UPS蓄电池智能监测机柜的运行模式与故障处理探讨

苗雪飞+徐宏+周青睐+金海松+刘书涵+胡遨洋+沈伟伟

随着电力需求的不断提升，为了使得UPS蓄电池的使用更加安全可靠，我们进行了智能监测机柜的研发。本文对其运行模式和常见的故障处理进行探讨，为其进一步发展与演进提供了创新的思路。

概述

目前，我国的电能浪费情况比较严重，在配电和用电等环节都可能会造成电网无法进行高效率的运行，造成供需不够平衡，引起严重的经济损失。文献中指出，解决这些问题的主要方法就是通过合理有效的算法来对于负荷进行优化。但是我国对于这方面的研究还不多，为了使得发电负荷和损耗之间能够保持动态平衡，需要建立更加科学的模型，以此来使得用户的需求得到满足，电力系统的供电稳定性也不会随着外界的干扰而引起严重的变化。

在过去的电力系统中，主要采用发电机的功率调整来实现负荷的平衡运转。但是在智能电网中这样是无法进行的，因为分布式的电源太多了，它对于环境的因素变化是非常敏感的。如果系统无法做到它们之间的相互平衡，就可能会导致严重的事故，引起电机烧毁或者是大区域的停电，给国民经济带来严重的损失。这就需要电力系统供电的设备，有一定的电能储存量，但是如果电储存量较大，不仅在技术上有难度，也会使得整个电网的运行，效率降低。最好方法就是采用一些分布式的储能元件，对电能进行存储，随时可以进行放出，解决供需之间的不平衡关系，实现资源的合理优化调配。为了避免对城市的电网造成波动，管理人员可以采用这种机柜智能监测方式，对于储能设备的充电时间和地点进行有效的控制。结合不同储能设备的充电参数，可以通过分层的优化模型，来使得电网的运行更加的科学与有效。它可以根据储能设备的充电信息，进行动态调整，从后台对供电提供建议，从而达到节约能源，降低损耗的目的。

同时，这样可以使管理者也能及时地了解到城市供电的情况，为电网进行下一步有效配置打下坚实的基础。所以，这样来看，在储能设备的普及率不同时，储能设备对于配电网有着不同的影响，在储能设备普及率较低的时候，储能设备进行充电可以将线路的运行效率提升，总损耗也较少。但是，如果储能设备普及率比较高时，就会使得整条线路上的电流过大，也会相应的影响损耗，变压器和线路的时候都会较高，这样整条线路的运行成本非常高，同时也会影响到电网正常的供电，所以对于储能设备的充电量要进行控制，使其不会威胁到整个配电网的运行。在发电和输电的过程当中，能够对于电网进行资源的调配，使其进行动态化的智能管理，有利于智能电网克服当前所面临的一些困难与挑战，实现自动化运行，提升供求的平衡性。

UPS蓄电池智能监测机柜的运行模式分析

设计思路

现有通信机房UPS电源柜为普通机柜，配电只是简单的pdu及家用配电箱，甚至部分插排是家用的且不符合要求的插满各式各样的负载，容量高低不等，安全隐患很大，且无预留空开做扩容，要整体改造程序复杂花费巨大；电池检测方面，现有高特电池单体电压组压监测装置，但该系统几乎在几个营业厅中都是搁置的，没有使用起来，由于系统缺乏维护更新，监测内容也无法查看，即使查看到也是简单的电压参数没有详细的能反映电池性能的内阻参数；资源浪费且无应用价值；电池柜各不统一，部分还有全封闭的柜体，由于密闭的结构设计，电池的散热无法有效排出与机房空调的冷气对换，造成柜内温度居高不下，严重影响电池散热，加大电池故障报废率，且电池数量无法扩充调整，往往因为扩容电池数量或者规格而需要更换整个柜子。

电池是其中一个重要组成部分，电池的好坏直接影响负载供电的时间，所以对电池影响的柜体也是直接影响安全供电的因素之一。同时，利用相关的神经网络、强化学习等算法，来实现函数的近似与优化，这样就能对于系统的内部参数进行实时更新，这里主要是采用贝尔曼的优化方式来进行更新的。蓄电池智能监控系统可以用对企业内外的信息进行预测与管理，实现企业的高效经营。蓄电池智能监控系统可以通过过去的信息，来对将来的发展情况进行预期，同时可以高效地进行整体化的优化与安排，实现自动操作。蓄电池智能监控系统可以利用计算机硬件和软件共同来为客户的需求进行分析，实现企业运行方面的辅助决策。蓄电池智能监控系统是较为复杂的系统，而且它综合了计算机技术与数据库管理运筹方面的高尖端技术，是一门交叉程度非常高的学科，它可以为企业的经营管理与相关风险的识别与处理，提供一定的依据。蓄电池智能监控系统主要可以用计算机来对于各种情况进行模拟分析，通过以前的数据来对未来的情况进行辅助判断，这就有利于企业对将来进行规划，实现企业的高效运营。蓄电池智能监控系统主要以人为主体，利用计算机的硬软件相结合，对于信息进行收集与加工，以使得其能够满足我们的安全需要，同时对于企业的高层管理人员能够更好的进行决策，避免风险。

产品结构

柜体通体四周采用网孔结构，便于电池的有效散热；后门两侧立有可掀开式封闭走线槽，左右强弱电分离，让线缆管理更为合理；整个电源系统配电采用集中配电单元，安装于柜顶部1-6u空间内，很好地利用电池摆放后的剩余空间（电池与设备间有层板隔离）；内部包含主设备及监控系统等辅助设备的供电保障；核心部件为蓄电池的监控管理系统主机，主机通过19英寸标准安装面板嵌入于机柜内，设备实现以下功能：监测功能：在线实时监测的蓄电池组的：运行状态，组端电压、充放电电流、单体电压、电压均衡度、电池组剩余容量。内阻检测功能：在线一键测试整组电池的内阻。快速容量估算和剩余容量监测功能：结合安时（AH）计法、内阻法、神经网络法、卡尔曼过滤器法等建立科学的蓄电池剩余容量_ SOC_数学模型，通过约20min的短时间放电，同时把电压、电流、充放电时长等相关数据输入数学模型快速準确估算出电池组剩余容量。数据存储功能：系统配备SD卡和USB接口直接将数据存储到SD卡或U盘节省数据导出时间，充电数据、放电数据和报警过程数据进行了分类单独存储，有利于数据检索和分析利用，存储空间至少可能存储5年以上监测数据。很好改善了现有监测系统的监测参数不足，以及运维人员的安全便捷维护提供可靠安全参数保障。该监控系统集成了会计学、数学等方面的重要知识，同时也可以将其利用计算机技术、通信技术等，因此，它是一门交叉学科，从社会技术的角度来看，信息管理系统和组织结构之间有着相互影响的关系，可能会导致整个组织架构发生一定的变化，而现在的组织结构也会对于该监控系统的设计造成一定的影响。

运行模式

智能监测机柜也是一个巨大的生态系统，每个政策对于其中相关技术的发展都有着极为重要的影响，比如说信息通讯技术以及新能源等就对于智能监测机柜的电能运输与管理产生了极为重要的影响，在全球范围内物联网、大数据等技术越来越受到重视，但是，大数据管理方面的研究还没有系统化，各个方向的专家正在对其进行广泛研究，同时在智能监测机柜中应用大数据是极为重要的，可以对其进行有效的系统化管理。需要让其可以进行有线和无线通讯，相互结合，能够统一指挥的一个大系统，各个系统可以独立工作，也能够在上级的指挥下进行统一安排，这样就实现了电力系统的高效管理。智能监测机柜需要一定的储能技术，同时智能监测机柜的广泛应用也会对智能监测机柜的电力配送与管理产生一系列的影响。智能监测机柜系统主要可以用计算机来对于各种情况进行模拟分析，通过以前的数据来对未来的情况进行辅助判断，这就有利于电力企业对将来进行规划，实现电力企業的高效运营。智能监测机柜系统主要以人为主体，利用计算机的硬软件相结合，对于信息进行收集与加工，以使得其能够满足我们的安全需要，同时对于企业的高层管理人员能够更好的进行决策，避免风险。

UPS蓄电池智能监测机柜的故障处理

常见故障

电池老化原因：蓄电池长期浮充，造成活性物质钝化，电解液固化；均充频繁，造成电解液干涸、极板栅格腐蚀；大电流充电或过放电，造成极板变形、硫化等问题，导致电池容量降低甚至失效，给电机启动、通讯造成安全隐患。镍镉电池由于长期频繁使用电解液比重不断增加，浮充电流加大，因此电极腐蚀更为迅速，电极腐蚀也会消耗氧气，从而使电解液变干，这是镍镉电池特有的故障。当电池的实际容量下降到其标称容量的90%以下时，电池便进入衰退期。当电池容量下降到标称容量的80%以下时，便进入急剧的衰退状态，这时电池已存在事故隐患。当电池容量下降到标称的70%以下时，电池已达到报废状态。

处理方案

蓄电池在线监测系统采用直流放电多循环内阻在线测试技术，此项技术包含了在线测试技术、特征点高速捕捉及多重保护及自检功能，完全有效解决了在线、安全、准确测量蓄电池内阻的技术难题。测试过程无须将UPS与蓄电池组断开，不影响系统正常运行，测试不受UPS纹波及外界环境干扰，测量结果准确、稳定。电压检测采用16位并行A/D转换技术，无开关或继电器切换，实现了高速及高稳定采集，精度可高达0.1%。采集单元前后级采用了光电隔离，避免前端对后端电路的干扰，保证系统安全可靠。另外采用了先进方便的较准技术，通过后台软件即可对每路电压采集电路进行自动校准，无需对硬件进行任何操作。

结论

蓄电池智能监控系统从出现以来，已经呈现多元化发展，从最初阶段的模拟、数字监控等系统，逐步迈向现在的全网络高清视频监控等系统。根据融合互联网技术，当前建设视频监控系统逐步迈向互联网化，也蕴含着更高信息化的条件，但会受到网络状况、存储情况等诸多因素的制约，针对这样的情况，该系统的发展与提升密切联系着存储系统、网络系统等系统的发展。使用UPS蓄电池智能检测机柜可以有效地对于电网中的问题进行解决，有利于实现高效的电能传输与使用，因此我们应当做好其检测与优化，使其能够更好的发展。

参考文献

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[3]李玲，赖志刚，黄光波，等.论节能减排与低碳经济[J].环境科学导刊，2012（3）：21-23.

（作者简介：苗雪飞，徐宏，周青睐，金海松，刘书涵，胡遨洋，沈伟伟，国网浙江桐乡市供电公司。）