0 引言
直流系统为发电厂电气二次回路中控制、信号、继电保护、自动装置等提供电源，对于发电厂的重要性不言而喻。直流系统主要由铅酸蓄电池组、充电装置、直流屏等组成[1-2]。然而，目前众多发电厂不能实时准确掌握铅酸蓄电池组的状态，突发事故时，蓄电池组的容量不能满足要求，造成事故扩大化。尤其是发电厂彻底失电后，引起机组断油烧瓦、一些设备超温超压等问题，造成设备严重损坏，甚至可能造成人身伤亡[3-4]。
针对上述问题，本文设计介绍一种铅酸蓄电池组状态监测系统，实时采集铅酸蓄电池组的电压、电流、内阻、温度等信息并上传DCS，对于异常数据进行报警，同时实时估算蓄电池剩余容量，为蓄电池组更换提供依据，保证蓄电池组状态良好，提高机组运行的安全性。
1铅酸蓄电池组状态监测系统研究
铅酸蓄电池组状态监测系统需要监测多个参数以评估电池组的状态，主要参数包括电池组的电压、电流、温度、容量等[5-7]。电压是评估电池组状态的主要指标之一，可以显示电池的充电和放电状态。电流则用于监测电池组的充放电过程，以便判断电池组的使用情况。温度是影响电池性能的重要因素之一，高温可能导致电池衰减，而低温可能降低电池的可用容量。容量是电池组可存储电能的指标，也是评估电池组健康状况的重要参数。
1.1 蓄电池数据采集
铅酸蓄电池组状态监测系统架构图如图1所示，采用二级架构，主要包括从控系统（BMU）和主控系统（BCU），实现电池单体、电池组的分级管理和控制。
电池单体管理单元，即从控系统（BMU），主要是实现电池单体电压、温度的采集，负责电池均衡策略的执行。信息采集经通信链路与主控系统（BCU）进行通信，采用菊花链通信方式，无需地址分配，依据菊花链通信特性，默认电池组正端第一个模块为1号，依次类推。
电池组控制管理单元，即主控系统（BCU），主要是实现电池组电压、电流、电池组绝缘信息的采集，电池组保护用接触器的控制，对从控系统（BMU）信息的采集，电池状态（SOX）估算等。信息采集后经通信链路与监测系统主机进行通信，采用CAN通信方式。
图1 系统框架图
1.2 蓄电池主要参数计算
1.2.1 电池内阻计算
本系统每隔一段时间，自动对蓄电池进行短暂放电，测量相关数据，计算蓄电池内阻，实现自动化测量，主要步骤如下：
1、在放电状态下，以恒流I1持续放电10S，并在最后记录电池电压U1；
2、立即将放电电流增大到I2，1S后记录电池电压为U2；
3、利用公式（1）计算出电池内阻。
（1）
1.2.2 电池SOC计算
SOC表示荷电状态，即剩余电量。SOC代表的是电池剩余电量情况，其取值范围为0～1，当SOC=0时表示电池完全放电，当SOC=1时表示电池完全充满。SOC是状态监测系统中最重要的参数，其他一切都是以SOC为基础的，所以它的精度和准确性极其重要。如果没有精确的SOC，加再多的保护功能也无法使监测正常工作，因为电池会经常处于被保护状态，更无法延长电池的寿命。SOC的估算精度也是十分重要的，精度越高，对于相同容量的电池，可以有更高的续航里
程。所以，高精度的SOC估算可以有效地降低所需要的电池成本。
本文采用安时积分法，把充入或流出电池的电流与时间进行积分，根据电池初始时刻的SOC值，就能得到在某t时刻电池内的剩余电量。
放电时：
（2）
充电时：
（3）
式中：
为电池初始状态下的值；
为电池的总电量；
为充放电电流。
安时积分法操作简单易行，运算量小，所以成为最为常用的一种SOC估算方法。但是，该方法最主要的问题在于，SOC估算精度严格依赖于电流传感器的精度。如果电流的测量值不准确，积分后过程误差会进行累积，导致最终的SOC估算误差越来越大，严重偏离真实值。采用满充修正和卡尔曼滤波进行修正。当电池按照规定的方式完成满充时，SOC修正至100%。当电池在充放电过程中，卡尔曼滤波实时修正SOC的累积误差。
1.2.3 电池SOH计算
根据同种型号电池的实验数据，可以得到循环次数与SOH的函数关系，即某时刻的SOH可以线性插值查循环寿命表，得到电池的循环寿命SOH值。蓄电池组状态监测系统实时统计电池的累积充放电量，计算出等效循环次数，根据电池的等效循环次数来确定其SOH值。
2 铅酸蓄电池组状态监测系统应用
为了验证铅酸蓄电池组状态监测系统的可行性，在某电厂进行安装应用。铅酸蓄电池组状态监测系统安装主要包括从控系统、主控系统、通讯系统、显示屏等安装，安装以后系统主界面图如图2所示。安装之后的调试主要是使其实现对蓄电池电压、电流、内阻、SOC、SOH以及异常告警记录等参数的监测和显示，以电压显示界面为例进行展示如图3所示。
图2 系统主界面图
图3 单体电压监测信息
通过在某电厂安装调试应用，结果表明该系统能够实现对蓄电池电压、电流、内阻、SOC、SOH以及异常告警记录等参数的监测和显示，验证了其可行性。同时该系统为运维人员全面掌握蓄电池状态提供可靠数据，提高了机组运行的安全性。
3 结论
本文设计介绍了一种铅酸蓄电池组状态监测系统，给出了蓄电池内阻、SOC、SOH参数的计算方法，并在某电厂实现应用。应用结果表明，该系统能够实现对蓄电池电压、电流、内阻、SOC、SOH以及异常告警记录等参数的监测和显示，为运维人员全面掌握蓄电池状态提供可靠数据，提高了机组运行的安全性。
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