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1、智能蓄电池系统在电力调度自动化主站中的应用监测系统/蓄电池剩余/蓄电池内阻1 引言调度自动化系统由远动主站、分站和通信通道三部分组成。主站安装在调度自动化机房,分站安装在各变电站,通道将主站与分站有机地联系成一体。要想保证自动化系统稳定、可靠、连续运行,除自动化设备本身质量要过关外,还需要保证交流220V电源的连续供给,也就是说要给自动化系统配备不间断电源。当交流电源消失后,如系统事故或市电故障时,不间断电源将全部由蓄电池组提供。因此,蓄电池性能、质量的好坏直接影响到调度自动化系统主站是否能安全可靠运行,其性能好
2、坏的监测与判断已成为电力系统稳定、安全、可靠运行的关键。蓄电池作为一种便捷、安全的电源,为获得较高的电压,通常是把多节蓄电池串联起来工作。在运行一段时间后,由于单体蓄电池的特性差异,电池组中的个别电池性能或将变差、失效,造成整个蓄电池组的性能下降,进而导致整个系统安全、可靠性的降低。蓄电池作为一种化学反应装置,其电化学过程比较复杂,内部化学反应影响因素较多,出现问题时也不易及时发现。因此,要准确估计蓄电池组剩余电荷量和蓄电池故障诊断、健康排序都是相当复杂的过程[1]。2 蓄电池剩余电量常用监测方法目前监测蓄电池剩
3、余电量的方案最有代表性的有如下几种[2]:2.1 密度法通常蓄电池的使用性能与所选用的电解液密度有直接关系。在一定范围内,电解液密度增大,蓄电池容量亦随之增加,通过测量电解液的密度值,即可间接估计出其剩余电量。但随着蓄电池的使用,板栅和隔板的腐蚀会逐渐加剧,电解液的密度值也会与刚出厂时有较大的差异,缩短了蓄电池的寿命,从而导致用密度值推算剩余电量不再准确。同时由于目前的电源系统中大多采用的是阀控式铅酸蓄电池,这一方法也难以应用。2.2 开路电压法对铅酸蓄电池而言,在其性能完全稳定的时候,其开路电压与剩余容量间存在
4、很明显的线性关系,而且这种线性关系受环境温度以及蓄电池老化因素影响很小。因此,通过测量蓄电池的开路电压,就可以推算出蓄电池的剩余电量。开路电压的显著缺点是需要电池长时静置,以达到电压稳定,电池状态从工作恢复到稳定,需要几个小时甚至十几个小时,所以不大适合实时在线测量要求。2.3 电阻放电法通过对蓄电池施加一负载,计算单位时间内的蓄电池端电压变化率,根据变化率的大小推算剩余电量,变化量大意味着剩余电量小,否则反之。但是此种试验方法阻值跃变大,负载电流不能精细调节,因而误差也较大;并且为了实现在线测量,缩短测量时间,
5、需要对蓄电池大电流放电,而大电流放电对蓄电池将会产生严重损伤,严重影响电池的使用寿命。2.4 电导测量法电导测量是向蓄电池两端加一个已知频率和振幅的交流电压信号,测量出与电压同相位的交流电流值,其交流电流分量与交流电压的比值即为电池的电导。电导是频率的函数,不同的测试频率下有不同的电导值,在低频率下,蓄电池电导与蓄电池容量相关性很好,一般测量频率在20~30Hz之间,对大容量蓄电池,频率要低于10Hz。蓄电池的容量越小,蓄电池电阻越大,电导值越小。电导测量需通过放电来记录电池的电导随其容量变化的曲线,根据蓄电池厂
6、家提供出厂蓄电池的电导与放电的数据,以及蓄电池用户定时检测运行中电池的电导值,对照电导与容量的曲线查出电池实际容量。电导法能准确查出完全失效的蓄电池,根据大量的实验分析及研究结果证明,蓄电池的容量只有降低到50％时,电导会有所变化,降低到40％以后,会有明显变化,所以,根据蓄电池电导值可以在一定程度上确定蓄电池的性能。但是存在如下问题:但对于蓄电池的好坏程度,还不能提供准确的数据依据,不足以准确地测算出蓄电池的实际性能指标,尤其是容量指标。不能判断容量50％以上的蓄蓄电池的好坏。不能到达国标的要求。根据国家有关电
7、源维护规程以及蓄电池维护效果要求,蓄电池组荷电容量达不到80％便应整组淘汰。2.5 温度测量法除去电化学反应的吸热和放热外,由于蓄电池内阻的存在,使得蓄电池在充放电过程中,当有电流经过时,蓄电池内部会产生热量,这部分热量会使蓄电池的温度发生变化。在同样电流的条件下,蓄电池内阻不同,蓄电池内部产生的热量不同,蓄电池的温度就不同。蓄电池温度测量是在蓄电池负极柱根部安置温度传感器,通过测量在线蓄电池的温度,找出温度异常的蓄电池。这实际上是将蓄电池的阻值通过温度间接地反映出来,避免了因接触电阻而造成的误差。研究表明:无论
8、是恒流放电,或限压恒流充电,或浮充状态,荷电量最小的蓄电池温度为最高。该方法因其测试简便和测试结果的直观性受到一定的重视。2.6 内阻法研究表明,电池的内阻与荷电程度之间有较高的关联性,通过测量电池内阻可较准确地预测其剩余电量。蓄电池完全充电(充满)和完全放电(放完)时,其内阻相差2~4倍。随着电池充电过程的进行,内阻逐步减小;随着放电过程的进行,内阻逐步增大。另外,在蓄
