防蓄電池組硫化的智能化不間斷電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及防蓄電池組硫化的智能化不間斷電源系統(tǒng)。包括電池巡檢模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、精確對時模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊；所述電池巡檢模塊：包括A/D轉(zhuǎn)換器，檢測電池組電流方向的電流檢測裝置，檢測各電池端電壓的電壓檢測裝置，以及檢測電池組充電、放電時間的時間檢測裝置；數(shù)據(jù)傳輸模塊：包括和協(xié)議適配的串行接口，以及接收控制信號的接收裝置；精確對時模塊：包括時間服務(wù)器，時間服務(wù)器設(shè)置適配的B碼時間接口，通過接口發(fā)出的數(shù)據(jù)繼而和系統(tǒng)的日歷時間芯片對時；網(wǎng)絡(luò)接口模塊：包括TCP/IP模塊和網(wǎng)卡驅(qū)動模塊；人機界面模塊：包括LCD顯示模塊和鍵盤操作處理模塊。本發(fā)明提供了一種建立一個既穩(wěn)定可靠又便于維護升級的直流電源精細化管理系統(tǒng)。
【專利說明】防蓄電池組硫化的智能化不間斷電源系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)用的電源系統(tǒng)，具體的說涉及一種防蓄電池組硫化的智能化不間斷電源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]為保證智能電網(wǎng)高效、安全工作，滿足電網(wǎng)、通信網(wǎng)高可靠性及智能化等要求，所有變電站均配備直流不間斷電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由整流模塊、蓄電池組、監(jiān)控模塊組成。直流不間斷電源系統(tǒng)是一個獨立的電源，它不受發(fā)電機、廠用電及系統(tǒng)運行方式的影響，并在外部交流電中斷的情況下，保證由后備電源——蓄電池繼續(xù)提供直流電源。
[0003]在交流電網(wǎng)供電正常時，電池組始終處于浮充充電狀態(tài)，用電設(shè)備全部由主供電源或電網(wǎng)供電，即電池組處于完全后備狀態(tài)。當交流電網(wǎng)由于各種原因停電時，主供開關(guān)電源停止供電，電池組自動向用電設(shè)備供電，從而構(gòu)成不停電電源系統(tǒng)。一旦交流失電、后備電池損壞(容量不足)將造成電網(wǎng)事故。經(jīng)過十多年的運行考驗，用于直流電源的蓄電池經(jīng)歷了從普通鉛酸蓄電池、發(fā)展到干荷電電池、發(fā)展到免維護電池、發(fā)展到免維護鉛酸閥控密閉蓄電池。目前用于直流不間斷電源電源的蓄電池90%是免維護鉛酸閥控密閉蓄電池。
[0004]近年來電力、通信等部門所發(fā)生的若干重大事故調(diào)查發(fā)現(xiàn):由整流模塊損壞直接造成的故障很少，而大部份故障是在交流電網(wǎng)停電時，蓄電池組不能正常投入運行所造成。為了避免因電池故障造成的停電事故，依據(jù)《DL/T724-2000電力系統(tǒng)用直流電源裝置運行與維護技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定以及國家電網(wǎng)
[2004] 641號文件規(guī)定中《加強蓄電池組的運行管理和維護》的規(guī)定:各地采用了多種方法對電池組進行監(jiān)控、檢測以及壽命估算，其中最有效的方法就是電池組容量核對性試驗。但該方法實施比較麻煩和浪費:電池組放電需要脫離電源系統(tǒng)，造成電網(wǎng)不可靠；需要一臺專用的放電儀，以保證恒流放電和電池電壓的檢測；中、大型的操作電源或UPS系統(tǒng)的電池組有多達一百節(jié)以上的電池，放電接線工作量十分繁重，因此不可能經(jīng)常進行；蓄電池放電浪費大量電能。
[0005]目前，智能電網(wǎng)及通信網(wǎng)中直流不間斷電源系統(tǒng)常見的問題主要有:
I)蓄電池及充電設(shè)備的常見問題:a、電池內(nèi)部短路開路電壓明顯偏低，放電容量減少，其容量不能恢復，在浮充使用時其浮充電壓明顯偏低，此時必須及時更換電池。b、電池內(nèi)部有虛焊。C、電池內(nèi)部斷路。d、電池硫酸鹽化。e、電池外殼氣脹。
[0006]2)系統(tǒng)通信可靠性問題:a、無線通信模塊工作于高頻，及容易干擾其他電路，也容易受其他電路的影響山、電源管理控制策略。蓄電池的管理是完全受控于電源管理器，電池與輸入電源是備用關(guān)系。充分參考電池參數(shù)與特性定制以下充電控制原則:優(yōu)化充電過程，縮短充電時間；控制充電電流，無損傷充電；減少充電循環(huán)，延長電池壽命。
[0007]3)系統(tǒng)可維護性問題:電源管理系統(tǒng)必須是一個“可持續(xù)發(fā)展”的系統(tǒng)，要能對系統(tǒng)進行維護、擴充和升級。電源管理是一個完整的系統(tǒng)，它不僅包含對畜電池的電量檢測和充放電管理和設(shè)備提供標準電壓等級和定制電壓等級的電源輸出；還有人機交互的功能:實時檢測電源輸入、蓄電池電壓、充放電流等參數(shù)，自動完成電源管理過程，并將電源信息通過LCD顯示以便用戶及時了解設(shè)備狀態(tài)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明針對上述缺陷，目的在于提供一種建立一個既穩(wěn)定可靠又便于維護升級的直流電源精細化管理系統(tǒng)。
[0009]為此本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:包括電池巡檢模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、精確對時模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊；
所述電池巡檢模塊:包括A/D轉(zhuǎn)換器，檢測電池組電流方向的電流檢測裝置，檢測各電池端電壓的電壓檢測裝置，以及檢測電池組充電、放電時間的時間檢測裝置；
數(shù)據(jù)傳輸模塊:包括和電力系統(tǒng)相關(guān)協(xié)議適配的串行接口或者網(wǎng)絡(luò)接口，以及接收控制信號的接收裝置；
精確對時模塊:包括對現(xiàn)場時間服務(wù)器標準時間信息進行接收和解碼的時間服務(wù)器，時間服務(wù)器設(shè)置適配的B碼時間接口或網(wǎng)絡(luò)時間接口，通過接口發(fā)出的數(shù)據(jù)繼而系統(tǒng)的日歷時間芯片對時；
網(wǎng)絡(luò)接口模塊:包括TCP/IP模塊和網(wǎng)卡驅(qū)動模塊，其中TCP/IP模塊包括ICMP模塊、UDP模塊、IP協(xié)議模塊、ARP協(xié)力模塊和NTP協(xié)議模塊；
人機界面模塊:包括LCD顯示模塊和鍵盤操作處理模塊。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明采用在線實時傳感測量技術(shù)，通過對電池組主、備供階段的實時電壓巡檢，控制并調(diào)節(jié)整流模塊的輸出電壓，決定整流模塊的工作方式(在線充電或放電)，實現(xiàn)對電池組容量和性能的預警，對電池組進行定期活化，阻止其硫化過程，大大提高不間斷直流電源系統(tǒng)的可靠性并降低維護成本。所研制智能化不間斷直流電源系統(tǒng):采用在線充放電方式，替代原有通過專用放電儀定期放電方式；充電機、蓄電池組的交替?zhèn)溆?，實現(xiàn)了電池活化功能，阻止鉛酸蓄電池硫化過程，有效延長電池組壽命；通過自身負載對蓄電池放電，節(jié)省了數(shù)量可觀的放電電能；通過合理地選擇開關(guān)電源在后備階段的電壓，可保證即使電池組已損壞，不能進入電池主供狀態(tài)狀態(tài)，系統(tǒng)供電仍能正常運行，并迅速回到開關(guān)電源主供狀態(tài)和發(fā)出電池報警。滿足智能電網(wǎng)電源的要求。
[0011]本發(fā)明建立一種新的電池組備用模型:由電池組完全后備式變?yōu)橹鲃雍髠涫?，或稱:電池組、主供電源交替后備式，如圖一所示?；舅悸啡缦?(1)在未發(fā)生交流電網(wǎng)停電和主供電源故障的情況下，每30天左右，讓主供電源退出主供地位一次。
[0012](2)此時電池組成為主供，向在線的用電設(shè)備供電(放電)。因為用電設(shè)備的負荷基本是固定的，因此放電電流近似可看成恒流。
[0013](3)通過測量放電電流和放電時間，計算出放電容量(安時數(shù))。當放電容量達到電池組標稱容量三分之一時，讓開關(guān)電源恢復主供地位，電池組轉(zhuǎn)為充電狀態(tài)。
[0014](4)電池組主供期間，由于充電電壓已“撤消”。用電池巡檢儀檢測電池組總電壓和每節(jié)電池的端電壓，就可分辯出落后電池、容量不足電池、故障電池，從而采取必要的預防措施。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的模塊圖。
【具體實施方式】
[0016]I)電池巡檢模塊:
不斷啟動A/D轉(zhuǎn)換器把反映電池組電流大小的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并分析計算成電流值，如果電流是正方向(電池組處于充電狀態(tài))并且在放電時間間隔定時到達的時候，自動調(diào)低電池組充電機的輸出電壓到適當?shù)闹?，使電池組在線對直流負載放電(電池組作為直流供電系統(tǒng)的主供電源，充電機作為備用電源)；放電時軟件不斷檢測放電電流(負方向)和電池的端電壓，由放電電流乘以放電時間形成放電容量，此放電容量不斷的和設(shè)定的放電容量比較；如果放電完成(實際放電容量和設(shè)定放電容量相等)則恢復充電機的輸出電壓使充電機為主供電源，電池組轉(zhuǎn)為備用電源并進行充電；如果在放電過程中發(fā)現(xiàn)有電池的端電壓出現(xiàn)異常及容量出現(xiàn)問題，則立即恢復充電機為主供電源，電池組轉(zhuǎn)為備用電源并進行充電。
[0017](2)數(shù)據(jù)傳輸模塊:
電池組處于充電狀態(tài)時，數(shù)據(jù)傳輸模塊定時把電池巡檢模塊測得的電池組電流值數(shù)據(jù)組織一個符合電力系統(tǒng)相關(guān)協(xié)議(例如104協(xié)議、⑶T協(xié)議、IEC61850協(xié)議等)的數(shù)據(jù)包通過串行接口(RS232或者RS485)或者網(wǎng)絡(luò)接口向外傳送，遠方顯示終端顯示電池組的充電電流值；當電池組處于放電狀態(tài)時，數(shù)據(jù)傳輸模塊定時把巡檢模塊測得的放電電流、所有電池的端電壓和電池序號打包向外傳送，遠方顯示終端實時顯示電池組充電電流和每節(jié)電池的端電壓；在放電過程中，當巡檢模塊判斷有電池故障時，數(shù)據(jù)傳輸模塊立即組織一個含有故障狀態(tài)、故障電池序號和故障時間的數(shù)據(jù)包并發(fā)送出去。數(shù)據(jù)傳輸模塊分串口和網(wǎng)絡(luò)兩部分軟件，在實現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，還可以接收來自遠方的控制命令并解碼執(zhí)行，實現(xiàn)電池組操作的遠程控制。
[0018](3)精確對時模塊:
模塊軟件接收現(xiàn)場時間服務(wù)器的標準時間信息，解碼后實現(xiàn)系統(tǒng)的時間校準，使系統(tǒng)時間達到0.1秒的精度；由于時間服務(wù)器有多種輸出接口，對時模塊軟件有B碼時間解析和網(wǎng)絡(luò)時間解析兩部分，在時間服務(wù)器有B碼接口時優(yōu)先使用B解析軟件。B碼解析軟件接收時間服務(wù)器輸出的每秒一幀的含100個碼元的B碼脈沖，解碼后形成標準時間數(shù)據(jù)對系統(tǒng)的日歷時間芯片對時。在時間服務(wù)器沒有B碼脈沖輸?shù)怯芯W(wǎng)絡(luò)時間輸出接口的時候，網(wǎng)絡(luò)時間解析軟件定時組織并發(fā)送一包符合網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(NTP協(xié)議)的時間服務(wù)請求數(shù)據(jù)包向現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器發(fā)出時間服務(wù)請求，把收到的時間服務(wù)器的應(yīng)答數(shù)據(jù)包解碼形成標準時間數(shù)據(jù)對系統(tǒng)的日歷時間芯片對時。
[0019](4)網(wǎng)絡(luò)接口模塊:
卡驅(qū)動程序和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議程序兩部分組成。網(wǎng)卡驅(qū)動程序主要功能是對網(wǎng)卡芯片進行設(shè)置、發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包和接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包。初始化是設(shè)置網(wǎng)卡的工作方式、通信速度及網(wǎng)絡(luò)物理地址，在初始化完成后，如果檢測到有網(wǎng)絡(luò)連接則等待發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包。如果數(shù)據(jù)發(fā)送模塊有數(shù)據(jù)要通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，那么數(shù)據(jù)發(fā)送模塊把組織好的數(shù)據(jù)包交給TCP/IP協(xié)議模塊，TCP/IP協(xié)議模塊把數(shù)據(jù)進一步打包成符合網(wǎng)絡(luò)傳輸規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包后交給網(wǎng)卡驅(qū)動程序，網(wǎng)卡驅(qū)動程序把網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包加上網(wǎng)絡(luò)控制信息后填入網(wǎng)卡緩沖區(qū)并控制網(wǎng)卡把數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上；如果網(wǎng)卡驅(qū)動程序檢測到網(wǎng)卡收到了完整的數(shù)據(jù)包，則驅(qū)動程序把數(shù)據(jù)從網(wǎng)卡緩沖區(qū)讀出來，去掉物理控制信息交給TCP/IP協(xié)議程序進行數(shù)據(jù)解析。
[0020]TCP/IP協(xié)議程序分ICMP協(xié)議程序、UDP協(xié)議程序、IP協(xié)議程序、ARP協(xié)議程序和NTP協(xié)議程序幾部分。
[0021]ICMP程序負責網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)測試。如果本軟件系統(tǒng)所在的設(shè)備連接在網(wǎng)絡(luò)上，但是，工作人員不知道連接的質(zhì)量如何，那么工作人員可以使用計算機發(fā)送一包目的IP地址是本系統(tǒng)的IP地址的PING請求數(shù)據(jù)包，當本系統(tǒng)收到發(fā)給自己的PING數(shù)據(jù)包的時候，就發(fā)出一個應(yīng)答PING數(shù)據(jù)包，這樣的話，工作人員根據(jù)PING請求數(shù)據(jù)包和PING應(yīng)答數(shù)據(jù)包之間的時間延遲就可以判斷計算機和本系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)連接質(zhì)量如何。時間延遲越短，說明網(wǎng)絡(luò)連接質(zhì)量越好，反之，時間延遲越長，說明網(wǎng)絡(luò)連接質(zhì)量越差。
[0022]網(wǎng)卡驅(qū)動程序把收到的數(shù)據(jù)包交給IP協(xié)議程序，IP協(xié)議程序?qū)?shù)據(jù)包進行IP協(xié)議錯誤檢測，如果沒有錯誤則去掉IP協(xié)議控制塊信息，然后把數(shù)據(jù)包交給UDP協(xié)議處理；UDP協(xié)議在對數(shù)據(jù)包進行必要的UDP協(xié)議錯誤檢測后，去掉UDP協(xié)議控制塊信息，然后把數(shù)據(jù)交給NTP協(xié)議軟件或者交給數(shù)據(jù)傳輸模塊做進一步的處理。如果數(shù)據(jù)傳輸模塊有數(shù)據(jù)要通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，則把數(shù)據(jù)打包后交給UDP協(xié)議程序，UDP協(xié)議程序給數(shù)據(jù)包加上UDP控制塊信息并完成校驗計算后把數(shù)據(jù)包交給IP協(xié)議程序處理，IP協(xié)議程序給數(shù)據(jù)包加上IP控制塊信息并完成校驗計算后把數(shù)據(jù)包交給網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)送出去。
[0023]NTP (網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議)協(xié)議程序負責時間請求數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收時間服務(wù)器的時間應(yīng)答數(shù)據(jù)包的接收和解碼任務(wù)，如果對時模塊需要發(fā)送時間請求數(shù)據(jù)包，則把自己的當前時間交給NTP協(xié)議程序，NTP程序組織一包含有系統(tǒng)當前時間的時間請求數(shù)據(jù)包交給m)P程序處理；NTP程序在收到UDP程序提交的時間應(yīng)答數(shù)據(jù)包時，按照NTP協(xié)議格式進行解碼并做時間誤差補償計算，解碼得到的是自1900年起到當前時間的所有秒數(shù)，按照閏年和平年的算法把秒數(shù)換算成某年、某月、某日、某時、某分、某秒，把這些時間信息交給對時模塊實現(xiàn)系統(tǒng)時間校正。
[0024]ARP協(xié)議程序的作用是完成ARP表的初始化、網(wǎng)絡(luò)物理地址和網(wǎng)絡(luò)IP地址的相互映射。
[0025]在以太網(wǎng)中，一個主機要和另一個主機通信，必須要知道目標主機的MAC (物理)地址，要發(fā)送數(shù)據(jù)的主機就通過ARP協(xié)議獲得目標主機的MAC地址，ARP協(xié)議的基本功能就是通過目標設(shè)備的IP地址，查詢目標設(shè)備的MAC地址，以保證通信的順利進行。系統(tǒng)在每次加電運行的時候，都執(zhí)行一次ARP協(xié)議程序發(fā)送ARP請求數(shù)據(jù)包取得通信目標的MAC地址，完成ARP表的初始化，使所有目標通信設(shè)備的IP地址和MAC地址在本系統(tǒng)內(nèi)都有一個對應(yīng)關(guān)系，IP程序只要通過目標IP地址查詢系統(tǒng)的ARP表就可以取得目標設(shè)備的MAC地址。
[0026](5)人機界面模塊:
人機界面模塊主要完成各種系統(tǒng)工作參數(shù)的設(shè)置和測試結(jié)果的顯示，分LCD顯示程序和鍵盤操作處理程序兩部分。
【權(quán)利要求】
1.防蓄電池組硫化的智能化不間斷電源系統(tǒng)，其特征在于，包括電池巡檢模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、精確對時模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊； 所述電池巡檢模塊:包括A/D轉(zhuǎn)換器，檢測電池組電流方向的電流檢測裝置，檢測各電池端電壓的電壓檢測裝置，以及檢測電池組充電、放電時間的時間檢測裝置； 數(shù)據(jù)傳輸模塊:包括和電力系統(tǒng)相關(guān)協(xié)議適配的串行接口或者網(wǎng)絡(luò)接口，以及接收控制信號的接收裝置； 精確對時模塊:包括對現(xiàn)場時間服務(wù)器標準時間信息進行接收和解碼的時間服務(wù)器，時間服務(wù)器設(shè)置適配的B碼時間接口或網(wǎng)絡(luò)時間接口，通過接口發(fā)出的數(shù)據(jù)繼而和系統(tǒng)的日歷時間芯片對時； 網(wǎng)絡(luò)接口模塊:包括TCP/IP模塊和網(wǎng)卡驅(qū)動模塊，其中TCP/IP模塊包括ICMP模塊、UDP模塊、IP協(xié)議模塊、ARP協(xié)議模塊和NTP協(xié)議模塊； 人機界面模塊:包括LCD顯示模塊和鍵盤操作處理模塊。
【文檔編號】H01M10/42GK104135042SQ201410268874
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】薛劍鴻, 張堅, 徐浩 申請人:揚州一為自動化設(shè)備有限公司