一种框架断路器操动机构储能状态的远程监测方法及系统与流程

本发明涉及低压配电监测，具体是一种框架断路器操动机构储能状态的远程监测方法及系统。

背景技术：

1、框架断路器是低压配电系统中的保护设备，具有如合闸、分闸电磁铁或电机等电动操动机构，运行时需要稳定可靠的操作电源，为了保证主电源失电时操动机构仍能完成关键分闸操作。

2、现有的供电保障措施通常是采用ups（不间断电源）配合超级电容进行供电的冗余储能系统，在保持框架断路器操动机构储能系统运行的过程中，运维人员需要通过多种状态参数判断储能系统的可用性。对于一台断路器，运维人员往往需要查看十余项参数才能综合判断储能系统的整体状态，巡检效率较低；另一方面，运维人员面对的通常是相互独立的数值，难以直观获知储能系统的整体运行状态，无法将多维运行参数融合为统一的健康指数以直观反映储能系统整体状态，此外还存在通信数据上传方式单一，非关键工况下过度占用通信带宽，紧急工况下又存在上报延迟的情况，所有维护操作均需现场进行，无法基于历史数据趋势预测设备剩余寿命并自动生成运维建议的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种框架断路器操动机构储能状态的远程监测方法及系统，通过基于多协议自适应通信技术，运维人员可以在远离现场的监控中心实时查看每台断路器的全部储能参数，消除了现场巡检的盲区，同时通过提出基于多维参数加权融合的健康指数hi模型，将分散的电气参数综合为一个单一指标，运维人员无需逐一分析各项参数即可快速掌握储能系统的整体健康状态，有效提高了巡检效率。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种框架断路器操动机构储能状态的远程监测方法，操动机构的输入端连接储能系统，储能系统包括ups电源和超级电容模组，其特征在于，远程监测方法包括：

4、获取储能系统的运行参数，其中，运行参数包括反映电化学储能单元退化状态的第一类参数、反映储能单元热学状态的第二类参数和反映操动机构机械寿命消耗状态的第三类参数；

5、对第一类参数、第二类参数和第三类参数分别进行归一化处理，得到归一化至统一评分区间的第一子项评分、第二子项评分和第三子项评分，其中，各子项评分按照各自对应的物理退化规律进行非线性映射；

6、按照预设权重对各子项评分进行加权求和，计算储能系统的综合健康指数，并根据综合健康指数分级生成预警信息，预设权重根据各参数对储能系统在紧急工况下完成分闸操作的贡献度预先设定；

7、获取上级监控平台的通信协议类型，根据协议类型选择对应协议栈，与上级监控平台建立通信连接，当满足预设事件触发条件时，将当前储能状态数据发送至上级监控平台；

8、根据综合健康指数分级生成预警信息，并推送至上级监控平台和/或运维人员终端；

9、获取各台断路器储能系统的综合健康指数，进行健康退化趋势分析，预测剩余有效寿命。

10、作为本发明的进一步方案：ups电源和超级电容模组均用于为操动机构供电。

11、作为本发明的进一步方案：未满足所述事件触发条件时，保存所述综合健康指数和/或储能状态数据至本地。

12、作为本发明进一步的方案：所述第一类参数包括所述ups电源的电池健康状态soh和所述超级电容模组的等效串联电阻esr，所述第二类参数包括所述超级电容模组的模组温度，所述第三类参数包括所述操动机构的累计动作次数和动作成功率。

13、作为本发明进一步的方案：综合健康指数算法具体为：

14、hi=w1×ssoh+w2×ssoc+w3×sesr+w4×stemp+w5×sact，其中，hi为综合健康指数，w1为电池健康状态权重，w2为电池荷电状态权重，w3为等效串联电阻权重，w4为温度权重，w5为动作成功率权重，w1至w5为预设权重系数且之和为1；ssoh为根据当前soh值确定的ups电池健康度评分，ssoc为根据当前soc值确定的ups电池荷电状态评分，sesr为根据当前esr值与额定esr值的比值确定的超级电容内阻评分，stemp为根据当前温度与预设理想工作温度的偏移量确定的超级电容温度评分，sact为根据剩余动作次数与额定动作次数的百分比及动作成功率确定的操动机构动作能力评分，各子项评分均归一化至0-100区间。

15、作为本发明进一步的方案：与所述上级监控平台建立通信连接的具体方法为：

16、在储能系统的上电初始化时，以各协议的标准握手帧向预设端口发送探测报文，根据返回报文的格式和内容自动匹配上级监控平台的通信协议类型；

17、若在预设超时时间内未收到有效响应或响应内容无法匹配任何已知协议，则判定上级监控平台未在线并记录通信异常事件；

18、当匹配成功后，将当前协议类型进行存储，后续上电优先使用已存储的协议类型建立连接。

19、作为本发明进一步的方案：预设事件触发条件包括剩余动作次数低于第一阈值、超级电容模组温度超过第二阈值、ups输出电压超出额定范围、超级电容esr超过额定值的200%和健康指数hi等级发生变化。

20、作为本发明进一步的方案：获取上级监控平台的通信协议类型，根据协议类型选择对应协议栈，与所述上级监控平台建立通信连接，还包括：

21、在未满足任何事件触发条件的正常运行期间，按预设周期上传储能状态数据；

22、当通信网络中断时，将待上传数据缓存至本地数据缓存模块，并在通信恢复后自动补传缓存数据；

23、上传历史数据时采用增量压缩方式，仅上传自上次成功上传以来发生变化且变化量超过预设最小阈值的参数。

24、作为本发明进一步的方案：所述预警信息的分级标准为：hi≥80为正常（绿色），60≤hi＜80为关注（黄色），40≤hi＜60为预警（橙色），hi＜40为危险（红色）；当预警等级达到红色时，能量管理控制器自动进入保电模式，禁止非必要合闸操作，仅保留分闸操作能力。

25、作为本发明的进一步方案：远程监测方法还包括远程参数配置步骤：

26、采用能量管理控制器接收上级监控平台下发的参数修改指令，对可修改的参数进行远程修改，其中，可修改的参数包括：均衡启动电压、报警阈值、剩余次数报警值、soh报警值和通信周期中的至少一种。

27、作为本发明的进一步方案：远程监测方法还包括远程固件升级步骤：

28、采用能量管理控制器接收升级包并进行完整性校验，校验通过后写入备用存储区，在下次上电或收到激活指令后从备用存储区引导新固件；升级过程中若发生异常则自动回退至原固件版本。

29、作为本发明进一步的方案：所述健康退化趋势分析包括：

30、对超级电容esr序列和ups电池soh序列分别进行线性回归拟合，预测各序列达到失效阈值的天数，取两者中较小值作为预测剩余有效寿命；

31、当预测剩余有效寿命低于预设时间阈值时，自动生成检修工单并推送至工单管理系统。

32、作为本发明的进一步方案：所述预警信息通过短信、app推送、scada告警中的至少一种通道向运维人员发送。

33、第二方面，本发明提供了一种框架断路器操动机构储能状态的远程监测系统，包括：

34、储能状态采集模块，配置为获取所述储能系统的运行参数，其中，所述运行参数包括反映电化学储能单元退化状态的第一类参数、反映储能单元热学状态的第二类参数和反映操动机构机械寿命消耗状态的第三类参数；

35、能量管理控制器，与所述储能状态采集模块连接，配置为对所述第一类参数、第二类参数和第三类参数分别进行归一化处理得到各子项评分，按照预设权重对所述各子项评分进行加权求和计算所述储能系统的综合健康指数，并根据所述综合健康指数分级生成预警信息；

36、通信模块，与所述能量管理控制器连接，内置至少两种通信协议栈，配置为识别上级监控平台的通信协议类型并建立通信连接；

37、事件管理模块，与所述能量管理控制器连接，配置为根据预设事件触发条件判断是否触发事件上传，并在满足触发条件时通过通信模块将事件信息及当前储能状态数据主动推送至上级监控平台；

38、数据缓存模块，与所述通信模块连接，配置为在通信网络中断时缓存待上传数据，并在通信恢复后自动补传；

39、上级监控平台，通过所述通信模块与能量管理控制器通信连接，配置为接收并展示各台断路器储能系统的实时状态、健康指数及预警信息，其中，通信模块为协议栈自适应模块；

40、云平台，与所述上级监控平台通信连接，配置为存储各台断路器储能系统的长期运行数据，进行健康退化趋势分析并预测剩余有效寿命。

41、作为本发明进一步的方案：所述通信模块内置的协议栈包括iec 61850、iec60870-5-104、modbus tcp、can、rs485、mqtt、opc ua中的至少两种；所述上级监控平台为scada/ems系统、调度主站或云端管理平台中的一种或多种；所述能量管理控制器还包括远程参数配置模块和固件升级管理模块，所述远程参数配置模块用于接收并执行上级监控平台下发的参数修改指令，所述固件升级管理模块用于接收升级包、进行完整性校验和管理新旧固件切换。

42、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

43、1、本发明通过储能状态采集模块实时获取ups电源、超级电容模组及操动机构的多维参数，并基于多协议自适应通信技术，实现了储能状态的远程可视化，运维人员可以在远离现场的监控中心实时查看每台断路器的全部储能参数，消除了现场巡检的盲区。

44、2、本发明通过提出基于多维参数加权融合的健康指数hi模型，将分散的电气参数综合为一个单一指标，运维人员无需逐一分析各项参数即可快速掌握储能系统的整体健康状态，有效提高了巡检效率，通过双模式通信，能够节约通信资源，在保障关键告警实时性的同时降低了日常通信流量。

45、3、本发明通过分级预警配合短信、app推送、scada告警多种通知通道，确保运维人员不会遗漏关键告警，当达到红色危险等级时自动进入保电模式，避免了因人为误操作导致的能量浪费，通过远程参数配置和远程固件升级功能，所有参数调整和程序更新均可远程完成，无需维护人员携带专用工具到现场拆柜操作，大大降低了分布式设备的运维成本，固件升级失败自动回退机制保证了升级操作的安全性。

46、4、本发明通过设置本地数据缓存模块，在网络异常期间暂存待上传数据，通信恢复后自动补传，保证了运行数据的连续性，为后续的云端分析提供了完整的数据基础，通过云平台汇聚多台设备的长周期运行数据，运用趋势分析预测超级电容和ups的剩余有效寿命，能够有效降低非计划停机风险。