周平，陸翔，席俞佳，歸宇

直流電源在線管理系統(tǒng)研究及應用

周平，陸翔，席俞佳，歸宇

研究了直流電源在線管理系統(tǒng)，系統(tǒng)由監(jiān)控裝臵、后臺管理系統(tǒng)和移動終端應用組成。系統(tǒng)的研發(fā)和應用，實現(xiàn)了直流系統(tǒng)健康狀態(tài)的實時監(jiān)測，解決了蓄電池的遠程在線充放電問題，完成了蓄電池的在線健康管理評估，降低了直流系統(tǒng)維護的時間成本和人工成本。通過在變電站直流系統(tǒng)內(nèi)的安裝使用，驗證了系統(tǒng)的功能和各項性能指標。

直流電源系統(tǒng)；蓄電池；在線管理

0 引言

直流電源系統(tǒng)是變電站、通信基站等重要基礎(chǔ)設(shè)施安全運行的基礎(chǔ)，蓄電池又是整個直流電源的最后一道屏障，但由于蓄電池內(nèi)在性能的復雜性及不可見性，是電源維護工作的難點。目前，容量放電實驗是檢驗蓄電池組剩余容量最準確的辦法，通常定期采用假負載離線放電法對電池組進行容量放電試驗，以了解蓄電池組的剩余容量，檢驗蓄電池組應急供電能力。然而，離線放電法存在若干弊端：1.蓄電池組長時間離線測試，造成直流供電系統(tǒng)蓄電池組后備時間縮短，容易引發(fā)動力中斷事故；2.恢復在線并聯(lián)操作時，因較大壓差引起大電流充電，損壞電池健康；3.能耗高，存在能源的極大浪費，同時有火災隱患；4.現(xiàn)場拆接線多，同時需要攜帶放電儀、充電機、備用電池組等多種設(shè)備，工作時間長，勞動強度大，蓄電池維護工作在落實困難；5.由于缺少對電池組實際容量準確的測試，同時又顧及到潛在的安全隱患，所以常常提前申請報廢更換新電池組來確保安全，致使對電池組的投資造成巨大的浪費。另外，目前尚缺少對于蓄電池組健康狀態(tài)的遠程在線監(jiān)測手段，無法實時掌握蓄電池的工作狀態(tài)，不能及時發(fā)現(xiàn)隱患并作出針對性的整改。近年來，有大量針對蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)的研究成果不斷發(fā)布[1-3]，但大都集中于蓄電池運行狀況的在線監(jiān)測，對于在線的充放電問題則研究較少。

基于上述分析，結(jié)合變電站直流系統(tǒng)實際使用需求，湖州供電公司聯(lián)合上海滬歌智能科技有限公司，共同研究設(shè)計了直流電源在線管理系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由三部分組成，分別是安裝于直流系統(tǒng)現(xiàn)場的在線監(jiān)控智能裝置、后臺管理系統(tǒng)及移動互聯(lián)網(wǎng)手機客戶端。系統(tǒng)的研發(fā)和應用，實現(xiàn)了直流系統(tǒng)健康狀態(tài)的實時監(jiān)測，解決了蓄電池的遠程在線充放電問題，完成了蓄電池的在線健康管理評估，可以大大降低直流系統(tǒng)維護的時間成本和人工成本。另外，由于系統(tǒng)的實施，對蓄電池實現(xiàn)了健康管理，延長了蓄電池的有效使用壽命，從而提高了資產(chǎn)使用率。通過在變電站直流系統(tǒng)內(nèi)的安裝使用，驗證了系統(tǒng)的功能和各項性能指標。

1 直流電源在線管理系統(tǒng)研究

系統(tǒng)的研究主要包括3個方面：

1.1 直流系統(tǒng)在線監(jiān)控裝置研制

直流系統(tǒng)在線監(jiān)控裝置是整個系統(tǒng)的核心，也是本文的主要研究內(nèi)容。裝置實現(xiàn)了蓄電池組的在線監(jiān)測和在線充放電管理。監(jiān)測數(shù)據(jù)通過通信接口上傳，為后臺管理系統(tǒng)提供直流系統(tǒng)的實時運行情況，管理系統(tǒng)基于這些原始數(shù)據(jù)，才能實現(xiàn)直流系統(tǒng)的健康狀態(tài)評估、遠程維護等功能。

1.1.1 裝置的系統(tǒng)架構(gòu)

1）裝置的功能模塊架構(gòu)，如圖1所示：

圖1 裝置功能模塊架構(gòu)

本裝置基于ARM平臺開發(fā)，內(nèi)含中控處理單元、高速采樣模塊、電源管理模塊、通信管理模塊、帶穩(wěn)壓的電流輸入輸出模塊及裝置投切模塊等。其中：

中央處理模塊以ARM9200為核心處理器，配合相應的外圍電路，組成了整個裝置的核心單元。中央處理模塊與其他模塊通過內(nèi)部串口聯(lián)系，完成整個裝置的運行和控制。

高速采樣模塊負責實時監(jiān)測蓄，電池組和單體的電壓、電流和溫度等基本信息，傳送到中央處理模塊進行計算存儲和分析。

電源管理模塊負責將裝置輸入的交流/直流電源通過AC/DC或 DC/DC轉(zhuǎn)換為中央處理模塊及其他模塊需要的3.6V，3.3V，5V等不同電壓進行供電。電源模塊的電磁兼容設(shè)計還具有防浪涌、群脈沖、電壓波動等保護功能，確保裝置各功能模塊的安全穩(wěn)定運行。

通信管理模塊，在中央處理模塊的控制下，通過 RJ45接口和串口，將裝置的監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)進行收發(fā)，實現(xiàn)與后臺管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

電流輸入輸出模塊是蓄電池充放電的直接執(zhí)行機構(gòu)，是裝置直流系統(tǒng)管理功能的最直接體現(xiàn)。通過監(jiān)測和跟蹤充電機的運行電壓、蓄電池的當前電壓，實現(xiàn)穩(wěn)壓和在線工作[4]。

裝置投切模塊受中央處理模塊控制，是裝置投入和脫出直流系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。

整個裝置以中央處理模塊為核心，其他功能模塊在中央處理模塊的控制下，完成各自功能，最終裝置的功能實現(xiàn)由中央處理模塊完成。采用嵌入式平臺，并且各功能均為模塊化設(shè)計，方便功能的擴展和系統(tǒng)的維護。

裝置各模塊的元器件均采用常規(guī)的工業(yè)級芯片，方便設(shè)計的同時可有效控制硬件成本。

2）裝置在直流系統(tǒng)中的接入方式如圖2所示：

圖2 裝置在直流系統(tǒng)的接線

工作原理如圖3所述：

圖3 裝置在直流系統(tǒng)中工作的基本原理

由圖2和圖3可知，裝置的基本工作原理可描述為：

1）將被測試電池組與裝置串接，保證該電池組始終處于在線狀態(tài)；

2）被測電池組以設(shè)定參數(shù)在線對實際負載放電，同時保持該支路與充電機輸出電壓等電位；

3）被測電池組放電結(jié)束后，裝置將使其在線充電恢復；

4）維護全過程實時數(shù)據(jù)上傳后臺管理系統(tǒng)，遠程實現(xiàn)蓄電池健康狀態(tài)（SOH）評估。

1.1.2 裝置的功能

1）裝置功能

裝置通過一鍵啟動，根據(jù)預先設(shè)定的參數(shù)，自動執(zhí)行電池充放電維護及數(shù)據(jù)處理流程，完成蓄電池組廠站端的維護工作，實現(xiàn)蓄電池健康判斷，替代傳統(tǒng)的蓄電池離線放電試驗。主要設(shè)計功能包括：蓄電池組及單體監(jiān)測功能、蓄電池維護功能、直流系統(tǒng)保護功能、與后臺管理系統(tǒng)通信功能、蓄電池健康評估功能、節(jié)能功能，電池組放電采用實際負載放電，電能被充分利用。

2）裝置的在線式充放電工作主流程

裝置的控制方式分為就地和遠程兩種，遠程控制由后臺管理系統(tǒng)發(fā)出指令，裝置開啟并依照安裝前調(diào)試固話好的維護參數(shù)進行放電和充電，并自動生產(chǎn)操作記錄。現(xiàn)場操作則放電和充電分步進行手動控制。具體如圖4所示：

圖4 充放電流程

1.2 直流系統(tǒng)遠程監(jiān)控平臺設(shè)計

直流系統(tǒng)遠程監(jiān)控平臺如圖5所示：

圖5 實時監(jiān)測

其功能由安裝在服務器上的監(jiān)控軟件來實現(xiàn)。監(jiān)控軟件采用跨平臺開發(fā)、云架構(gòu)設(shè)計方式來實現(xiàn)。平臺采用單 IP實現(xiàn)超過10000組裝置的接入規(guī)模，通過并發(fā)處理機制，實現(xiàn)區(qū)域化的直流系統(tǒng)管理功能。功能主要有：

1）用戶管理：系統(tǒng)設(shè)有多級用戶，分別為系統(tǒng)管理員、維護用戶和一般用戶，擁有不同權(quán)限。

2）設(shè)備管理：后臺主站系統(tǒng)采用云構(gòu)架設(shè)計，單IP地址組網(wǎng)便可接入10000組以上廠站端，實現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)蓄電池狀態(tài)監(jiān)測。

3）運行監(jiān)測：實時監(jiān)測蓄電池運行狀態(tài)：浮充、均充、維護，以及電壓、電流、溫度各項指標。

4）遠程維護：支持遠程啟動蓄電池組放電、充電、活化維護工作，同樣支持現(xiàn)場手動啟動，遠程維護過程監(jiān)測。

5）健康評估：根據(jù)單次維護數(shù)據(jù)的橫向?qū)Ρ?，單套蓄電池組的歷史數(shù)據(jù)對比，結(jié)合所在廠站的個性化負載情況，進行蓄電池健康分析和供電安全性判斷。

圖6 健康評估

6）報告報表生成：根據(jù)不同行業(yè)用戶的特殊需求，提供不同測試報告報表的訂制服務。

7）事件管理：對每個事件，系統(tǒng)都詳細記載了事件發(fā)生的時間、地點、設(shè)備、事件的詳細描述等，所有用戶都可進行所有事件查看、分類查看、按時間查看。對于異常數(shù)據(jù)和異常情況及時告警并記錄到數(shù)據(jù)庫中，報警采用窗口閃爍、語音、Email等方式。

1.3 手機客戶端開發(fā)

隨著智能手機的普及和我國移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，基于手機客戶端的應用軟件具有了良好的硬件支撐，簡單實用的APP軟件，可實現(xiàn)快速及時的信息傳遞，讓用戶時刻了解所轄設(shè)備的運行狀態(tài)[5]。本文采用Java技術(shù)，開發(fā)了與本系統(tǒng)對應的移動終端應用，實現(xiàn)服務器監(jiān)測數(shù)據(jù)10秒鐘傳到手機，實現(xiàn)設(shè)備管理、運行監(jiān)測、維護數(shù)據(jù)調(diào)閱、蓄電池健康評估等核心功能。部分功能界面如圖7所示：

圖7 APP界面

2 直流電源在線管理系統(tǒng)的應用

本文設(shè)計開發(fā)的直流電源在線管理系統(tǒng)，在國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司進行了實地部署和運行。系統(tǒng)的安裝應用，解決了離線放電法中蓄電池長時間脫離系統(tǒng)、操作復雜、并線打火、人員疲勞等安全隱患。同時解決了蓄電池現(xiàn)場巡檢、容量試驗工作量大的問題，將每年需要核對性放電試驗的蓄電池組減少95%以上，可有效減輕現(xiàn)場維護的工作量。

Research and Application on Online Management System of DC Power Supply Systems

Zhou Ping, Lu Xiang, Xi Yujia, Gui Yu
(Huzhou Power Supply Company of SGCC, Huzhou 313012, China)

The on-line management system of the DC power supply system is studied in this paper, It includes remote observation and control device, management system and APP for intelligent phones. The study and application of this system can make the following things be come true: real-time observation of the healthy condition of the DC power supply system, storage batteries remote on-line charge and discharge control and healthy estimate, Based on these functions the cost of time and human labors can be reduced significantly. proved The functions and performances are proved by the application of the system.

DC Power Supply System; Storage Battery; Online Management

TP311

A

1007-757X(2016)09-0064-03

周 平（1979-），蘭溪人，男，國網(wǎng)湖州供電公司，高工，研究方向：變電檢修管理 湖州313012陸 翔（1976-），湖州人，男，國網(wǎng)湖州供電公司，工程師，研究方向：繼電保護自動化專業(yè)管理工作 湖州31301席俞佳（1983-），湖州人，男，國網(wǎng)湖州供電公司，工程師，研究方向：變電運行管理，湖州 313012歸 宇（1981-），蘇州人，男，國網(wǎng)湖州供電公司，工程師，研究方向：變電站運維管理，湖州 313012