储能电站智能运检设备
技术领域
本发明涉及储能电站的设备状态监视检修技术领域，具体而言，涉及一种储能电站智能运检设备。
背景技术
为了促进我国能源产业的优化升级，响应国家号召实现清洁低碳发展，近年来，我国大力发展清洁能源，风能、太阳能、光伏都实现了跨越式的发展。然而，在清洁能源高速发展的同时，波动性、间歇式新能源并网给电网的调控运行、安全控制等诸多方面带来了不利影响，极大地限制了清洁能源的有效利用。全球范围内新能源产业快速发展，电力系统中具有间歇性、波动性的电源占比逐渐提升，导致电力系统中调峰、调频等服务的需求迅速增加，电池储能电站作为灵活性调节资源越来越多地参与到电力市场当中。电力系统中储能电站的建设和运营规模快速增长。在行业快速发展的背景下，储能电站中设备数量多、故障原因复杂、火灾隐患大，导致储能电站的运维检修成本较高。因此，目前电池储能电站中运维检修业务成本高成为制约行业发展的关键瓶颈之一。
因此，设计一种基于设备数据深度挖掘的储能电站智能运检设备及其控制方法，以减少运维检修时间和降低设备故障分析的难度，这是目前急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的提供了一种储能电站智能运检设备，其能够减少运维检修时间和降低设备故障分析的难度。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明实施例提供一种储能电站智能运检设备，所述储能电站智能运检设备包括数据处理服务器以及与所述数据处理服务器连接的设备数据采集系统、应用服务器、移动运检终端、消防设备；
所述设备数据采集系统用于采集储能电站的运行参数，并传输至所述数据处理服务器；
所述数据处理服务器用于存储、处理所述运行参数，并传输至所述应用服务器和所述移动运检终端；
所述应用服务器用于安装在控制室，所述应用服务器和所述移动运检终端上均安装有智能运检控制软件，所述应用服务器和所述移动运检终端根据所述智能运检控制软件对所述运行参数进行处理，得到设备故障状态；所述应用服务器和所述移动运检终端再根据所述设备故障状态，发出提醒信号和向所述消防设备发送消防指令。
在可选的实施方式中，所述智能运检控制软件中将所述故障状态设定有四个等级：火灾状态、故障状态、高隐患状态和正常状态；
所述数据处理服务器还用于向所述应用服务器和所述移动运检终端发送所述故障状态。
在可选的实施方式中，所述设备数据采集系统包括电池温度传感器、电池泄压阀传感器、电池内阻检测装置、电池簇电流传感器、可燃气体传感器和烟雾报警器。
在可选的实施方式中，当所述设备数据采集系统检测到多个位置的电池温度T大于或等于180℃，或者多个所述烟雾报警器有动作，则所述数据处理服务器判定电池处于所述火灾状态，所述数据处理服务器向所述应用服务器和所述移动运检终端发送火灾告警信号，并控制所述消防设备进行降温灭火操作。
在可选的实施方式中，当所述设备数据采集系统检测到所述烟雾报警器无动作、电池温度T小于180℃但大于或等于120℃、所述电池泄压阀有动作、所述可燃气体传感器有动作、电池内阻小于10mΩ、且电池簇电流I的绝对值大于或等于Imax，则所述数据处理服务器判定电池处于所述故障状态，所述数据处理服务器向所述应用服务器和所述移动运检终端发送设备故障信号，并控制设备停机。
在可选的实施方式中，当所述设备数据采集系统检测到电池簇间电压差C1、电池簇电压极值C2、电池簇间电流差C3、电池簇电流极值C4、电池簇荷电状态差值C5、电池簇荷电状态极值C6、电池簇健康度差值C7、电池簇健康度极值C8中任一项超出预设范围，则所述数据处理服务器判定电池舱处于所述高隐患状态，所述数据处理服务器向所述应用服务器和所述移动运检终端发送故障预警信号。
在可选的实施方式中，当所述设备数据采集系统检测到电池模组电压差值M1、电池模组电压极值M2、电池模组等电压增量容量值M3、电池模组电流极值M4中任一项超出预设范围，则所述数据处理服务器判定电池簇处于所述高隐患状态，所述数据处理服务器向所述应用服务器和所述移动运检终端发送故障预警信号。
在可选的实施方式中，当所述设备数据采集系统检测到模组内单体电池温度差值N1、模组内单体电池温度极值N2、模组内单体电池温度方差N3、模组内单体电压差值N4、模组内单体电压极值N5、模组内单体电压方差N6、电池模组等电压增量容量值N7中任一项超出预设范围，则所述数据处理服务器判定电池模组处于所述高隐患状态，所述数据处理服务器向所述应用服务器和所述移动运检终端发送故障预警信号。
在可选的实施方式中，当所述设备数据采集系统检测到单体电池温度极值D1、单体电压极值D2、单体电池温度升高速度D3、单体电池温度降低速度D4、单体电池电压增加速度D5、单体电池电压降低速度D6、单体电池内阻变化率D7中任一项超出预设范围，则所述数据处理服务器判定单体电池处于所述高隐患状态，所述数据处理服务器向所述应用服务器和所述移动运检终端发送故障预警信号。
在可选的实施方式中，当所述设备数据采集系统检测到逆变器温度Tz大于或等于180℃、所述烟雾报警器有动作、且所述可燃气体传感器有动作，则所述数据处理服务器判定逆变器处于所述火灾状态，所述数据处理服务器向所述应用服务器和所述移动运检终端发送火灾告警信号，并控制所述消防设备进行降温灭火操作；
当所述设备数据采集系统检测到交流熔丝断告警信息Z4和直流熔丝断告警信息Z5，则所述数据处理服务器判定逆变器处于所述故障状态，所述数据处理服务器向所述应用服务器和所述移动运检终端发送设备故障信号，并控制设备停机；
当所述设备数据采集系统检测到交流侧电压极值Z1、直流侧电压极值Z2、交流侧频率Z3中的任一项超出预设范围，则所述数据处理服务器判定逆变器处于所述高隐患状态，所述数据处理服务器向所述应用服务器和所述移动运检终端发送故障预警信号。
本发明实施例提供的储能电站智能运检设备的有益效果：
该设备的状态分析过程采用了基于数据深度挖掘技术的设备故障状态评价模型，能够发现设备的高隐患状态，并发出故障预警信号和提供预防性维护的操作措施。储能电站智能运检设备可以提前设别高隐患状态并发出设备故障信号，再利用设备故障专家诊断功能分析设备故障原因，利用手持移动运检终端导航到该故障设备，最后利用设备运维检修辅助功能进行工单和操作票管理，保障检修过程的规范性和提高业务流程的实施效率。在设备发生火灾情况下自动控制消防设备实现快速地降温灭火，以避免发生更大规模的火灾或者爆炸事故。该储能电站智能运检设备可以提高储能电站的运维检修效率和资产管理智能化水平，包括缩短设备故障或火灾发现时间、减少设备故障检修时间、降低运维检修成本、提高设备利用率、延缓设备性能衰减、提高资产管理精细化水平，进而提升储能电站在全生命周期内综合收益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例提供的储能电站智能运检设备的组成框图。
图标：100-储能电站智能运检设备；110-数据处理服务器；120-设备数据采集系统；130-应用服务器；140-移动运检终端；150-消防设备；160-智能运检控制软件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
请参考图1，本实施例提供了一种储能电站智能运检设备100，数据处理服务器110以及与数据处理服务器110连接的设备数据采集系统120、应用服务器130、移动运检终端140、消防设备150。其中，各个部件的通信可以采用有线通信技术和无线通信技术。有线通信技术包括光纤通信、网线通信、同轴电缆通讯等；无线通信技术包括4G、5G、LoRa、WiFi、ZigBee、NBloT等技术。数据处理服务器110可以是RISC服务器或CISC服务器。移动运检终端140包括手机、平板电脑等，移动运检终端140可以安装和运行智能运检控制软件160，具有导航功能、扫描二维码、声音报警等功能。该移动运检终端140可以通过无线通信技术跟数据处理服务器110进行双向信息通信。
设备数据采集系统120用于采集储能电站的运行参数，并传输至数据处理服务器110。设备数据采集系统120包括电池温度传感器、电池泄压阀传感器、电池内阻检测装置、电池簇电流传感器、可燃气体传感器、烟雾报警器等。
其中，电池温度为T，其值范围为[-30℃,200℃]；电池泄压阀信号为X1，其值为0或1，0代表无动作，1代表有动作；电池内阻为R，其值范围为[0mΩ,500mΩ]；电池簇电流为I1，其值受到电池簇内电池类型、数量、串并联情况等因素影响，其值范围在[-Imax,Imax]；可燃气体信号为X2，其值为0或1，0代表无动作，1代表有动作；烟雾告警信号为S1，其值为0或1，0代表无动作，1代表有动作。
数据处理服务器110用于存储、处理运行参数，并传输至应用服务器130和移动运检终端140。应用服务器130用于安装在控制室，应用服务器130和移动运检终端140上均安装有智能运检控制软件160，应用服务器130和移动运检终端140根据智能运检控制软件160对运行参数进行处理，得到设备故障状态；应用服务器130和移动运检终端140可根据设备故障状态，发出提醒信号和向消防设备150发送消防指令。
智能运检控制软件160的功能包括设备状态监视、发送设备预警信号、设备故障专家诊断、设备运维检修辅助、火灾告警信号与降温灭火操作。
智能运检控制软件160中将故障状态设定有四个等级：1级为火灾状态、2级为故障状态、3级为高隐患状态、4级为正常状态；数据处理服务器110还用于向应用服务器130和移动运检终端140发送故障状态。
具体的，电池的火灾状态和设备故障状态，请参阅下表：
从上表可知，当设备数据采集系统120检测到多个位置的电池温度T大于或等于180℃、或者多个烟雾报警器有动作，则数据处理服务器110判定电池处于火灾状态，数据处理服务器110向应用服务器130和移动运检终端140发送火灾告警信号，并控制消防设备150进行降温灭火操作。当设备数据采集系统120检测到烟雾报警器无动作、电池温度T大于或等于120℃且小于180℃、电池泄压阀有动作、可燃气体传感器有动作、电池内阻小于10mΩ、且电池簇电流I的绝对值大于或等于Imax，则数据处理服务器110判定电池处于故障状态，数据处理服务器110向应用服务器130和移动运检终端140发送设备故障信号，并控制设备停机。
设备故障评价模型将储能电站中设备分为电池舱、电池簇、电池模组、单体电池、逆变器。单体电池通过串联或者并联组成电池模组，电池模组通过串联组成电池簇，电池簇通过并联构成电池舱，电池舱的直流母线接入逆变器，逆变器的功能为实现交流和直流的转换，为电池舱进行充电和放电操作。设备故障评价模型中针对不同类型设备建立了多指标评价体系。不同储能电站中电池的连接关系存在差异，因此设备故障评价模型中不同指标的范围也有差异，为了方便描述分析过程设定不同参数的差值阈值为a、极大值阈值为b、极小值阈值为c、方差的阈值为d、变化速度的阈值为e。
电池舱的故障评价指标包括电池簇间电压差C1、电池簇电压极值C2、电池簇间电流差C3、电池簇电流极值C3、电池簇荷电状态(SOC)差值C4、电池簇荷电状态极值C5、电池簇健康度(SOH)差值C6、电池簇健康度极值C7、电池舱内温度、电池舱内可燃气气体告警信息、电池舱内烟雾报警信息等，这些指标主要评价电池舱内电池簇之间性能差异及故障信息，根据指标与规定设备阈值关系分析电池舱处于设备4种故障状态中哪一种状态，如下表所示：
其中，C2b表示电池簇电压极大值阈值，C2c表示电池簇电压极小值阈值。C2<C2c表示电池簇电压极值小于电压极小值阈值，用于识别设备高隐患状态包括电池电压过低情形。C2>C2b表示电池簇电压极值大于电压极大值阈值，用于识别设备高隐患状态包括电池电压过高情形。从上表可知，当设备数据采集系统120检测到电池簇间电压差C1、电池簇电压极值C2、电池簇间电流差C3、电池簇电流极值C4、电池簇荷电状态差值C5、电池簇荷电状态极值C6、电池簇健康度差值C7、电池簇健康度极值C8中任一项超出预设范围，则数据处理服务器110判定电池舱处于高隐患状态，数据处理服务器110向应用服务器130和移动运检终端140发送故障预警信号。
电池簇的故障评价指标包括电池模组电压差值M1、电池模组电压极值M2、电池模组等电压增量容量值M3、电池模组电流极值M4、电池模组内温度、电池簇内可燃气气体告警信息、电池簇内烟雾报警信息等，这些指标主要评价电池簇内电池模组之间差异及故障信息，根据指标与规定设备阈值关系分析电池簇处于设备4种故障状态中哪一种状态，如下表所示：
从上表可知，当设备数据采集系统120检测到电池模组电压差值M1、电池模组电压极值M2、电池模组等电压增量容量值M3、电池模组电流极值M4中任一项超出预设范围，则数据处理服务器110判定电池簇处于高隐患状态，数据处理服务器110向应用服务器130和移动运检终端140发送故障预警信号。
电池模组的故障评价指标包括模组内单体电池温度差值N1、模组内单体电池温度极值N2、模组内单体电池温度方差N3、模组内单体电压差值N4、模组内单体电压极值N5、模组内单体电压方差N6、电池模组等电压增量容量值N7、电池模组内可燃气气体告警信息、电池模组内烟雾报警信息等，这些指标主要评价电池模组内单体电池之间差异及故障信息，根据指标与规定设备阈值关系分析电池模组处于设备4种故障状态中哪一种状态，如下表所示：
从上表可知，当设备数据采集系统120检测到模组内单体电池温度差值N1、模组内单体电池温度极值N2、模组内单体电池温度方差N3、模组内单体电压差值N4、模组内单体电压极值N5、模组内单体电压方差N6、电池模组等电压增量容量值N7中任一项超出预设范围，则数据处理服务器110判定电池模组处于高隐患状态，数据处理服务器110向应用服务器130和移动运检终端140发送故障预警信号。
单体电池的故障评价指标包括单体电池温度极值D1、单体电压极值D2、单体电池温度升高速度D3、单体电池温度降低速度D4、单体电池电压增加速度D5、单体电池电压降低速度D6、单体电池内阻变化率D7等，这些指标主要评价单体电池的故障信息，根据指标与规定设备阈值关系分析单体电池处于设备4种故障状态中哪一种状态，如下表所示：
从上表可知，当设备数据采集系统120检测到单体电池温度极值D1、单体电压极值D2、单体电池温度升高速度D3、单体电池温度降低速度D4、单体电池电压增加速度D5、单体电池电压降低速度D6、单体电池内阻变化率D7中任一项超出预设范围，则数据处理服务器110判定单体电池处于高隐患状态，数据处理服务器110向应用服务器130和移动运检终端140发送故障预警信号。
逆变器的故障评价指标包括交流侧电压极值Z1、直流侧电压极值Z2、交流侧频率Z3、交流熔丝断告警信息Z4、直流熔丝断告警信息Z5、设备过热告警信息Z6、设备过载告警信息Z7、接触器故障告警信息Z8、逆变器温度Tz等。这些指标主要评价逆变器的故障信息，根据指标与规定设备阈值关系分析逆变器处于设备4种故障状态中哪一种状态，如下表所示：
从上表可知，当设备数据采集系统120检测到逆变器温度Tz大于或等于180℃、烟雾报警器有动作、且可燃气体传感器有动作，则数据处理服务器110判定逆变器处于火灾状态，数据处理服务器110向应用服务器130和移动运检终端140发送火灾告警信号，并控制消防设备150进行降温灭火操作；
当设备数据采集系统120检测到逆变器温度Tz大于或等于120℃且小于180℃、交流熔丝断告警信息Z4和直流熔丝断告警信息Z5，则数据处理服务器110判定逆变器处于故障状态，数据处理服务器110向应用服务器130和移动运检终端140发送设备故障信号，并控制设备停机；
当设备数据采集系统120检测到交流侧电压极值Z1、直流侧电压极值Z2、交流侧频率Z3中的任一项超出预设范围，则数据处理服务器110判定逆变器处于高隐患状态，数据处理服务器110向应用服务器130和移动运检终端140发送故障预警信号。
储能电站中所有表征故障参数均处于正常范围，则该设备为4级状态，即为正常状态，表明该设备性能正常，该设备不用执行运维检修操作。
智能运检控制软件160中的设备状态监控功能，可实时分析储能电站中电池舱、电池簇、电池模组、单体电池、逆变器的上述设备故障指标，并与其指标对应阈值进行比较以判定设备故障状态，实现实时监测储能电站中设备的故障状态。设备状态监控功能为储能电站中运维检修人员提供实时监控设备故障状态的服务，有利于运维检修人员及时发现处于火灾状态、故障状态、高隐患状态的设备。
智能运检控制软件160中设备故障预警功能，提前识别设备高隐患状态包括电池电压过高、电池电压过低、电池内阻过大、电池温度过高、电池温度过低等，发出故障预警信号，提醒运维检修人员进行设备维护操作。该功能可以用于储能电站中运维检修人员发现高安全/高隐患状态的设备，能够准确地定位存在高隐患设备的编号和异常指标参数。
储能电站中设备故障预警的类型和预防性维护操作措施，说明见下表：
储能电站智能运检设备100中故障专家诊断功能，能够利用设备故障图谱库技术快速地分析设备故障原因。该设备故障图谱库包括储能电池系统故障图谱、储能逆变器故障图谱。通过分析设备的运行参数和表征故障状态的多种指标，搜索设备故障图谱库中与之匹配的故障原因，并快速显示设备故障原因。该功能可以辅助运维检修人员快速地分析设备故障原因，减少故障分析的时间，提高运维检修过程的效率。
储能电站智能运检设备100中运维检修辅助功能，能够准确地定位故障设备，结合移动运检终端140导航到故障设备。移动运检终端140通过无线通信技术与数据处理服务器110进行信息交互，获得软件中计算结果，并在终端App上进行显示，能够查看设备的运行参数、故障预警类型、设备故障原因等信息，可以辅助运维检修人员进行设备检修操作。
储能电站智能运检设备100中运维检修辅助功能，能够根据设备的火灾告警信号、设备故障信号、故障预警信号等，生成设备运维检修的工单和操作票。运维检修人员可以在应用服务器130的智能运检控制软件160上制定设备巡检计划和设备检修计划，包括日期、人员、巡检或检修内容、过程资料录入、结果资料录入。运维检修人员根据工单和操作票要求进行操作，可以保障巡检和检修过程的操作规范性，实现运检过程中关键资料电子化录入。此外，运维检修人员可以查询历史运检记录和检修人员记录，方便进行工作管理和考核。
储能电站智能运检设备100中火灾告警信号与降温灭火操作，能够发现设备火灾并通过移动运检终端140发出火灾告警声音，同时联动控制消防设备150进行精准灭火操作。其中，消防设备150包括七氟丙烷灭火装置、细水雾灭火装置。该功能可以用于储能电站中运维检修人员进行设备灭火操作。
当储能电站中电池舱内有设备出现1级火灾风险，该消防设备150自动执行1级消防响应措施，操作内容包括电池舱停机、空调或风机设备停机、七氟丙烷气体灭火装置和细水雾灭火装置启动，其中，细水雾灭火装置操作为启动所有喷头进行快速地降温灭火。消防设备150启动灭火操作后，继续实时监测电池舱内部电池温度、可燃气体和烟雾等数据，当电池舱内所有设备的温度低于50℃且该状态持续时间大于2小时，七氟丙烷气体灭火装置和细水雾灭火装置停止灭火操作，然后继续监测设备的温度1小时。在消防装置停止灭火操作后1小时内，如果电池舱内设备温度出现回升且温度大于50℃，细水雾灭火装置启动进行降温；当电池舱内设备温度未出现温度回升或者温度回升但低于50℃，消防设备150完成灭火操作。
当储能电站中电池舱内有设备出现2级火灾风险，该消防设备150自动执行2级消防响应措施，操作内容包括电池舱停机、空调或风机设备停机、七氟丙烷气体灭火装置和细水雾灭火装置启动，其中，细水雾灭火措施操作为启动处于告警状态设备附近的喷头进行精准地降温灭火。消防设备150启动灭火操作后，继续实时监测电池舱内部电池温度、可燃气体和烟雾等数据，当电池舱中告警状态设备的温度低于50℃且该状态持续时间大于2小时，七氟丙烷气体灭火装置和细水雾灭火装置停止灭火操作，然后继续监测该设备的温度1小时。在消防装置停止灭火操作后1小时内，如果电池舱内该设备温度出现回升且温度大于50℃，对应的细水雾喷头启动进行降温；当电池舱内设备温度未出现温度回升或者温度回升但低于50℃，消防设备150完成灭火操作。
本发明实施例提供的储能电站智能运检设备100的有益效果：
1.实现设备状态实时检测：能够通过多种指标参数实时分析设备的故障状态，方便运维检修人员远程监视设备状态；
2.实现设备故障预警：能够发现设备高隐患状态，提前通知运维检修人员进行设备维护，实现基于设备状态的预防性维护，避免设备故障后再进行检修，减少了设备意外停机和提高设备利用率；
3.实现故障专家诊断：为运维检修人员诊断故障原因，提供了技术辅助服务，缩短故障诊断时间；
4.实现运维检修过程规范管理：提供工单和操作票管理，辅助运维检修人员按规章进行操作，移动巡检终端也辅助运维检修人员进行故障设备定位、导航、设备历史数据查询等服务；
5.实现设备消防精准控制：提高消防精准度和自动化程度，避免消防过程中对正常设备的影响。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
