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申请/专利权人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院;四川大学;国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司;国家电网有限公司

摘要：本发明属于蓄电池组管理系统技术领域，尤其涉及一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构和控制方法。本发明设有集单体蓄电池参数采集子系统，电池分析与计算子系统，总体监控上位机系统为一体的电池管理系统；是由电池组连接数据收集DAQ模块，DAQ模块通过CAN总线连接微处理器，再与上位机连接；DAQ模块获取电池单元数据，并传递给微处理器；微处理器实施蓄电池组核对性容量实验的分析计算，并将电池组状态传递至上位机。本发明具有远程操作功能，节省成本，节能，具有强大的事故响应能力。核容过程蓄电池组始终与直流母线相连接，有更强的事故抵御能力。若核容时事故发生，蓄电池组仍可继续供电。

主权项：1.一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构，设有集单体蓄电池参数采集子系统，电池分析与计算子系统，总体监控上位机系统为一体的电池管理系统；其特征是：蓄电池组连接数据收集DAQ模块，DAQ模块通过CAN总线连接微处理器，再与上位机连接；DAQ模块获取电池单元数据，并传递给微处理器，微处理器实施蓄电池组核对性容量实验的分析计算，并将蓄电池组状态传递至上位机；利用所述的一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构的控制方法，包括以下工作状态：正常状态；事故状态；核容状态；核容试验期间发生事故；所述正常状态：系统工作在正常状态，直流负载由双向PWM变换器供电，此时，双向PWM变换器作为整流器以向DC总线提供稳定的电压；蓄电池组处于正常充电状态，充满后处于浮充状态，只有很小的电流流过蓄电池组；所述事故状态：当系统发生故障时，双向PWM变换器无法为负载供电，必须断开连接到双向PWM变换器的断路器和直流母线；在此阶段，负载由蓄电池组供电；所述核容状态：当在线远程核容放电试验进行时，蓄电池组必须以恒定电流放电，同时向负载供电；且容量检查放电电流将大于负载侧电流；因此，过电流将通过双向PWM变换器反馈回电网；所述核容试验期间发生事故：如果在线核容试验在进行时双向PWM变换器出现故障，蓄电池组只给负载供电，在线核容试验强制停止；所述在线远程核容放电试验，其控制目标为：（1）无论负载如何变化，蓄电池组都以恒定电流放电，以满足核容试验的要求；（2）交流侧电流以单位功率因数并入电网；（3）交流侧电流谐波较小，满足并网要求；所述的一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构，采用基于蓄电池组放电电流外环和电网电流内环的控制策略，其中，ia，ib，ic表示电网电流；id，iq是ia，ib，ic其经dq变换后的值；ua，ub，uc是电网的电压；ud，uq是ua，ub，uc的dq变换后的电压；是id，iq的参考；uam，ubm，ucm是ua，ub，uc的调制信号；ibat是蓄电池组的电流；S是开关的控制信号，θ表示dq旋转坐标轴的角度信号；采用双环结构：（1）蓄电池组放电电流外环：因蓄电池组必须以恒定电流放电；故放电电流控制被添加到外环；PI控制器用于控制放电电流且不会出现静态误差；由于蓄电池组可以提供直流母线的电压支撑，因此直流母线的电压稳定在一定范围内，因此不需要控制直流母线电压；（2）电网电流内环：内环包含有功电流id和无功电流iq环；并网电流的检测值ia，ib，ic被转换为同步旋转坐标系中的id与iq；再将坐标系中的id，iq与给定的电流参考进行比较；并且控制相应的PI控制器以实现对id，iq的无静差控制；对PI控制器的输出信号进行反dq变换，得到a，b，c三相开关调制波参考信号uam，ubm，ucm，并通过SPWM或SVPWM调制获得并网转换器对应的开关驱动信号，从而实现并网转换器的闭环控制；所述一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构，单体电池通过DAQ模块和微处理器分别进行采集和计算，再与上位机进行通信完成整体监控；根据蓄电池组核容的合格判据进行蓄电池组的合格判断；具体实现如下：（1）使用数据采集DAQ模块以适当的采样频率和精度收集蓄电池组的数据，包括放电电流，电压和温度；（2）收集的数据被发送到微处理器，微处理器包括在线参数识别模块和状态观察器；（3）在在线参数识别模块中，使用了电池动态简单模型，使用输入输出数据识别电池的参数；然后将更新的电池模型参数馈送给状态观察器以估计电池的SOC与SOH；（4）状态观察器使用多项式方程预测蓄电池的OCV，开路电压；然后将预测的OCV用于计算电池的端电压，并将计算的端电压与实际电池电压进行比较；然后使用计算的和实际电池电压之间的误差来计算卡尔曼滤波器中的滤波器增益以更新状态SOC；（5）将处理后的信号经过通信模块发送给上位机，通过上位机进行总体监控；上位机得到蓄电池组的状态信息后，需要对其进行评估来确定蓄电池是否合格，蓄电池的剩余容量按照如下公式计算， （1）上式中:t0指的是电池单元的放电时间；当计算出单体电池容量Ccell时，评估其健康状况，i0表示瞬时放电电流；电池的健康状况SOH根据实际容量占额定容量的百分比来定义；计算SOH的公式如下， （2）上式中:Cnominal表示电池的额定容量；当蓄电池组的放电容量大于80%额定容量时，放电电压仍然大于1.8V，蓄电池组容量合格，电池继续工作。

全文数据：一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构和控制方法技术领域本发明属于蓄电池组管理系统技术领域，尤其涉及一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构和控制方法。背景技术变电站直流电源系统是变电站二次系统的重要组成部分，是继电保护、安全自动装置、及自动化设备正常工作和正确动作的基础，所以维持直流电源系统稳定运行显得至关重要。阀控式铅酸电池,以下简称蓄电池。作为变电站直流电源中最常见的后备电源，直接关系到事故后直流负荷的供电问题。定期对蓄电池组进行核对性容量试验，以下简称核容，是检查蓄电池性能的非常有效且常用的技术手段。按照规程要求，一组蓄电池核对性放电试验时间为10小时，并且放电电流很大，为了使核容工作安全、优质的完成，需要运行维护人员一直在现场监护。这种核容方法等待时间长，操作复杂，电流大，更重要的是它会带来很大的安全隐患。发明内容针对上述现有技术中变电站现阶段核容试验的诸多问题，本发明提出了一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构和控制方法。其目的是为了提供一种基于新的拓扑结构和控制方法，可实现在线远程核容，节省物料，节能，并且事故抵御能力超强的控制方法。为了实现上述发明目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构，设有集单体蓄电池参数采集子系统，电池分析与计算子系统，总体监控上位机系统为一体的电池管理系统；是由电池组连接数据收集DAQ模块，DAQ模块通过CAN总线连接微处理器，再与上位机连接；DAQ模块获取电池单元数据，并传递给微处理器；微处理器实施蓄电池组核对性容量实验的分析计算，并将电池组状态传递至上位机；利用所述的一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构的控制方法，包括以下工作状态：正常状态；事故状态；核容状态；核容试验期间发生事故。所述正常状态：系统工作在正常状态，直流负载由变换器供电，此时，PWM变换器作为整流器以向DC总线提供稳定的电压；电池组处于正常充电状态，充满后处于浮充状态，只有很小的电流流过电池组。所述事故状态：当系统发生故障时，变换器无法为负载供电，必须断开连接到变换器的断路器和直流母线；在此阶段，负载由电池组供电。所述核容状态：当在线远程核容放电试验进行时，蓄电池组必须以恒定电流放电，同时向负载供电；且容量检查放电电流将大于负载侧电流；因此，该过电流将通过双向变换器反馈回电网。所述核容试验期间发生事故：如果在线核容试验在进行时变换器出现故障，蓄电池组只给负载供电，在线核容试验强制停止。所述在线远程核容放电试验，其控制目标为：1无论负载如何变化，电池组都以恒定电流放电，以满足核容试验的要求；2交流侧电流以单位功率因数并入电网；3交流侧电流谐波较小，满足并网要求。所述的一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构采用基于蓄电池组放电电流外环和并网电流内环的控制策略，其中，ia，ib，ic表示电网电流；id，iq是ia，ib，ic其经dq变换后的值；ua，ub，uc是电网的电压；ud，uq是ua，ub，uc的dq变换后的电压；id*，iq*是id，iq的参考；uam，ubm，ucm是ua，ub，uc的调制信号；ibat是蓄电池组的电流；S是开关的控制信号，θ表示dq旋转坐标轴的角度信号；采用双环结构：1电池组放电电流外环：因蓄电池组必须以恒定电流放电；故放电电流控制被添加到外环；PI控制器用于控制放电电流且不会出现静态误差；由于电池组可以提供直流母线的电压支撑，因此直流母线的电压稳定在一定范围内，因此不需要控制直流母线电压；2电网电流内环：内环包含有功电流id和无功电流iq环；并网电流的检测值ia，ib，ic被转换为同步旋转坐标系中的id与iq；再将坐标系中的id，iq与给定的电流参考id*，iq*进行比较；并且控制相应的PI控制器以实现对id，iq的无静差控制；对PI控制器的输出信号进行反dq变换，得到a，b，c三相开关调制波参考信号uam，ubm，ucm，并通过SPWM或SVPWM调制获得并网转换器对应的开关驱动信号，从而实现转换器的闭环控制。所述的一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构，设有集单体蓄电池参数采集子系统，电池分析与计算子系统，总体监控上位机系统为一体的电池管理系统，单体电池通过DAQ模块和微处理器模块分别进行采集和计算，再与上位机进行通信完成整体监控；根据蓄电池组核容的合格判据进行蓄电池组的合格判断；具体实现如下：1使用数据采集DAQ模块以适当的采样频率和精度收集电池组的数据，包括放电电流，电压和温度；2收集的数据被发送到微计算机模块，微计算机模块包括在线参数识别模块和状态观察器；3在参数识别模块中，使用了电池动态简单模型，使用输入输出数据识别电池的参数；然后将更新的电池模型参数馈送给状态观察器以估计电池的SOC与SOH；4状态观察器使用多项式方程预测蓄电池的OCV，开路电压；然后将预测的OCV用于计算电池的端电压，并将计算的端电压与实际电池电压进行比较；然后使用计算的和实际电池电压之间的误差来计算卡尔曼滤波器中的滤波器增益以更新状态SOC；5将上述系统中处理后的信号经过通信模块将需要的信号发送给上位机，通过上位机进行总体监控；上位机得到蓄电池组的状态信息后，需要对其进行评估来确定蓄电池是否合格，蓄电池的剩余容量按照如下公式计算，上式中:t0指的是电池单元的放电时间；当计算出单体电池容量Ccell时，评估其健康状况，i0表示瞬时放电电流；其它电池的健康状况SOH根据实际容量占额定容量的百分比来定义；计算SOH的公式如下，上式中:Cnominal表示电池的额定容量；当蓄电池组的放电容量大于80％额定容量时，放电电压仍然大于1.8V，蓄电池组容量合格，电池继续工作。本发明具有以优点及有益效果：1具有远程操作功能。所有参数都是远程获取的，可以在线控制和分析；2节省成本。蓄电池组可以仅通过一个装置进行充电和放电；而且不增加新的核容机来实现，使其更加节省物料；3节能。电池的放电能量被电网吸收，核容放电能量回馈至电网，不造成能量浪费。4具有强大的事故响应能力。核容过程蓄电池组始终与直流母线相连接，有更强的事故抵御能力。若核容时事故发生，蓄电池组仍可继续供电。附图说明为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。图1是本发明在线远程核容电气接线图；图2是本发明方法工作情况1图；图3是本发明方法工作情况2、4图；图4是本发明方法工作情况3图；图5本发明在线核容的控制策略图；图6是本发明在线核容系统的监控通信架构。具体实施方式本发明是一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构和控制方法，可实现远程的、在线的节省资源且具有故障抵抗能力的蓄电池组核对性容量试验。拓扑结构：其中，基在线远程核容工作原理如图1所示，图1是本发明在线远程核容方法的电气接线图。传统的三相整流器由三相双向PWM变换器代替，如虚线所示。PWM变换器由滤波电感器、电力电子开关和直流电容器组成。滤波电感用于滤除开关动作引起的高频谐波。电力电子开关具有双向导电能力，可以是IGBT接反向并联二极管。直流电容器接在直流母线处，以建立稳定的直流母线电压。蓄电池组正负极接在直流母线上。负载正负极也接在直流母线上。PWM变换器交流侧接三相交流电网。本发明在线核容系统的通信架构，针对在线远程核容的控制要求需要实时采集计算蓄电池组的参数。故需要设计一套集单体蓄电池参数采集子系统，电池分析与计算子系统，总体监控上位机系统为一体的电池管理系统，如图6所示。电池组连接数据收集DAQ模块。DAQ模块通过CAN总线连接微处理器，再与上位机连接。DAQ模块获取电池单元数据，并传递给微处理器。微处理器实施蓄电池组核对性容量实验的分析计算，并将电池组状态传递至上位机。控制方法：本发明一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构包括四种工作状态：如图2所示，图2是本发明方法工作情况1图。情况1：正常状态。系统工作在正常状态，直流负载由变换器供电。此时，PWM变换器作为整流器以向DC总线提供稳定的电压。电池组处于正常充电状态，充满后处于浮充状态，只有很小的电流流过电池组。如图3所示，图3是本发明方法工作情况2、4图。情况2：事故状态。当系统发生故障时，变换器无法为负载供电。必须断开连接到变换器的断路器和直流母线。在此阶段，负载由电池组供电。如图4所示，图4是本发明方法工作情况3图。情况3：核容状态。当在线核容试验进行时，蓄电池组必须以恒定电流放电，同时向负载供电。且一般情况下，容量检查放电电流将大于负载侧电流。因此，该过电流将通过双向变换器反馈回电网。情况4：核容试验期间发生事故。如果在线远程核容放电试验进行时，在进行时变换器出现故障，蓄电池组应以只需给负载供电，在线核容试验应强制停止。因此，此时电路条件与条件2相同。对于情况3的蓄电池组在线远程核容放电试验，其控制目标可描述为：1无论负载如何变化，电池组都以恒定电流放电，以满足核容试验的要求；2交流侧电流以单位功率因数并入电网；3交流侧电流谐波较小，满足并网要求。基于上述目标，本发明一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构和控制方法采用基于蓄电池组放电电流外环和并网电流内环的控制策略，如图5所示。图中，ia，ib，ic表示电网电流；id，iq是ia，ib，ic其经dq变换后的值；ua，ub，uc是电网的电压；ud，uq是ua，ub，uc的dq变换后的电压。id*，iq*是id，iq的参考。uam，ubm，ucm是ua，ub，uc的调制信号；ibat是蓄电池组的电流。S是开关的控制信号，θ表示dq旋转坐标轴的角度信号。采用双环结构：1电池组放电电流外环：因蓄电池组必须以恒定电流放电。故放电电流控制被添加到外环。PI控制器可用于控制放电电流且不会出现静态误差。由于电池组可以提供直流母线的电压支撑，因此直流母线的电压可以稳定在一定范围内，因此不需要控制直流母线电压。2电网电流内环：内环包含有功电流id和无功电流iq环。并网电流的检测值ia，ib，ic被转换为同步旋转坐标系中的id与iq。再将坐标系中的id，iq与给定的电流参考id*，iq*进行比较。并且控制相应的PI控制器以实现对id，iq的无静差控制。对PI控制器的输出信号进行反dq变换，得到a，b，c三相开关调制波参考信号uam，ubm，ucm，并通过SPWM或SVPWM调制获得并网转换器对应的开关驱动信号，从而可以实现转换器的闭环控制。实施例1：为了完成蓄电池组的在线闭环控制，评估蓄电池组的好坏，需要对蓄电池组的诸多参数进行实时管理。故需要设计一套集单体蓄电池参数采集子系统，电池分析与计算子系统，总体监控上位机系统为一体的电池管理系统，如图6所示。单体电池通过DAQ模块和微处理器模块分别进行采集和计算，再与上位机进行通信完成整体监控。根据蓄电池组核容的合格判据进行蓄电池组的合格判断。具体实现如下：1使用数据采集DAQ模块以适当的采样频率和精度收集电池组的数据，包括放电电流，电压和温度。2收集的数据被发送到微计算机模块，微计算机模块包括在线参数识别模块和状态观察器。3在参数识别模块中，使用了电池动态简单模型，使用输入输出数据识别电池的参数；然后将更新的电池模型参数馈送给状态观察器以估计电池的SOC与SOH。4状态观察器使用多项式方程预测蓄电池的OCV，开路电压。然后将预测的OCV用于计算电池的端电压，并将计算的端电压与实际电池电压进行比较。然后使用计算的和实际电池电压之间的误差来计算卡尔曼滤波器中的滤波器增益以更新状态SOC。5将上述系统中处理后的信号经过通信模块将需要的信号发送给上位机，通过上位机进行总体监控。上位机得到蓄电池组的状态信息后，需要对其进行评估来确定蓄电池是否合格，蓄电池的剩余容量按照如下公式计算，上式中:t0指的是电池单元的放电时间。当计算出单体电池容量Ccell时，可以评估其健康状况，i0表示瞬时放电电流。其它电池的健康状况SOH根据实际容量占额定容量的百分比来定义。计算SOH的公式如下，上式中:Cnominal表示电池的额定容量。当蓄电池组的放电容量大于80％额定容量时，放电电压仍然大于1.8V，可以认为蓄电池组容量合格，电池可以继续工作。

权利要求：1.一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构，其特征是：设有集单体蓄电池参数采集子系统，电池分析与计算子系统，总体监控上位机系统为一体的电池管理系统；是由电池组连接数据收集DAQ模块，DAQ模块通过CAN总线连接微处理器，再与上位机连接；DAQ模块获取电池单元数据，并传递给微处理器；微处理器实施蓄电池组核对性容量实验的分析计算，并将电池组状态传递至上位机；利用所述的一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构的控制方法，包括以下工作状态：正常状态；事故状态；核容状态；核容试验期间发生事故。2.根据权利要求1所述的一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构，其特征是：所述正常状态：系统工作在正常状态，直流负载由变换器供电，此时，PWM变换器作为整流器以向DC总线提供稳定的电压；电池组处于正常充电状态，充满后处于浮充状态，只有很小的电流流过电池组。3.根据权利要求1所述的一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构，其特征是：所述事故状态：当系统发生故障时，变换器无法为负载供电，必须断开连接到变换器的断路器和直流母线；在此阶段，负载由电池组供电。4.根据权利要求1所述的一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构，其特征是：所述核容状态：当在线远程核容放电试验进行时，蓄电池组必须以恒定电流放电，同时向负载供电；且容量检查放电电流将大于负载侧电流；因此，该过电流将通过双向变换器反馈回电网。5.根据权利要求1所述的一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构，其特征是：所述核容试验期间发生事故：如果在线核容试验在进行时变换器出现故障，蓄电池组只给负载供电，在线核容试验强制停止。6.根据权利要求4所述的一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构，其特征是：所述在线远程核容放电试验，其控制目标为：1无论负载如何变化，电池组都以恒定电流放电，以满足核容试验的要求；2交流侧电流以单位功率因数并入电网；3交流侧电流谐波较小，满足并网要求。7.根据权利要求1所述的一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构，其特征是：采用基于蓄电池组放电电流外环和并网电流内环的控制策略，其中，ia，ib，ic表示电网电流；id，iq是ia，ib，ic其经dq变换后的值；ua，ub，uc是电网的电压；ud，uq是ua，ub，uc的dq变换后的电压；id*，iq*是id，iq的参考；uam，ubm，ucm是ua，ub，uc的调制信号；ibat是蓄电池组的电流；S是开关的控制信号，θ表示dq旋转坐标轴的角度信号；采用双环结构：1电池组放电电流外环：因蓄电池组必须以恒定电流放电；故放电电流控制被添加到外环；PI控制器用于控制放电电流且不会出现静态误差；由于电池组可以提供直流母线的电压支撑，因此直流母线的电压稳定在一定范围内，因此不需要控制直流母线电压；2电网电流内环：内环包含有功电流id和无功电流iq环；并网电流的检测值ia，ib，ic被转换为同步旋转坐标系中的id与iq；再将坐标系中的id，iq与给定的电流参考id*，iq*进行比较；并且控制相应的PI控制器以实现对id，iq的无静差控制；对PI控制器的输出信号进行反dq变换，得到a，b，c三相开关调制波参考信号uam，ubm，ucm，并通过SPWM或SVPWM调制获得并网转换器对应的开关驱动信号，从而实现转换器的闭环控制。8.根据权利要求1所述的一种新型在线远程核对性容量试验的拓扑结构，其特征是：设有集单体蓄电池参数采集子系统，电池分析与计算子系统，总体监控上位机系统为一体的电池管理系统，单体电池通过DAQ模块和微处理器模块分别进行采集和计算，再与上位机进行通信完成整体监控；根据蓄电池组核容的合格判据进行蓄电池组的合格判断；具体实现如下：1使用数据采集DAQ模块以适当的采样频率和精度收集电池组的数据，包括放电电流，电压和温度；2收集的数据被发送到微计算机模块，微计算机模块包括在线参数识别模块和状态观察器；3在参数识别模块中，使用了电池动态简单模型，使用输入输出数据识别电池的参数；然后将更新的电池模型参数馈送给状态观察器以估计电池的SOC与SOH；4状态观察器使用多项式方程预测蓄电池的OCV，开路电压；然后将预测的OCV用于计算电池的端电压，并将计算的端电压与实际电池电压进行比较；然后使用计算的和实际电池电压之间的误差来计算卡尔曼滤波器中的滤波器增益以更新状态SOC；5将上述系统中处理后的信号经过通信模块将需要的信号发送给上位机，通过上位机进行总体监控；上位机得到蓄电池组的状态信息后，需要对其进行评估来确定蓄电池是否合格，蓄电池的剩余容量按照如下公式计算，上式中:t0指的是电池单元的放电时间；当计算出单体电池容量Ccell时，评估其健康状况，i0表示瞬时放电电流；其它电池的健康状况SOH根据实际容量占额定容量的百分比来定义；计算SOH的公式如下，上式中:Cnominal表示电池的额定容量；当蓄电池组的放电容量大于80％额定容量时，放电电压仍然大于1.8V，蓄电池组容量合格，电池继续工作。

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