一种蓄电池组脱离直流母线的在线监测系统的制作方法

1.本实用新型涉及蓄电池组运维监测技术领域，特别是指一种蓄电池组脱离直流母线的在线监测系统。


背景技术：

2.保证任何情况下的正常供电，是各行各业稳定发展的重要基础。某些特殊情况下，如果出现工业电网不能正常供电的情况，则会造成整个直流系统失去电源，尤其是一些主要的保护、监测，控制回路等设备无法工作。为此，除工业电网正常供电外，还需配备备用供电系统，而蓄电池组是备用供电系统的核心组成部分，可以为供电系统中的控制、监测、合闸等回路和设备提供实时的后备供电电源。为了确保整个工业电网的安全性和可靠运行性，电力系统中需要定期监测并监控工业电网系统是否安全运行，因此对蓄电池组是否脱离直流母线进行在线监测就具有了十分重要的意义。
3.鉴于蓄电池组在直流变电系统中的重要性，近年来随着电子以及微芯行业的迅速发展，各行各业逐渐增加了对蓄电池组的管理和在线维护，以及实时监测反馈。针对蓄电池组脱离直流母线的在线监测，部分现有的技术方案已经存在了，目前市场上在线监测蓄电池组脱离直流母线大部分采用的是电压比较法和电流大小判断法，但相对来说，都是优缺点各异，待完善和提高的空间依然存在。
4.电压比较法：顾名思义，电压比较法就是通过比较电压大小的方式，判断出蓄电池组是否有脱离直流母线的异常现象。该技术方案分别将直流母线上的电压和蓄电池组的端电压连接到采集模块，再将采集模块连接到ad转换模块，然后ad转换模块连接至单片机，由单片机采集ad转换模块的数据，从而计算出直流母线电压与电池组端电压，再计算出二者的差值。单片机内部程序已经设置好的阈值参数与该计算出的差值做比较，当设置好的阈值参数小于计算出的差值，单片机就会输出告警信号给告警单元。电压比较法的不足在于：由于蓄电池组和直流母线存在不同的故障特性，当蓄电池组微开路时，直流母线和蓄电池组上的电压差很小，电压比较法很难精准定位判断到微开路故障。电压比较法会存在局限性和不足性，不能完全发现所有类型的故障，无法区分蓄电池开路故障和脱离母线故障等不足。
5.电流大小判断法：顾名思义，电流大小判断法就是通过判断电流的大小，确定蓄电池组是否有脱离直流母线的异常现象。将蓄电池组浮充电流连接到电流传感器模块，再将电流传感器模块连接到ad转换模块，然后ad转换模块连接到单片机，单片机就完成了对蓄电池组浮充电流的采集，通过内嵌程序计算出蓄电池组浮充电流的大小。单片机根据蓄电池组浮充电流的大小确定蓄电池组是否有脱离直流母线的异常现象，如果有异常现象存在，则输出告警信号给告警单元。电流大小判断法的不足在于：电流大小判断法单从理论和方式上来说是简单可行的，但实践中却有很多受限的地方。原因是当蓄电池组浮充电流很小时，达到毫安甚至微安培级别时，由于电流传感器模块的精度受限，该技术方案要实现采集双向极小电流、甚至接近零电流是很难实现的。另外就是不同的直流供电系统配备了不
同的蓄电池组，蓄电池组的性能参数、容量差异也导致了浮充电流的差异性和不一致性，所以电流大小判断法判定结果的误差率也不能保证。
6.组压结合电流大小判断法的原理是通过蓄电池组压采集模块采集蓄电池组压，蓄电池浮充电流经过电流传感器转换成电压输出信号，该信号经过蓄电池浮充电流采集模块输出模拟量信号，然后经过ad转换模块输出数字量，该数字量信号传递至主控制器完成蓄电池组浮充电流的采集，主控制器根据采集到的蓄电池组压和蓄电池组浮充电流综合判断出蓄电池组是否脱离直流母线故障，若发生脱离故障则由告警模块输出告警信号。
7.信号注入法的原理是采用将特征信号注入的方式进行检测，该方法要求检测装置配备特征信号发生器和特征信号检测器，然而特征信号发生器和检测器的设计相对复杂，对元器件精度要求较高，并且将特征信号注入直流系统，会让直流系统产生纹波，影响直流系统的稳定性。
8.通信调压法的原理是故障监测装置与集中监控器通信，故障监测装置通过调低直流母线电压让蓄电池放电，或通过调高直流母线电压让蓄电池充电，同时测试蓄电池充电回路电流或放电回路电流，依据电流变化情况判断蓄电池是否存在脱离母线的故障；这种方法需要与其他设备通信，工作协调难度大，且不能频繁改变直流系统母线电压，存在测量周期间隔时间长和时效性低的问题。
9.二极管调压法的原理是在充电机与直流母线之间的回路增加二极管和控制开关的并联回路，通过控制开关投入二极管，以降低母线电压让蓄电池组放电，同时测试蓄电池回路放电电流，依据电流变化情况判断蓄电池是否存在脱离母线的故障；这种方法需要在直流系统主回路中增加器件，加大了系统的不可靠性，同样不能频繁改变直流系统母线电压，存在测量周期间隔时间长和时效性低的问题。
10.负载法电流法的原理是在蓄电池端投入负载放电，同时检测负载电流来自充电机和蓄电池的比例，分析并判断蓄电池是否存在脱离母线的故障；这种方法需要投入负载，且不能频繁投入，同样存在测量周期间隔时间长和时效性低的问题。


技术实现要素：

11.本实用新型针对现有的蓄电池组脱离直流母线测量方法精确度不高和时间较长且时效性较低的问题，提出了本实用新型。
12.为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：
13.一种蓄电池组脱离直流母线的在线监测系统，包括：系统直流母线、蓄电池组、主机测量单元以及报警指示灯指示单元。
14.系统直流母线的正母线与蓄电池组的正极相连接，构成正极回路，系统直流母线的负母线与蓄电池组的负极相连接，构成负极回路。
15.主机测量单元与正极回路以及负极回路相连接。
16.报警指示灯指示单元与主机测量单元相连接。
17.可选地，主机测量单元包括正极主机测量单元以及负极主机测量单元。
18.可选地，正极主机测量单元与正极回路相连接，用于测量正极回路上的电压压差。
19.负极主机测量单元与负极回路相连接，用于测量负极回路上的电压压差。
20.可选地，正极主机测量单元包括正极差分电路、正极放大电路、正极比较电路以及
正极硬件阈值电路。
21.正极差分电路，用于对正极回路上的电压压差进行采集并放小。
22.正极放大电路，用于对采集并放小后的正极电压压差进行放大转换，得到正极转换后的数值。
23.正极比较电路，用于将正极转换后的数值与正极设定的硬件阈值作比较，得到正极回路上的电压压差的比较结果。
24.正极硬件阈值电路，用于为正极比较电路设定硬件阈值。
25.可选地，负极主机测量单元包括负极差分电路、负极放大电路、负极比较电路以及负极硬件阈值电路。
26.负极差分电路，用于对负极回路上的电压压差进行采集并放小。
27.负极放大电路，用于对采集并放小后的负极电压压差进行放大转换，得到负极转换后的数值。
28.负极比较电路，用于将负极转换后的数值与负极设定的硬件阈值作比较，得到负极回路上的电压压差的比较结果。
29.负极硬件阈值电路，用于为负极比较电路设定硬件阈值。
30.可选地，报警指示灯指示单元包括正极报警指示灯以及负极报警指示灯。
31.可选地，正极报警指示灯与正极主机测量单元的正极比较电路相连接，用于根据正极回路上的电压压差的比较结果，在蓄电池组的正极脱离直流母线时进行报警。
32.负极报警指示灯与负极主机测量单元的负极比较电路相连接，用于根据负极回路上的电压压差的比较结果，在蓄电池组的负极脱离直流母线时进行报警。
33.本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
34.上述方案中，主机测量单元采用测量蓄电池组正负极回路上的电压压差，即使压差为0或者接近于0，也可以被精准测量到，测量范围不受限制。
35.本实用新型主机测量单元将被测的电压压差通过差分电路放小后，再经过放大电路转换，将转换后的数值与硬件设定的阈值作比较，整个过程测量时间短，测量值稳定且精度高；满足现代运维管理监控电池组理念，能快速发现潜在问题并及时处理。
36.本实用新型提出一种蓄电池组脱离直流母线的在线监测方法，整个测量过程无需cpu进行干预，也无需底层程序控制，大大减小了电路设计成本和信号采集便捷性。
附图说明
37.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1是本实用新型蓄电池组脱离直流母线的在线监测系统框图；
39.图2是本实用新型蓄电池组脱离直流母线在线监测的原理介绍图；
40.图3是本实用新型主机测量单元功能模块图；
41.图4是本实用新型报警指示灯指示单元功能模块图。
具体实施方式
42.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
43.除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
44.需要说明的是，本实用新型中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
45.如图1所示，本实用新型实施例提供了一种蓄电池组脱离直流母线的在线监测系统，包括：系统直流母线、蓄电池组、主机测量单元以及报警指示灯指示单元。
46.其中，系统直流母线的正母线与蓄电池组的正极相连接，构成正极回路，系统直流母线的负母线与蓄电池组的负极相连接，构成负极回路。
47.一种可行的实施方式中，如图2所示，蓄电池组的正极回路和负极回路是指直流系统正母线到蓄电组池正极(l2)、直流系统负母线到蓄电池组负极(l1)这两条回路。
48.可选地，主机测量单元与正极回路以及负极回路相连接。
49.可选地，主机测量单元包括正极主机测量单元以及负极主机测量单元。
50.可选地，正极主机测量单元与正极回路相连接，用于测量正极回路上的电压压差。
51.可选地，正极主机测量单元包括正极差分电路、正极放大电路、正极比较电路以及正极硬件阈值电路。
52.正极差分电路，用于对正极回路上的电压压差进行采集并放小。
53.正极放大电路，用于对采集并放小后的正极电压压差进行放大转换，得到正极转换后的数值。
54.正极比较电路，用于将正极转换后的数值与正极设定的硬件阈值作比较，得到正极回路上的电压压差的比较结果。
55.正极硬件阈值电路，用于为正极比较电路设定硬件阈值。
56.可选地，负极主机测量单元与负极回路相连接，用于测量负极回路上的电压压差。
57.可选地，负极主机测量单元包括负极差分电路、负极放大电路、负极比较电路以及负极硬件阈值电路。
58.负极差分电路，用于对负极回路上的电压压差进行采集并放小。
59.负极放大电路，用于对采集并放小后的负极电压压差进行放大转换，得到负极转换后的数值。
60.负极比较电路，用于将负极转换后的数值与负极设定的硬件阈值作比较，得到负
极回路上的电压压差的比较结果。
61.负极硬件阈值电路，用于为负极比较电路设定硬件阈值。
62.一种可行的实施方式中，整套系统装置连接好上电后，分别完成直流母线上蓄电池组的正、负极回路上的电压压差的测量，通过与硬件电路设定的阈值作比较，将输出信号传递给报警指示灯指示单元。
63.进一步地，系统正常供电时，ua-b、uc-d没有电压差(等电位)，直流系统对蓄电池组保持充电状态，系统断电后，蓄电池对负载进行放电，这种情况下，电压压差如下式(1)所示：
64.ua-b ＝ 0；uc-d ＝ 0；u1＝u2；
ꢀꢀ
(1)
65.1)当l1回路断开时，蓄电池组负极脱离母线，因为l2回路完好，电压压差如下式(2)所示：
66.ua-b ＝ u1
‑ꢀ‑ꢀ
u2
‑ꢀ
《 0； uc-d ＝ u1+
ꢀ‑ꢀ
u2+ ＝ 0；
ꢀꢀ
(2)
67.其中，u1为直流母线系统电压，u2为蓄电池组的组端电压，通常u1》u2。
68.2)当只有l2回路断开时，蓄电池组正极脱离母线，电压压差如下式(3)所示：
69.ua-b ＝ u1
‑ꢀ‑ꢀ
u2
‑ꢀ
＝ 0；uc-d ＝ u1+
ꢀ‑ꢀ
u2+ 》0；
ꢀꢀ
(3)
70.3)当l1、l2回路同时断开时，l1、l2无法构成通路，因为u1》u2，故电压压差如下式(4)所示：
71.ua-b ＝ u1
‑ꢀ‑ꢀ
u2
‑ꢀ
《0、uc-d ＝ u1+
ꢀ‑ꢀ
u2+》 0；
ꢀꢀ
(4)
72.4)若l1、l2回路都是连接状态，电压压差如下式(5)所示：
73.ua-b ＝ 0；uc-d ＝ 0；
ꢀꢀ
(5)
74.总结：
75.直流母线状态共有四种状态，即：
76.1)正、负母线都连接时，回路正常；
77.2)正母线连接、负母线断开时，回路不正常，报警指示灯指示单元告警；
78.3)正母线断开，负母线闭合时，回路不正常，报警指示灯指示单元告警；
79.4)正、负母线都断开时，回路不正常，报警指示灯指示单元告警。
80.本方案根据这四种情况，进行判别，达到任意回路断开，都能及时报警的目的。
81.进一步地，本实用新型主机测量单元功能模块如图3所示，当蓄电池组的正极回路或者负极回路有输入信号时，内部的差分电路先是将采集到的电压压差信号放小，放小后的信号输入到放大电路端，做信号放大，放大后的信号传送给比较器电路的输入端，比较器电路另一输入端的信号来自于电路内部由硬件电路设定好的阈值，二者信号相比较，比较后的结果输出到报警指示灯指示单元，从而报警输出。
82.可选地，报警指示灯指示单元与主机测量单元相连接。
83.可选地，报警指示灯指示单元包括正极报警指示灯以及负极报警指示灯。
84.可选地，正极报警指示灯与正极主机测量单元的正极比较电路相连接，用于根据正极回路上的电压压差的比较结果，在蓄电池组的正极脱离直流母线时进行报警。
85.负极报警指示灯与负极主机测量单元的负极比较电路相连接，用于根据负极回路上的电压压差的比较结果，在蓄电池组的负极脱离直流母线时进行报警。
86.一种可行的实施方式中，如图4所示，报警指示灯指示单元的输入信号来自于主机
测量单元上的比较器输出信号。当比较器输出信号一为高电平时，指示灯一亮起，表明蓄电池组负极脱离直流母线，异常报警；当比较器输出信号一为低电平时，指示灯一不亮，表明蓄电池组负极没有脱离直流母线，没有异常。当比较器输出信号二为高电平时，指示灯二亮起，表明蓄电池组正极脱离直流母线，异常报警；当比较器输出信号二为低电平时，指示灯二不亮，表明蓄电池组正极没有脱离直流母线，没有异常。
87.本实用新型实施例中，主机测量单元采用测量蓄电池组正负极回路上的电压压差，即使压差为0或者接近于0，也可以被精准测量到，测量范围不受限制。
88.本实用新型主机测量单元将被测的电压压差通过差分电路放小后，再经过放大电路转换，将转换后的数值与硬件设定的阈值作比较，整个过程测量时间短，测量值稳定且精度高；满足现代运维管理监控电池组理念，能快速发现潜在问题并及时处理。
89.本实用新型提出一种蓄电池组脱离直流母线的在线监测方法，整个测量过程无需cpu进行干预，也无需底层程序控制，大大减小了电路设计成本和信号采集便捷性。
90.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种蓄电池组脱离直流母线的在线监测系统，其特征在于，所述系统包括：系统直流母线、蓄电池组、主机测量单元以及报警指示灯指示单元；所述系统直流母线的正母线与所述蓄电池组的正极相连接，构成正极回路；所述系统直流母线的负母线与所述蓄电池组的负极相连接，构成负极回路；所述主机测量单元与所述正极回路以及负极回路相连接；所述报警指示灯指示单元与所述主机测量单元相连接。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主机测量单元包括正极主机测量单元以及负极主机测量单元。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述正极主机测量单元与所述正极回路相连接，用于测量所述正极回路上的电压压差；所述负极主机测量单元与所述负极回路相连接，用于测量所述负极回路上的电压压差。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述正极主机测量单元包括正极差分电路、正极放大电路、正极比较电路以及正极硬件阈值电路；所述正极差分电路，用于对所述正极回路上的电压压差进行采集并放小；所述正极放大电路，用于对所述采集并放小后的正极电压压差进行放大转换，得到正极转换后的数值；所述正极比较电路，用于将所述正极转换后的数值与正极设定的硬件阈值作比较，得到正极回路上的电压压差的比较结果；所述正极硬件阈值电路，用于为所述正极比较电路设定硬件阈值。5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述负极主机测量单元包括负极差分电路、负极放大电路、负极比较电路以及负极硬件阈值电路；所述负极差分电路，用于对所述负极回路上的电压压差进行采集并放小；所述负极放大电路，用于对所述采集并放小后的负极电压压差进行放大转换，得到负极转换后的数值；所述负极比较电路，用于将所述负极转换后的数值与负极设定的硬件阈值作比较，得到负极回路上的电压压差的比较结果；所述负极硬件阈值电路，用于为所述负极比较电路设定硬件阈值。6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述报警指示灯指示单元包括正极报警指示灯以及负极报警指示灯。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述正极报警指示灯与所述正极主机测量单元的正极比较电路相连接，用于根据正极回路上的电压压差的比较结果，在所述蓄电池组的正极脱离直流母线时进行报警；所述负极报警指示灯与所述负极主机测量单元的负极比较电路相连接，用于根据负极回路上的电压压差的比较结果，在所述蓄电池组的负极脱离直流母线时进行报警。

技术总结
本实用新型提供一种蓄电池组脱离直流母线的在线监测系统，涉及蓄电池组运维监测技术领域。包括：系统直流母线、蓄电池组、主机测量单元以及报警指示灯指示单元；系统直流母线的正母线与蓄电池组的正极相连接，构成正极回路，系统直流母线的负母线与蓄电池组的负极相连接，构成负极回路；主机测量单元与正极回路以及负极回路相连接；报警指示灯指示单元与主机测量单元相连接。本实用新型可以对蓄电池组是否脱离直流母线进行在线实时监测，具有成本低、反应快、监测精度高的优点。监测精度高的优点。监测精度高的优点。


技术研发人员：王明
受保护的技术使用者：云蜂数智物联网有限公司
技术研发日：2022.12.20
技术公布日：2023/9/1