装于蓄电池上方就近安装。电池经过LE-DIP60与iBMU100采集线与功能线连接到装置上，每根采集线在电池端都带有短路保护装置，将两根放电测试线连接到蓄电池组两个总极柱上。LE-DIP60可以查询所有实时数据、实时告警及告警记录，并能以表格、曲线、柱状图等形式直观实时显示、存贮。LE-BCD100与iBMU100与LE-DIP60配合使用。整个系统配置有专用的基于WINDOWS的监测软件，实现所有直流电源监测数据的监控和处理，也可以接入到第三方监测系统中，在统一的监测平台上显示。

3.1 LE-DIP60变电站电源监控主机

LE-DIP60变电站电源监控主机监测直流电源相关信息，智能控制容量单元进行核容实验，自动记录监测数据。主要对蓄电池的各个参数进行实时的监控和报警。可对单体电池和电池组的性能进行现场的检测，显示比较直观。全程采用智能化的操作防止人工操作的失误和安全风险。LE-DIP60变电站电源监控主机连接4路报警接点，支持在线更新，通讯口为2路以太网和6路串口，主要通过应接点、警告事项、指示灯进行报警。

3.2 LE-iBMU100蓄电池终端智能模块

LE-iBMU100蓄电池终端智能模块监控3节电池，检测的精度达到0.2%，内阻测量精度达到（2.5%±3μΩ），温度测量精度达到0.5℃，可以长久的实现大电流。通过RS485通讯方式连接，支持在线更新。每个模块采集的数据和处理信息通过智能管理系统的变电站电源监控主机进行集中管理和均衡，变电站电源监控主机对这些信息进行模糊化处理后，精确地协调所有的智能模块均衡工作，使整个电池组始终处于最佳的使用状态。

3.3 LE-BMS3000蓄电池组智能管理系统（下转第286页）

（上接第283页）该系统基于调度IEC61970标准CIM模型对运检对象建模，采用B/S+C/S混合架构设计，可分布式级联部署实现省市公司与地市公司的系统融合，也可集中式部署实现就地及局站的系统应用，系统除了常规数据监测管理功能之外，很好的将运维大数据与设备台账信息进行在线、离线分析。

4 总结

该系统在分析铅酸蓄电池原理基础上，针对变电站蓄电池运行中的问题，运用智能化的监测技术，在线实时监测变电站电池的运行情况，保障变电站蓄电池安全高效运行，为变电站蓄电池的管理提供了有力的技术支撑。

[责任编辑：杨玉洁]