单节阻抗独立采集变电站蓄电池容量无损检测方法与流程

本发明涉及变电站铅酸蓄电池容量检测相关，尤其涉及单节阻抗独立采集变电站蓄电池容量无损检测方法。

背景技术：

1、变电站铅酸蓄电池组需要定期核容以确认其实际可用容量是否满足运行要求。传统核容方法通常对蓄电池进行完全放电测试，不仅耗时耗能，还会加速电池老化、缩短使用寿命。部分方案采用能量回馈式放电核容，将放电能量回馈电网以降低能耗，但仍涉及完全放电过程，并非严格意义上的无损检测。

2、电化学阻抗谱技术通过在电池上施加小幅正弦交流信号并测量响应阻抗谱来分析电池内部电化学特性，是一种非破坏性检测手段。现有基于阻抗的电池容量估计方案多面向锂电池或汽车电池，部分方案在单体电池放电过程中进行阻抗分析，本质仍伴随放电；针对变电站铅酸蓄电池在浮充工况下的单节独立阻抗采集、特定频点选取、等效电路模型参数辨识及铅酸专用阻抗-容量映射的完整技术方案尚不充分。部分方案仅笼统提及eis和等效电路，未公开等效电路拓扑、模型参数含义、参数辨识方法、参数到容量的映射关系及测试条件，导致公开不充分、难以实施。此外，在浮充工况下注入交流信号对直流系统安全运行的影响控制措施也需明确。

3、因此，需要一种在浮充工况下对每节单体独立采集阻抗、基于特定频点与铅酸专用映射模型估算容量的无损检测方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供单节阻抗独立采集变电站蓄电池容量无损检测方法，以解决上述背景技术中提出的统核容需完全放电、耗时耗能且加速电池老化的问题，以及现有阻抗法在变电站铅酸浮充工况下单节独立采集、频点选择、模型辨识与容量映射公开不充分的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：单节阻抗独立采集变电站蓄电池容量无损检测方法，包括，

3、在浮充工况下为变电站蓄电池组中每节单体铅酸蓄电池配置一个独立的阻抗测量模块，各阻抗测量模块的信号采集侧与通信侧电气隔离；

4、由边缘汇聚节点依次控制各阻抗测量模块向对应单体注入特定频点集合中的正弦交流信号，并采集对应单体的电压响应与电流响应，得到单节阻抗谱数据；

5、依据铅酸蓄电池在各频段的电化学响应特征从单节阻抗谱数据选取有效频点集合，并对有效频点下的阻抗数据进行噪声滤波、漂移校正与温度修正；

6、将温度修正后的阻抗数据代入预设的等效电路模型，采用参数辨识算法对模型参数进行辨识，得到与单体容量及健康状态相关的目标模型参数；

7、依据预设的参数到容量的映射关系，由目标模型参数计算对应单体的容量估计值，将容量估计值与基于该单体历史数据的容量衰减基准比较，输出该单体的容量评估结果。

8、进一步，特定频点集合依据铅酸蓄电池的电化学阻抗特征确定，至少覆盖反映双电层电容的中高频段、反映电荷转移过程的中频段及反映扩散过程的低频段；每个有效频点对应预设的注入信号幅值，注入信号幅值小于设定阈值以保证测量过程对直流系统浮充运行的影响处于允许范围内；各单体阻抗测量按单体标识顺序依次执行或按汇聚节点调度分时执行，以避免多节点同时注入信号相互干扰。

9、进一步，等效电路模型为randles等效电路模型或双rc等效电路模型；randles等效电路模型至少包括欧姆电阻、电荷转移电阻、双电层电容及warburg扩散元件，其中欧姆电阻与铅酸蓄电池可用容量之间具有预先标定的单调对应关系；参数到容量的映射关系由样本蓄电池在标准放电核容实验中测得的各频点阻抗数据与对应实际容量进行拟合得到，并以查找表或拟合公式形式存储。

10、进一步，参数辨识算法为非线性最小二乘拟合算法、遗传算法或扩展卡尔曼滤波算法；参数辨识过程以阻抗谱数据中有效频点下的实部与虚部为拟合目标，以模型参数的物理合理范围作为约束条件，以残差收敛至设定收敛标准作为辨识结束条件；参数辨识的初值依据同型号铅酸蓄电池的历史辨识结果或标称参数确定。

11、进一步，温度修正包括：以单体的实时温度与参考温度之差对阻抗数据进行温度修正，修正后的阻抗数据用于参数辨识；噪声滤波包括：对同一频点下的多次采样响应进行均值滤波或中值滤波，并对滤波后的响应计算阻抗幅值与相位。

12、进一步，方法还包括直流系统安全运行控制步骤：在注入正弦交流信号前，由边缘汇聚节点检测蓄电池组所处直流系统的浮充状态及母线电压，仅在浮充状态正常且母线电压处于允许范围内时启动阻抗测量；阻抗测量过程中实时监测母线电压，当母线电压偏离允许范围时中止后续频点注入并退出测量。

13、进一步，容量评估结果包括单体容量估计值、容量保持率及容量等级；容量保持率由容量估计值与该单体标称容量的比值计算；容量等级依据容量保持率与至少两个容量等级阈值比较确定，不同容量等级对应不同的维护建议。

14、进一步，方法还包括模型校正步骤：以预设周期或累计运行时间触发对部分单体进行标准放电核容校核，将校核得到的实际容量与该方法输出的容量估计值比较，依据比较得到的误差对参数到容量的映射关系进行校正更新。

15、进一步，各阻抗测量模块经rs485总线与边缘汇聚节点连接，各模块具有独立地址；边缘汇聚节点通过下发测量命令帧指定待测单体地址、频点序列及注入信号幅值，阻抗测量模块返回包含单体标识、频点、阻抗实部、阻抗虚部及温度字段的测量响应帧。

16、进一步，无损检测为不对蓄电池进行完全放电核容的容量评估；容量估计值与实际容量的误差在预设测试条件下不超过设定误差范围，预设测试条件包括铅酸蓄电池的型号、标称容量、温度范围、荷电状态范围及浮充工况。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在浮充工况下通过单节独立阻抗测量模块对各单体注入特定频点正弦信号并采集响应，避免了对蓄电池进行完全放电核容，实现容量无损评估；通过依据铅酸蓄电池电化学响应特征选取有效频点并进行温度修正与噪声滤波，提高了阻抗数据的可靠性；通过等效电路模型参数辨识及铅酸专用的参数到容量映射关系，建立了从阻抗数据到容量估计的可复现技术路径；通过直流系统安全运行控制步骤，保证阻抗测量过程不影响变电站直流系统浮充运行安全；通过模型校正步骤，利用少量标准核容校核数据对映射关系进行校正，在维持无损检测优势的同时逐步提升容量估计精度。

1.单节阻抗独立采集变电站蓄电池容量无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的单节阻抗独立采集变电站蓄电池容量无损检测方法，其特征在于，所述特定频点集合依据铅酸蓄电池的电化学阻抗特征确定，至少覆盖反映双电层电容的中高频段、反映电荷转移过程的中频段及反映扩散过程的低频段，每个有效频点对应预设的注入信号幅值，注入信号幅值小于设定阈值以保证测量过程对直流系统浮充运行的影响处于允许范围内，各单体阻抗测量按单体标识顺序依次执行或按汇聚节点调度分时执行，以避免多节点同时注入信号相互干扰。

3.根据权利要求1所述的单节阻抗独立采集变电站蓄电池容量无损检测方法，其特征在于，所述等效电路模型为randles等效电路模型或双rc等效电路模型，所述randles等效电路模型至少包括欧姆电阻、电荷转移电阻、双电层电容及warburg扩散元件，其中欧姆电阻与铅酸蓄电池可用容量之间具有预先标定的单调对应关系，所述参数到容量的映射关系由样本蓄电池在标准放电核容实验中测得的各频点阻抗数据与对应实际容量进行拟合得到，并以查找表或拟合公式形式存储。

4.根据权利要求1所述的单节阻抗独立采集变电站蓄电池容量无损检测方法，其特征在于，所述参数辨识算法为非线性最小二乘拟合算法、遗传算法或扩展卡尔曼滤波算法，参数辨识过程以阻抗谱数据中有效频点下的实部与虚部为拟合目标，以模型参数的物理合理范围作为约束条件，以残差收敛至设定收敛标准作为辨识结束条件，参数辨识的初值依据同型号铅酸蓄电池的历史辨识结果或标称参数确定。

5.根据权利要求1所述的单节阻抗独立采集变电站蓄电池容量无损检测方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的单节阻抗独立采集变电站蓄电池容量无损检测方法，其特征在于，所述方法还包括直流系统安全运行控制步骤：

7.根据权利要求1所述的单节阻抗独立采集变电站蓄电池容量无损检测方法，其特征在于，所述容量评估结果包括单体容量估计值、容量保持率及容量等级，容量保持率由所述容量估计值与该单体标称容量的比值计算，容量等级依据容量保持率与至少两个容量等级阈值比较确定，不同容量等级对应不同的维护建议。

8.根据权利要求1所述的单节阻抗独立采集变电站蓄电池容量无损检测方法，其特征在于，所述方法还包括模型校正步骤：以预设周期或累计运行时间触发对部分单体进行标准放电核容校核，将校核得到的实际容量与该方法输出的容量估计值比较，依据比较得到的误差对所述参数到容量的映射关系进行校正更新。

9.根据权利要求1所述的单节阻抗独立采集变电站蓄电池容量无损检测方法，其特征在于，各阻抗测量模块经rs485总线与边缘汇聚节点连接，各模块具有独立地址，边缘汇聚节点通过下发测量命令帧指定待测单体地址、频点序列及注入信号幅值，阻抗测量模块返回包含单体标识、频点、阻抗实部、阻抗虚部及温度字段的测量响应帧。

10.根据权利要求1所述的单节阻抗独立采集变电站蓄电池容量无损检测方法，其特征在于，所述无损检测为不对蓄电池进行完全放电核容的容量评估，所述容量估计值与实际容量的误差在预设测试条件下不超过设定误差范围，所述预设测试条件包括铅酸蓄电池的型号、标称容量、温度范围、荷电状态范围及浮充工况。