一种变电站用蓄电池多功能控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种变电站用蓄电池多功能控制系统及其控制方法，其特点是，它包括电流采集模块，所述电流采集模块的输入端与电流传感器连接、输出端与A/D转换器的输入端连接；温度采集模块的输入端与温度传感器连接、输出端与A/D转换器的输入端连接；A/D转换器的输出端与CPU通过I/O接口连接；CPU还通过I/O接口分别与人机交互模块、放电负载和电压均衡模块连接，放电负载和电压均衡模块均分别与每一个单体蓄电池电连接。其控制方法包括蓄电池组均衡控制；蓄电池组SOC估算；蓄电池组内阻测量。

【技术实现步骤摘要】
一种变电站用蓄电池多功能控制系统及其控制方法
本专利技术涉及一种变电站用蓄电池多功能控制系统及其控制方法。
技术介绍
蓄电池由于性能稳定且具有价格优势而得到广泛应用：在风电及光伏等新能源的利用中，蓄电池可以作为储能系统用以平抑由于新能源不稳定所产生的波动功率；同时蓄电池还可以作为主电源为电动汽车提供动力支持；在电力系统中，蓄电池作为变电站直流系统的后备电源承担着直流系统的供电任务，对保证二次设备可靠运行亦有十分重要的作用。蓄电池组在实际应用中需要由各单体电池串联组合成蓄电池组。然而蓄电池组在实际运行中会出现使用寿命下降的情况，通过分析可知，长期处于浮充电状态的蓄电池组会出现各单体电池容量不一致的情况，而各单体电池一致性的差异则会引起串联蓄电池组整体性能下降，导致直流操作电源性能下降等问题，目前是通过定期对电池组深度放电及均充查出问题电池，此方法人为因素大，风险和成本较高；变电站直流系统突发事故需蓄电池组进行供电时，无法掌握蓄电池组剩余使用时间暨蓄电池组荷电状态(stateofcharge,SOC)，使得运行维护人员在突发事故中无可靠依据制定抢修计划，无法对应急预案体系建设提供准确参考信息；蓄电池内阻测量不便增加了运维人员定检工作的难度，并且蓄电池组失效判断不准确使得蓄电池组的更换无可靠依据，更换过早增加成本、更换过晚降低了直流系统的可靠性。人工神经网络算法具有以下四个特性：①网络自学习及自适应性：当人工神经网络的输入参数发生变化，可视为对人工神经网络增加新的网络学习样本，而人工神经网络可以通过网络的学习自动改变网络结构暨隐含层节点的连接权值，从而改变网络映射关系，进而得针对网络的输入量到期望的输出值。②非线性性：人工神经网络可以将学习结果存储于各层节点的连接权值中，进而可以对各种非线性映射进行实现。③鲁棒性与容错性：人工神经网络具有信息存储的分布性，因此局部数据不全或者畸变损害会使得人工神经网络的精度降低，但SOC估算的误差不会因此累加至估算后期，也不会产生灾难性的错误。因此研制一套变电站用蓄电池多功能控制系统及其控制方法，使之具备蓄电池组均衡、基于人工神经网络算法的蓄电池组SOC估算和内阻在线测量的多功能控制，是本领域技术人员一直想要解决，但迄今，尚未解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种变电站用蓄电池多功能控制系统及其控制方法，通过蓄电池组双向主动均衡电路以实现蓄电池组的双向主动均衡，提高均衡效率，减少能量浪费；在对蓄电池SOC进行估算时采用神经网络方法，应用神经网络对于多输入可以确定输出且不需要准确寻找其映射关系的特点，通过神经网络的训练进而实现对蓄电池组SOC精度更高的估算；应用直流放电法实现蓄电池组内阻的在线测量。本专利技术解决技术问题所采取的技术方案是：一种变电站用蓄电池多功能控制系统，其特征是：它包括电流采集模块、电流传感器、A/D转换器、CPU、温度采集模块、温度传感器、人机交互模块、放电负载和电压均衡模块，所述电流采集模块的输入端与电流传感器连接、输出端与A/D转换器的输入端连接；所述温度采集模块的输入端与温度传感器连接、输出端与A/D转换器的输入端连接；所述A/D转换器的输出端与CPU通过I/O接口连接；所述CPU还通过I/O接口分别与人机交互模块、放电负载和电压均衡模块连接，放电负载和电压均衡模块均分别与每一个单体蓄电池电连接。所述电压均衡模块为均衡控制电路，实现双向主动均衡；经过均衡策略的判断，当某节单体电池的容量相对电池组组内其他电池偏高时，启动该单体电池对应的均衡模块对该单体电池进行放电均衡；当某节单体电池的容量相对电池组组内其他电池偏低时，启动该单体电池对应的均衡模块对该单体电池进行充电均衡。所述CPU包括数据处理器、内部存储器以及I/O接口，数据处理器用于对输入的数据进行处理分析，内部存储器用于存储数据，I/O接口用于与外界进行信息交换，CPU内嵌蓄电池组状态分析数学模型、蓄电池SOC估算模型和直流放电法数学模型。所述电流采集模块通过电流传感器对蓄电池组的充放电电流进行采集。所述温度采集模块通过温度传感器对蓄电池组的温度进行采集。所述人机交互模块采用RS485通信方式，其主RS485用于与CPU通讯，其从RS485用于与蓄电池组的放电负载、电压均衡模块、温度采集模块、电流采集模块和电压均衡模块进行通讯。所述放电负载为直流放电法，即给蓄电池增加一个放电负载，能够通过放电负载测量蓄电池内阻。所述温度采集模块、电流采集模块、通讯模块、蓄电池组状态分析数学模型均为本领域人员公知的现有技术。本专利技术采用现有技术制造，所述CPU、电流传感器、温度传感器和A/D转换器均为现有技术的市售产品。一种变电站用蓄电池多功能控制系统的控制方法，其特征是：它包括蓄电池组均衡控制、蓄电池组SOC估算和蓄电池组内阻测量，具体如下：1)蓄电池组均衡控制CPU内嵌的蓄电池组状态分析数学模型，通过对蓄电池组电压、内阻及电压和内阻的离散度实时变化情况进行统计及分析，进而对蓄电池组每一时刻的状态加以判断，确定是否需要启动均衡控制程序，如需启动，则对处于过充电状态的单体蓄电池进行轻微的放电、对处于欠充电状态的单体蓄电池及时进行轻微的在线补充充电，使之与其他单体电池状态相同，以此实现在线对蓄电池组不均衡状态的单体蓄电池进行均衡控制；启动均衡控制程序是通过均衡控制电路，实现双向主动均衡；将串联使用的蓄电池组每6节蓄电池分为一组，以单体蓄电池组的单体电压、内阻及其离散度作为判据，选出每组蓄电池中最需均衡的单体蓄电池进行均衡，保证在任意时刻下每组通道中均有单体蓄电池进行均衡控制；当某节蓄电池容量偏低时，该节蓄电池所在组的控制模块可控制该组DC/DC模块通道打开并将所接电源的能量转移到该节蓄电池上，当某节蓄电池容量偏高时，则将该节电池能量通过DC/DC模块转移到所接电源上；整组蓄电池中的任意两节蓄电池可通过两个DC/DC模块进行均衡，取消了传统均衡控制电路中的均衡母线，均衡效率高、效果好；2)蓄电池组SOC估算①建立蓄电池组SOC估算模型选择蓄电池的工作电压、工作电流以及工作温度三个参数作为神经网络的输入并以蓄电池SOC作为输出，通过对蓄电池组工作参数的选择建立如公式(1)所示的蓄电池组SOC估算模型：SOC＝f(V,I,T)(1)式中：SOC为蓄电池荷电状态，V为蓄电池组工作电压，I为蓄电池组工作电流，T为蓄电池组工作温度；②收集数据归化将收集到的蓄电池组的电压、电流、温度以及SOC数据按等步长原则筛选出若干个组，将其归化处理到[0-1]之间，将所得数据的2/3作为网络的训练样本，另外1/3用于检测训练效果，作为网络估算模型的验证；其归化处理按照公式(2)进行：式中：Mi为测量数据，Mmin为样本数据中最小值，Mmax为样本数据最大值，M'i为归化后的数据；③对蓄电池组SOC进行在线估算采用BP神经网络对蓄电池组SOC进行在线估算，人工神经网络隐含层每个节点都有相应权值，在训练开始前需选择神经网络初始权值，通常情况选择零附近的极小值，并应保证隐含层正负初始权值数量各半；在网络训练过程中传递函数的选择至关重要，适当的传递函数可以加快收敛速度，提高收敛精度，在本系统中隐含层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变电站用蓄电池多功能控制系统，其特征是：它包括电流采集模块、电流传感器、A/D转换器、CPU、温度采集模块、温度传感器、人机交互模块、放电负载和电压均衡模块，所述电流采集模块的输入端与电流传感器连接、输出端与A/D转换器的输入端连接；所述温度采集模块的输入端与温度传感器连接、输出端与A/D转换器的输入端连接；所述A/D转换器的输出端与CPU通过I/O接口连接；所述CPU还通过I/O接口分别与人机交互模块、放电负载和电压均衡模块连接，放电负载和电压均衡模块均分别与每一个单体蓄电池电连接。

【技术特征摘要】
1.一种变电站用蓄电池多功能控制系统，其特征是：它包括电流采集模块、电流传感器、A/D转换器、CPU、温度采集模块、温度传感器、人机交互模块、放电负载和电压均衡模块，所述电流采集模块的输入端与电流传感器连接、输出端与A/D转换器的输入端连接；所述温度采集模块的输入端与温度传感器连接、输出端与A/D转换器的输入端连接；所述A/D转换器的输出端与CPU通过I/O接口连接；所述CPU还通过I/O接口分别与人机交互模块、放电负载和电压均衡模块连接，放电负载和电压均衡模块均分别与每一个单体蓄电池电连接。2.如权利要求1所述的一种变电站用蓄电池多功能控制系统，其特征是：所述CPU包括数据处理器、内部存储器以及I/O接口，数据处理器用于对输入的数据进行处理分析，内部存储器用于存储数据，I/O接口用于与外界进行信息交换，CPU内嵌蓄电池组状态分析数学模型、蓄电池SOC估算模型和直流放电法数学模型。3.如权利要求1所述的一种变电站用蓄电池多功能控制系统，其特征是：所述放电负载为直流放电法，即给蓄电池增加一个放电负载，能够通过放电负载测量蓄电池内阻。4.如权利要求1所述的一种变电站用蓄电池多功能控制系统，其特征是：所述人机交互模块采用RS485通信方式，其主RS485用于与CPU通讯，其从RS485用于与蓄电池组的放电负载、电压均衡模块、温度采集模块、电流采集模块和电压均衡模块进行通讯。5.如权利要求1所述的一种变电站用蓄电池多功能控制系统，其特征是：所述电压均衡模块为均衡控制电路，实现双向主动均衡；经过均衡策略的判断，当某节单体电池的容量相对电池组组内其他电池偏高时，启动该单体电池对应的均衡模块对该单体电池进行放电均衡；当某节单体电池的容量相对电池组组内其他电池偏低时，启动该单体电池对应的均衡模块对该单体电池进行充电均衡。6.一种变电站用蓄电池多功能控制系统的控制方法，其特征是：它包括以下部分：1)蓄电池组均衡控制；2)蓄电池组SOC估算；3)蓄电池组内阻测量。7.如权利要求6所述的一种变电站用蓄电池多功能控制系统的控制方法，其特征是：所述蓄电池组均衡控制是：在CPU内嵌入蓄电池组状态分析数学模型，通过对蓄电池组电压、内阻及电压和内阻的离散度实时变化情况进行统计及分析，进而对蓄电池组每一时刻的状态加以判断，确定是否需要启动均衡控制程序，如需启动，则对处于过充电状态的单体蓄电池进行轻微的放电、对处于欠充电状态的单体蓄电池及时进行轻微的在线补充充电，使之与其他单体电池状态相同，以此实现在线对蓄电池组不均衡状态的单体蓄电池进行均衡控制；启动均衡控制程序是通过均衡控制电路，实现双向主动均衡；将串联使用的蓄电池组每6节蓄电池分为一组，以单体蓄电池组的单体电压、内阻及其离散度作为判据，选出每组...

【专利技术属性】
技术研发人员：何大庆，陈志强，王建国，丁伟，权利刚，熊飞，王渤，张吉，刘旭，张松利，辛鹏，付君，董飚，孙振胜，迟作为，牛湘智，李介夫，刘诗，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网吉林省电力有限公司，国网吉林省电力有限公司吉林供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11