苗雪飛+徐宏+周青睞+金海松+劉書涵+胡遨洋+沈偉偉

隨著電力需求的不斷提升，為了使得UPS蓄電池的使用更加安全可靠，我們進(jìn)行了智能監(jiān)測機(jī)柜的研發(fā)。本文對其運(yùn)行模式和常見的故障處理進(jìn)行探討，為其進(jìn)一步發(fā)展與演進(jìn)提供了創(chuàng)新的思路。

概述

目前，我國的電能浪費(fèi)情況比較嚴(yán)重，在配電和用電等環(huán)節(jié)都可能會(huì)造成電網(wǎng)無法進(jìn)行高效率的運(yùn)行，造成供需不夠平衡，引起嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。文獻(xiàn)中指出，解決這些問題的主要方法就是通過合理有效的算法來對于負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化。但是我國對于這方面的研究還不多，為了使得發(fā)電負(fù)荷和損耗之間能夠保持動(dòng)態(tài)平衡，需要建立更加科學(xué)的模型，以此來使得用戶的需求得到滿足，電力系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性也不會(huì)隨著外界的干擾而引起嚴(yán)重的變化。

在過去的電力系統(tǒng)中，主要采用發(fā)電機(jī)的功率調(diào)整來實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的平衡運(yùn)轉(zhuǎn)。但是在智能電網(wǎng)中這樣是無法進(jìn)行的，因?yàn)榉植际降碾娫刺嗔耍鼘τ诃h(huán)境的因素變化是非常敏感的。如果系統(tǒng)無法做到它們之間的相互平衡，就可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，引起電機(jī)燒毀或者是大區(qū)域的停電，給國民經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重的損失。這就需要電力系統(tǒng)供電的設(shè)備，有一定的電能儲(chǔ)存量，但是如果電儲(chǔ)存量較大，不僅在技術(shù)上有難度，也會(huì)使得整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行，效率降低。最好方法就是采用一些分布式的儲(chǔ)能元件，對電能進(jìn)行存儲(chǔ)，隨時(shí)可以進(jìn)行放出，解決供需之間的不平衡關(guān)系，實(shí)現(xiàn)資源的合理優(yōu)化調(diào)配。為了避免對城市的電網(wǎng)造成波動(dòng)，管理人員可以采用這種機(jī)柜智能監(jiān)測方式，對于儲(chǔ)能設(shè)備的充電時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行有效的控制。結(jié)合不同儲(chǔ)能設(shè)備的充電參數(shù)，可以通過分層的優(yōu)化模型，來使得電網(wǎng)的運(yùn)行更加的科學(xué)與有效。它可以根據(jù)儲(chǔ)能設(shè)備的充電信息，進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從后臺(tái)對供電提供建議，從而達(dá)到節(jié)約能源，降低損耗的目的。

同時(shí)，這樣可以使管理者也能及時(shí)地了解到城市供電的情況，為電網(wǎng)進(jìn)行下一步有效配置打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。所以，這樣來看，在儲(chǔ)能設(shè)備的普及率不同時(shí)，儲(chǔ)能設(shè)備對于配電網(wǎng)有著不同的影響，在儲(chǔ)能設(shè)備普及率較低的時(shí)候，儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行充電可以將線路的運(yùn)行效率提升，總損耗也較少。但是，如果儲(chǔ)能設(shè)備普及率比較高時(shí)，就會(huì)使得整條線路上的電流過大，也會(huì)相應(yīng)的影響損耗，變壓器和線路的時(shí)候都會(huì)較高，這樣整條線路的運(yùn)行成本非常高，同時(shí)也會(huì)影響到電網(wǎng)正常的供電，所以對于儲(chǔ)能設(shè)備的充電量要進(jìn)行控制，使其不會(huì)威脅到整個(gè)配電網(wǎng)的運(yùn)行。在發(fā)電和輸電的過程當(dāng)中，能夠?qū)τ陔娋W(wǎng)進(jìn)行資源的調(diào)配，使其進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的智能管理，有利于智能電網(wǎng)克服當(dāng)前所面臨的一些困難與挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，提升供求的平衡性。

UPS蓄電池智能監(jiān)測機(jī)柜的運(yùn)行模式分析

設(shè)計(jì)思路

現(xiàn)有通信機(jī)房UPS電源柜為普通機(jī)柜，配電只是簡單的pdu及家用配電箱，甚至部分插排是家用的且不符合要求的插滿各式各樣的負(fù)載，容量高低不等，安全隱患很大，且無預(yù)留空開做擴(kuò)容，要整體改造程序復(fù)雜花費(fèi)巨大；電池檢測方面，現(xiàn)有高特電池單體電壓組壓監(jiān)測裝置，但該系統(tǒng)幾乎在幾個(gè)營業(yè)廳中都是擱置的，沒有使用起來，由于系統(tǒng)缺乏維護(hù)更新，監(jiān)測內(nèi)容也無法查看，即使查看到也是簡單的電壓參數(shù)沒有詳細(xì)的能反映電池性能的內(nèi)阻參數(shù)；資源浪費(fèi)且無應(yīng)用價(jià)值；電池柜各不統(tǒng)一，部分還有全封閉的柜體，由于密閉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電池的散熱無法有效排出與機(jī)房空調(diào)的冷氣對換，造成柜內(nèi)溫度居高不下，嚴(yán)重影響電池散熱，加大電池故障報(bào)廢率，且電池?cái)?shù)量無法擴(kuò)充調(diào)整，往往因?yàn)閿U(kuò)容電池?cái)?shù)量或者規(guī)格而需要更換整個(gè)柜子。

電池是其中一個(gè)重要組成部分，電池的好壞直接影響負(fù)載供電的時(shí)間，所以對電池影響的柜體也是直接影響安全供電的因素之一。同時(shí)，利用相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等算法，來實(shí)現(xiàn)函數(shù)的近似與優(yōu)化，這樣就能對于系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，這里主要是采用貝爾曼的優(yōu)化方式來進(jìn)行更新的。蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)可以用對企業(yè)內(nèi)外的信息進(jìn)行預(yù)測與管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的高效經(jīng)營。蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)可以通過過去的信息，來對將來的發(fā)展情況進(jìn)行預(yù)期，同時(shí)可以高效地進(jìn)行整體化的優(yōu)化與安排，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)可以利用計(jì)算機(jī)硬件和軟件共同來為客戶的需求進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)企業(yè)運(yùn)行方面的輔助決策。蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)是較為復(fù)雜的系統(tǒng)，而且它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫管理運(yùn)籌方面的高尖端技術(shù)，是一門交叉程度非常高的學(xué)科，它可以為企業(yè)的經(jīng)營管理與相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與處理，提供一定的依據(jù)。蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)主要可以用計(jì)算機(jī)來對于各種情況進(jìn)行模擬分析，通過以前的數(shù)據(jù)來對未來的情況進(jìn)行輔助判斷，這就有利于企業(yè)對將來進(jìn)行規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的高效運(yùn)營。蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)主要以人為主體，利用計(jì)算機(jī)的硬軟件相結(jié)合，對于信息進(jìn)行收集與加工，以使得其能夠滿足我們的安全需要，同時(shí)對于企業(yè)的高層管理人員能夠更好的進(jìn)行決策，避免風(fēng)險(xiǎn)。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

柜體通體四周采用網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，便于電池的有效散熱；后門兩側(cè)立有可掀開式封閉走線槽，左右強(qiáng)弱電分離，讓線纜管理更為合理；整個(gè)電源系統(tǒng)配電采用集中配電單元，安裝于柜頂部1-6u空間內(nèi)，很好地利用電池?cái)[放后的剩余空間（電池與設(shè)備間有層板隔離）；內(nèi)部包含主設(shè)備及監(jiān)控系統(tǒng)等輔助設(shè)備的供電保障；核心部件為蓄電池的監(jiān)控管理系統(tǒng)主機(jī)，主機(jī)通過19英寸標(biāo)準(zhǔn)安裝面板嵌入于機(jī)柜內(nèi)，設(shè)備實(shí)現(xiàn)以下功能：監(jiān)測功能：在線實(shí)時(shí)監(jiān)測的蓄電池組的：運(yùn)行狀態(tài)，組端電壓、充放電電流、單體電壓、電壓均衡度、電池組剩余容量。內(nèi)阻檢測功能：在線一鍵測試整組電池的內(nèi)阻?？焖偃萘抗浪愫褪Ｓ嗳萘勘O(jiān)測功能：結(jié)合安時(shí)（AH）計(jì)法、內(nèi)阻法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、卡爾曼過濾器法等建立科學(xué)的蓄電池剩余容量_ SOC_數(shù)學(xué)模型，通過約20min的短時(shí)間放電，同時(shí)把電壓、電流、充放電時(shí)長等相關(guān)數(shù)據(jù)輸入數(shù)學(xué)模型快速準(zhǔn)確估算出電池組剩余容量。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能：系統(tǒng)配備SD卡和USB接口直接將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SD卡或U盤節(jié)省數(shù)據(jù)導(dǎo)出時(shí)間，充電數(shù)據(jù)、放電數(shù)據(jù)和報(bào)警過程數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類單獨(dú)存儲(chǔ)，有利于數(shù)據(jù)檢索和分析利用，存儲(chǔ)空間至少可能存儲(chǔ)5年以上監(jiān)測數(shù)據(jù)。很好改善了現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測參數(shù)不足，以及運(yùn)維人員的安全便捷維護(hù)提供可靠安全參數(shù)保障。該監(jiān)控系統(tǒng)集成了會(huì)計(jì)學(xué)、數(shù)學(xué)等方面的重要知識(shí)，同時(shí)也可以將其利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等，因此，它是一門交叉學(xué)科，從社會(huì)技術(shù)的角度來看，信息管理系統(tǒng)和組織結(jié)構(gòu)之間有著相互影響的關(guān)系，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)組織架構(gòu)發(fā)生一定的變化，而現(xiàn)在的組織結(jié)構(gòu)也會(huì)對于該監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)造成一定的影響。

運(yùn)行模式

智能監(jiān)測機(jī)柜也是一個(gè)巨大的生態(tài)系統(tǒng)，每個(gè)政策對于其中相關(guān)技術(shù)的發(fā)展都有著極為重要的影響，比如說信息通訊技術(shù)以及新能源等就對于智能監(jiān)測機(jī)柜的電能運(yùn)輸與管理產(chǎn)生了極為重要的影響，在全球范圍內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)越來越受到重視，但是，大數(shù)據(jù)管理方面的研究還沒有系統(tǒng)化，各個(gè)方向的專家正在對其進(jìn)行廣泛研究，同時(shí)在智能監(jiān)測機(jī)柜中應(yīng)用大數(shù)據(jù)是極為重要的，可以對其進(jìn)行有效的系統(tǒng)化管理。需要讓其可以進(jìn)行有線和無線通訊，相互結(jié)合，能夠統(tǒng)一指揮的一個(gè)大系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng)可以獨(dú)立工作，也能夠在上級的指揮下進(jìn)行統(tǒng)一安排，這樣就實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的高效管理。智能監(jiān)測機(jī)柜需要一定的儲(chǔ)能技術(shù)，同時(shí)智能監(jiān)測機(jī)柜的廣泛應(yīng)用也會(huì)對智能監(jiān)測機(jī)柜的電力配送與管理產(chǎn)生一系列的影響。智能監(jiān)測機(jī)柜系統(tǒng)主要可以用計(jì)算機(jī)來對于各種情況進(jìn)行模擬分析，通過以前的數(shù)據(jù)來對未來的情況進(jìn)行輔助判斷，這就有利于電力企業(yè)對將來進(jìn)行規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)的高效運(yùn)營。智能監(jiān)測機(jī)柜系統(tǒng)主要以人為主體，利用計(jì)算機(jī)的硬軟件相結(jié)合，對于信息進(jìn)行收集與加工，以使得其能夠滿足我們的安全需要，同時(shí)對于企業(yè)的高層管理人員能夠更好的進(jìn)行決策，避免風(fēng)險(xiǎn)。

UPS蓄電池智能監(jiān)測機(jī)柜的故障處理

常見故障

電池老化原因：蓄電池長期浮充，造成活性物質(zhì)鈍化，電解液固化；均充頻繁，造成電解液干涸、極板柵格腐蝕；大電流充電或過放電，造成極板變形、硫化等問題，導(dǎo)致電池容量降低甚至失效，給電機(jī)啟動(dòng)、通訊造成安全隱患。鎳鎘電池由于長期頻繁使用電解液比重不斷增加，浮充電流加大，因此電極腐蝕更為迅速，電極腐蝕也會(huì)消耗氧氣，從而使電解液變干，這是鎳鎘電池特有的故障。當(dāng)電池的實(shí)際容量下降到其標(biāo)稱容量的90%以下時(shí)，電池便進(jìn)入衰退期。當(dāng)電池容量下降到標(biāo)稱容量的80%以下時(shí)，便進(jìn)入急劇的衰退狀態(tài)，這時(shí)電池已存在事故隱患。當(dāng)電池容量下降到標(biāo)稱的70%以下時(shí)，電池已達(dá)到報(bào)廢狀態(tài)。

處理方案

蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)采用直流放電多循環(huán)內(nèi)阻在線測試技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)包含了在線測試技術(shù)、特征點(diǎn)高速捕捉及多重保護(hù)及自檢功能，完全有效解決了在線、安全、準(zhǔn)確測量蓄電池內(nèi)阻的技術(shù)難題。測試過程無須將UPS與蓄電池組斷開，不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，測試不受UPS紋波及外界環(huán)境干擾，測量結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定。電壓檢測采用16位并行A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，無開關(guān)或繼電器切換，實(shí)現(xiàn)了高速及高穩(wěn)定采集，精度可高達(dá)0.1%。采集單元前后級采用了光電隔離，避免前端對后端電路的干擾，保證系統(tǒng)安全可靠。另外采用了先進(jìn)方便的較準(zhǔn)技術(shù)，通過后臺(tái)軟件即可對每路電壓采集電路進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，無需對硬件進(jìn)行任何操作。

結(jié)論

蓄電池智能監(jiān)控系統(tǒng)從出現(xiàn)以來，已經(jīng)呈現(xiàn)多元化發(fā)展，從最初階段的模擬、數(shù)字監(jiān)控等系統(tǒng)，逐步邁向現(xiàn)在的全網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控等系統(tǒng)。根據(jù)融合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，當(dāng)前建設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)逐步邁向互聯(lián)網(wǎng)化，也蘊(yùn)含著更高信息化的條件，但會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)狀況、存儲(chǔ)情況等諸多因素的制約，針對這樣的情況，該系統(tǒng)的發(fā)展與提升密切聯(lián)系著存儲(chǔ)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等系統(tǒng)的發(fā)展。使用UPS蓄電池智能檢測機(jī)柜可以有效地對于電網(wǎng)中的問題進(jìn)行解決，有利于實(shí)現(xiàn)高效的電能傳輸與使用，因此我們應(yīng)當(dāng)做好其檢測與優(yōu)化，使其能夠更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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（作者簡介：苗雪飛，徐宏，周青睞，金海松，劉書涵，胡遨洋，沈偉偉，國網(wǎng)浙江桐鄉(xiāng)市供電公司。）