一种电化学储能安全防护系统

本发明涉及安全防护，尤其涉及一种电化学储能安全防护系统。

背景技术：

1、电化学储能技术，特别是以锂离子电池为代表的储能技术，近年来发展迅速，已成为构建新型电力系统、解决新能源技术波动性、间歇性和随机性问题的关键一环。这一技术在电力系统中发挥着越来越重要的作用，如平抑发电及负荷波动、提升发电机组灵活调节能力、为电网运行提供调峰、调频、调压等多种服务。随着新能源行业的快速发展，储能电站的配置逐渐增加，对电化学储能安全防护系统的需求也日益迫切。

2、经检索，中国专利号为cn116013049a的发明专利，公开了一种电化学储能系统火灾防护方法、装置和设备，属于消防安全技术领域。包括：响应接收到的防护请求，通过综合监测模块采集电化学储能系统的多组监测数据；根据各组监测数据分别选取对应的预警策略进行轮询，生成多个轮询结果；响应全部轮询结果，通过声光报警器执行对应的提醒操作，并确定是否执行防护操作；若确定执行，则通过放气勿入指示灯和火灾抑制模块执行防护操作。

3、与现有技术相比，该中国专利号为cn115909625a的发明专利，通过响应接收到的防护请求，通过综合监测模块采集电化学储能系统的多组监测数据，选取对应的预警策略分别对各组监测数据分别进行轮询，生成多个轮询结果，响应全部轮询结果，通过声光报警器执行对应的提醒操作，并确定是否执行防护操作，若确定执行防护操作，则通过放气勿入指示灯和火灾抑制模块执行防护操作。在整个电化学储能系统火灾防护的过程中，通过多参数耦合进行多维判断，提升了电化学储能系统的安全性。

4、然而上述装置在使用过程中，预警策略的制定需要基于丰富的历史数据和专家经验，但由于电化学储能技术的快速发展和应用场景的多样性，上述装置的预警策略可能无法完全适应所有情况，因此，提出一种电化学储能安全防护系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在，预警策略的制定需要基于丰富的历史数据和专家经验，但由于电化学储能技术的快速发展和应用场景的多样性，上述装置的预警策略可能无法完全适应所有情况的缺点，而提出的一种电化学储能安全防护系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种电化学储能安全防护系统，包括：

4、数据采集模块：负责通过高精度传感器网络实时采集电化学储能系统数据，包括温度、压力、气体浓度、湿度、电磁干扰等；

5、数据处理与存储模块：负责对采集到的原始数据进行预处理、清洗、压缩和存储，为后续的数据分析提供高质量的数据源；

6、对抗生产网络数据增强模块：负责利用生成对抗网络生成额外的模拟数据，以增加数据多样性，支持更复杂的分析场景，提高模型泛化能力；

7、智能分析模块：负责利用大数据分析和人工智能算法对历史数.据进行深度挖掘和学习，发现潜在的安全隐患和规律；

8、预警策略模块：负责根据智能分析模块的结果，动态调整和优化预警策略，包括预警阈值、预警级别、响应措施等；

9、环境监测模块：负责集成多环境因子监测模块，实时感知并评估环境因素(如温度、湿度、电磁干扰等)对电化学储能系统的影响；

10、响应与执行模块：负责根据预警信息，自动触发相应的防护操作，如自动断电、自动喷水灭火、调节环境参数等；

11、用户交互模块：提供用户界面；

12、所述数据采集模块将实时采集到的电化学储能系统数据(如温度、压力、气体浓度等)传输给数据处理与存储模块以及对抗生产网络数据增强模块，所述对抗生产网络数据增强模块将生成的模拟数据传输给数据处理与存储模块，所述环境监测模块采集到的环境数据发送到数据处理与存储模块以及预警策略模块，所述数据处理与存储模块将处理后的数据提供给智能分析模块，以及将历史数据提供给对抗生产网络数据增强模块，所述智能分析模块将分析结果(如潜在的安全隐患、系统状态评估等)传输给预警策略模块，所述智能分析模块将部分分析结果(如系统健康状态、预警信息等)传输给用户交互模块，直接展示在用户界面上，所述预警策略模块将制定好的预警策略和响应措施传输给响应与执行模块，所述预警策略模块将预警信息和响应措施传输给用户交互模块，展示在用户界面上，所述环境监测模块将评估得到的环境因素对电化学储能系统的影响数据传输给智能分析模块，所述响应与执行模块将执行结果(如防护操作的成功与否、系统状态变化等)传输给用户交互模块，展示在用户界面上。

13、上述技术方案进一步包括：

14、进一步地，所述数据采集模块包括传感器网络、数据采集单元以及数据传输单元，所述传感器网络负责测量电化学储能系统中的温度、压力、气体浓度、湿度和电磁干扰等参数，所述数据采集单元负责接收来自传感器网络的电信号，进行初步的信号处理(如放大、滤波、模数转换等)，将模拟信号转换为数字信号，所述数据传输单元负责将采集到的数字信号通过有线或无线方式传输给数据处理与存储模块，所述传感器网络将感知到的物理量转换为数字信号后，通过接口(如模拟信号接口、数字信号接口等)传输给数据采集单元，所述数据采集单元对接收到的数字信号进行初步处理后，将转换成的数字信号通过内部总线或接口(如串口、网口、can总线等)传输给数据传输单元。

15、进一步地，所述对抗生产网络数据增强模块利用生成对抗网络生成额外的模拟数据，具体步骤为：

16、数据准备：

17、数据收集：接收电化学储能系统数据以及数据处理与存储模块提供的历史数据；

18、数据预处理：对收集到的数据进行预处理；

19、定义对抗生产网络结构：

20、生成器：负责生成与真实数据相似的新数据样本，在训练过程中，所述生成器的目标是生成真实的数据，以欺骗判别器；

21、输入：随机噪声向量z；

22、输出：合成的数据g(z)；

23、判别器：负责区分输入的数据是真实数据还是由生成器生成的假数据，在训练过程中，所述判别器的目标是准确地区分真实数据和生成数据；

24、输入：真实数据x或生成器生成的数据g(z)；

25、输出：一个概率值d(x)，表示输入是真实的概率；

26、定义损失函数：

27、生成对抗网络的训练目标是最小化生成器的损失同时最大化判别器的损失，这通过以下公式表示：

28、

29、其中，pdata(x)是真实数据的分布，pz(z)是噪声的分布，d(x)是判别器对真实x的判断，d(g(z))判别器对生成g(z)的判断；

30、训练过程：

31、初始化：随机初始化生成器和判别器的参数；

32、迭代训练：

33、训练判别器：固定生成器的参数，通过优化判别器的损失函数来更新判别器的参数；

34、训练生成器：固定判别器的参数，通过优化生成器的损失函数来更新生成器的参数；

35、重复迭代：重复上述迭代训练，直到达到预设的训练轮数或满足其他停止条件；

36、合成数据：

37、使用训练好的生成器，输入随机噪声向量z，生成新的数据g(z)；

38、数据合并：

39、将合成的数据g(z)与其他数据进行合并，形成最终的数据集。

40、进一步地，所述数据处理与存储模块包括数据预处理单元、数据清洗单元、数据压缩单元、分布式存储单元以及并行处理单元，所述数据预处理单元负责对数据采集模块采集到的电化学储能系统数据、环境监测模块采集到的环境数据以及对抗生产网络数据增强模块将生成的模拟数据进行初步处理，包括数据格式的转换、异常值的剔除、缺失值的填补等，以提高数据质量，所述数据清洗单元负责进一步清理数据，去除噪声、重复记录等无用信息，确保数据的准确性和一致性，所述数据压缩单元负责对清洗后的数据进行压缩，减少存储空间和传输带宽的需求，所述分布式存储单元负责利用分布式存储技术，将压缩后的数据存储在多个节点上，提高数据的可靠性和可扩展性，所述并行处理单元负责利用并行处理技术，加速数据处理的速度，提高系统的整体性能，所述数据采集模块将电化学储能系统数据以及对抗生产网络数据增强模块将生成的模拟数据传输给数据预处理单元，所述数据预处理单元将预处理后的数据传递给数据清洗单元，所述数据清洗单元将清洗后的数据传递给数据压缩单元，所述数据压缩单元将压缩后的数据存储在分布式存储单元中，所述并行处理单元贯穿整个数据处理流程，为数据预处理、清洗、压缩等过程提供并行计算能力。

41、进一步地，所述智能分析模块包括数据收集单元、分析算法单元、模型管理单元以及结果展示单元，所述数据源单元负责接受数据处理与存储模块处理后的数据，所述分析算法单元包含各种分析算法，如机器学习算法、深度学习算法、时间序列分析算法等，用于对数据进行深度挖掘和学习，所述模型管理单元负责分析模型的创建、训练、验证、部署和更新等全生命周期管理，所述结果展示单元负责将分析结果以可视化的形式展示给用户，如报表、图表、仪表盘等，所述数据收集单元将处理后的数据传输给分析算法单元，所述分析算法单元将分析结果和模型参数反馈给模型管理单元，所述模型管理单元将分析结果和模型信息传输给结果展示单元。

42、进一步地，所述预警策略模块包括策略制定单元以及监控与评估单元，所述策略制定单元负责根据分析结果，制定和调整预警策略，包括预警阈值、预警级别、响应措施等，所述监控与评估单元负责持续监控系统状态和环境变化，评估预警策略的有效性，并提供反馈用于策略优化，所述智能分析模块将分析结果(如异常检测、趋势预测等)传输给策略制定单元，所述策略制定单元将制定的预警策略发送给监控与评估单元进行实施，并接收其反馈的评估结果，所述监控与评估单元将系统状态和环境变化的数据反馈给智能分析模块，以便其进行更深入的分析，当监控与评估单元检测到预警条件满足时，向响应与执行模块发送预警信号，并传递相应的响应措施。

43、进一步地，所述环境监测模块包括传感器单元、数据预处理单元以及环境影响评估单元，所述传感器单元包括温度传感器、湿度传感器、电磁干扰传感器等，负责实时感知环境因子的变化，所述数据预处理单元负责从传感器单元接收数据，进行预处理和初步分析，提取有用信息，所述环境影响评估单元基于采集到的数据，评估环境因素对电化学储能系统的影响，并给出评估结果，所述环境影响评估单元将评估结果(包括是否超出预设阈值)传输给预警策略模块。

44、进一步地，所述响应与执行模块包括预警信息接收单元、响应措施选择单元、执行控制单元以及执行状态监控单元，所述预警信息接收单元负责接收来自预警策略模块的预警信号，所述响应措施选择单元接收来自预警策略模块的响应措施，所述执行控制单元负责控制响应措施的执行，如控制开关的通断、启动喷水系统等，所述执行状态监控单元负责实时监控响应措施的执行状态，确保措施得到有效执行，所述预警信息接收单元将接收到的预警信号传输给执行控制单元，所述响应措施选择单元将接收到的响应措施传输给执行控制单元，所述执行控制单元在执行响应措施的同时，将执行状态信息发送给执行状态监控单元。

45、本发明具备以下有益效果：

46、1、本发明中，数据处理与存储模块确保了原始数据的预处理、清洗和压缩，提高了数据质量，同时，对抗生产网络数据增强模块通过生成模拟数据，增加了数据集的多样性和规模，有助于提升机器学习模型的泛化能力和准确性。

47、2、本发明中，环境监测模块实时感知并评估环境因素对电化学储能系统的影响，使得系统能够根据环境变化做出相应调整，增强了系统的环境适应性和稳定性。