一种三合一多功能应急电源管理系统

技术领域

本发明涉及电源管理领域，更具体地说，它涉及一种三合一多功能应急电源管理系统。

背景技术

随着电力作为生活息息相关、不可或缺的一部分，在大范围断电等特殊条件下，对于一些紧急用电需求，应急电源作为独立的第三路应急供电电源，有助于避免在因为停电造成的紧急事件停止的情况，帮助事件或者工作继续推进。

在应急电源使用过程中，由于电源紧急使用，尤其是对于一些电力需求极高的区域，应急电源在进行不间断高效率发电的过程中，工作温度会快速升高，应急电池工作温度不良，不仅会影响电池的性能，使电池衰减加速，而且还会发生安全事故，而在电源的实时处理中，会存在反应时间较少，导致反应不及时的情况，因此，在这种情况下，对故障的预先提醒，会增大反应的时间，有效避免事故发生。

公开号为CN117134326A的发明公开了本发明公开了一种电源管理系统，能够提高对从设备进行远程供电的可靠性。该电源管理系统包括主设备、光电分路器、第一电源、第二电源；所述第一电源连接所述主设备，所述主设备连接光电分路器；所述第二电源连接所述光电分路器，所述光电分路器连接至少一个从设备；所述光电分路器，用于在确定所述第二电源的供电异常时，控制所述第一电源为所述至少一个从设备供电。此发明仅针对供电异常时从设备供电的技术问题进行设计，但对于具体的电源工作状态预测和预先反应均未涉及，因此本发明针对上述问题进行创新设计。

发明内容

针对现有技术存在电源管理过程中预先反应时间不够以及损耗过大的问题，本发明的目的在于提供一种三合一多功能应急电源管理系统，实现电源管理过程中的安全性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种三合一多功能应急电源管理系统，所述三合一多功能应急电源管理系统包括输入层、管理层和显示层：

输入层通过调整模块控制储能设备电能的交流和直流输出，储能设备又称为Rectivoerter HE模块，用于Rectiverter应急电源的电能整合，调整模块通过CAN总线网使储能设备与控制器进行通信，

管理层包括电源管理模块和监控模块，监控模块对系统的运行环境进行监控，并在Rectiverter应急电源当前周期时间内的工作过程中进行数据监测和采集，电源管理模块包括判断单元、预测单元和调控单元，判断单元用于判断当前周期时间和下一周期时间内Rectiverter应急电源的温度安全状态，预测单元通过GAN模型对当前周期时间内的样本进行扩充，并通过RBF神经网络模型对下一周期时间内Rectiverter应急电源的温度进行预测，调控单元根据判断单元的输出进行相应工作；

显示层用于数据信息的端页显示，为运维人员提供系统操作界面。

优选的，所述调整模块包括双向DC-DC变换器和DC-AC变流器，储能设备由一个或多个锂离子蓄电池构成，市电交流输入给储能设备，经过DC-AC变流器的直流和交流转换，和DC-DC变换器的电压转换，输出32A交流和100A直流。

优选的，所述显示层包括人机交互界面，人机交互模块提供用户登陆的身份验证，并根据具体需求对相关参数进行功能性调整，人机交互模块连接监控模块的显示设备，监控和评估系统的运行状态。

优选的，所述监控模块包括采用Smartpack-2 Touch监控器，Smartpack-2 Touch监控器包括指示区域和连接区域，Smartpack-2 Touch监控器通过以太网连接到局域网，指示区域通过LED灯指示颜色进行工作状态显示。

优选的，所述监控模块通过Smartpack-2 Touch监控器实时监测电池的温度状态，设定监控模块进行连续周期性测量，且在当前周期时间内对Rectiverter应急电源进行多次数据获取，进而得到n个实时温度值，判断单元将实时温度值通过平均化处理形成周期时间T内的温度代表值，并判断温度代表值所归属的取值区间内，

若温度代表值在第一取值区间内，则输出安全信号，调控单元不进行工作；

若温度代表值在第二取值区间内，则输出一级告警，调控单元控制预测单元启动；

若温度代表值在第三取值区间内，则输出二级告警，调控单元关闭Rectiverter应急电源。

优选的，所述预测单元用于预测下一周期时间内Rectiverter应急电源的温度安全状态，且当前周期时间内输出为次要告警时预测单元启动，预测单元的具体工作过程包括以下工作过程：

步骤S61：获取当前周期时间内次要警告对应的实时温度值和测量时刻点，并形成导入集D

步骤S62：将导入集作为样本导入训练好的GAN模型中进行样本扩充，设定扩充形成的输出集为S

优选的，所述输出集中每个测量时刻点作为RBF神经网络模型的输入，每个测量时刻点对应的实时温度值作为输出，对RBF神经网络模型进行训练，更新权重向量，然后在下一个周期时间内，随机选取n个测量时刻点，并输入到训练好的RBF神经网络模型中，生成n个测量时刻点对应的实时温度值；

判断单元对下一个周期时间内的n个测量时刻点对应的实时温度值进行判断工作：

若输出的为安全信号，则继续正常工作；

若输出为一级告警，则调控单元控制散热单元进行调控；

若输出为二级告警，则进行预先警示或者Rectiverter应急电源关闭。

优选的，所述调控单元包括散热单元，散热单元无线控制散热设备，散热设备包括前置风扇，散热单元通过调控控制前置风扇的输出功率进而调控气流从前向后流动的增大和减小，还包括监控风道是否有障碍物阻碍，提醒运维人员进行障碍移除。

优选的，所述管理层应用于微型计算机，人机交互界面包括多客户端，客户端通过无线或者有线通讯仪器连接，通讯连接遵循HTTP协议，且采用集成信息处理体系和多客户端的信息体系结构。

优选的，所述三合一多功能应急电源管理系统应用于云处理平台，应用于云端，且进行分布式存储。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

1、本发明中，通过监控模块对Rectiverter应急电源的温度状态进行实时监测，可以获得更准确的电池状态信息，为Rectiverter应急电源的工作状态分析提供可靠的数据支持，通过判断模块对监测模块传输的数据进行相关处理，并生成Rectiverter应急电源的判断信息，调控单元根据判断单元的判断信息进行相关调控，实现对电源异常情况的及时调控，，通过收集Rectiverter应急电源中的电压、电流、温度等数据，以便更准确地检测电池的状态，通过对这些数据进行分析，从而为电池组提供更好的保护措施，使电池的性能能够得到充分发挥。

2、本发明中，通过使用GAN模型扩充样本库，降低样本量较少造成的数据分析误差的情况，且为RBF神经网络预测过程中数据的处理提供更多的依据。通过对RBF神经网络在当前周期时间内进行数据训练，进行权重向量的更新，进而预测下一周期时间内的实时温度值，进而为判断单元和调控单元的工作提供数据支持，对Rectiverter应急电源下一周期时间内工作状态进行预先分析，实现超前调控，减少电池在不良状态下的损耗，还可以及时发现可能存在的故障和隐患，有效控制电池的状态，提高电池的性能与使用寿命。

附图说明

图1为本发明提出一种三合一多功能应急电源管理系统的结构示意图；

图2为本发明中的流程示意图；

图3为本发明中Rectivoerter HE模块的示意图；

图4为本发明中应急电源工作的电路示意图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。

实施例一

参照图1、图2和图3，实施例一对本发明提出的一种三合一多功能应急电源管理系统做进一步说明。

一种三合一多功能应急电源管理系统，所述三合一多功能应急电源管理系统包括输入层、管理层和显示层：

输入层通过调整模块控制储能设备电能的交流和直流输出，储能设备又称为Rectivoerter HE模块，用于Rectiverter应急电源的电能整合，调整模块通过CAN总线网使储能设备与控制器进行通信，调整模块包括双向DC-DC变换器和DC-AC变流器(即PWM变流器)，储能设备由一个或多个锂离子蓄电池构成，市电交流输入给Rectivoerter HE模块，经过DC-AC变流器的直流和交流转换，和DC-DC变换器的电压转换，输出32A交流和100A直流。

Rectiverter应急电源使用谐振拓扑使效率处于行业领先地位，模块化设计，超紧凑尺寸，Rectiverter HE模块以96％的效率脱颖而出，且设计精巧，功能强大，集成逆变模块、调整模块、静态开关为一体，组件数量减少了40％提高可靠性、延长寿命、减少工作故障，且通过即插即用的连接方式，降低了安装成本，节省了安装时间。

Rectiverter应急电源是由市电交流电源供电，可同时向交流负载、直流负载和电池组输出电流，当交流市电断电时，电源核心可自动将储存于电池组中的直流电逆变为交流负载供电，利用内置技术转移交直流电源的智能电源产品，提供高质量、稳定且不间断的直流和交流电源。

Rectiverter HE调整模块符合CE、UL要求，满足NEBS认证，可以在全球范围安装使用。

管理层包括电源管理模块和监控模块，监控模块对系统的运行环境进行监控，并在Rectiverter应急电源当前周期时间内的工作过程中进行数据监测和采集，电源管理模块包括判断单元、预测单元和调控单元，判断单元用于判断当前周期时间和下一周期时间内Rectiverter应急电源的温度安全状态，预测单元通过GAN模型对当前周期时间内的样本进行扩充，并通过RBF神经网络模型对下一周期时间内Rectiverter应急电源的温度进行预测，调控单元根据判断单元的输出进行相应工作。

显示层用于数据信息的端页显示，为运维人员提供系统操作界面，显示层包括人机交互界面，人机交互模块提供用户登陆的身份验证，并根据具体需求对相关参数进行功能性调整，人机交互模块连接监控模块的显示设备，监控和评估系统的运行状态。

用户通过人机界面进行身份验证，过滤器会拦截每一个管理人员的登陆请求，并且认证网关根据用户Ukey的数字证书与数据库存储的身份信息进行校对，判断是否具有登录权限，只允许具有登陆权限的管理人员登入系统，管理人员登入系统后具有接入Smartpack-2 Touch监控器的权限，人机交互界面可以是计算机以及其他满足功能的智能设备，用户可以通过权限使Smartpack-2 Touch监控器的菜单投射在人机交互界面上，通过人机交互界面对Smartpack-2 Touch监控器中监控数据进行远程调用和读取。

用户也可以通过Smartpack-2 Touch监控器的LCD液晶显示屏进行单独查看，Smartpack-2 Touch监控器的LCD液晶显示屏与人机交互界面独立，但是当对通过LCD液晶显示屏对Smartpack-2 Touch监控器进行查询时，也需要登陆或者用户通过人机交互界面进行远程授权。

监控模块包括采用Smartpack-2 Touch监控器，Smartpack-2 Touch监控器包括两个功能区域：指示区域(LCD液晶显示、LED灯指示)和连接区域(端口)，在连接区域包括多个连接端口，Smartpack-2 Touch监控器通过以太网连接到局域网，并默认IP：192.168.10.20，固定IP地址通过另一以太网端口进行调试，用于访问控制器10.10.01的固定IP地址，通过CAN线端口连接第三方设备的三针端子。指示区域通过LED灯指示颜色进行工作状态显示，且LED灯指示通过颜色进行显示，其中包括以下内容：

□“Power”(绿灯)指示电源是否正常工作：绿灯亮表示电源工作正常，且输出安全信息，不需要进行调控，继续进行下一个周期的工作即可，不亮表示监控器工作电源故障或无市电供给，需要提醒运维人员检查市电和交流电缆是否异常，该提示信息可在人机交互界面上进行显示。

□“Alarm”(红灯)指示系统是否处于告警状态：红灯亮表示系统处于告警状态(主要告警)，红灯一直亮表示Rectiverter应急电源可能出现以下情况：

(1)由于电网欠压、内部过温或者输出过压保护使Rectiverter应急电源(或者储能设备)关机，提醒运维人员检查市电是否过低或者障碍物阻挡风道，还可以将Rectiverter应急电源拉出，等待一段时间后重新推入电源插框，重新启动，如果故障仍然存在，更换新的Rectiverter应急电源；

(2)Rectiverter应急电源模块(储能设备)内辅助电源故障或者CAN线路故障，提醒运维人员更换新的Rectiverter应急电源；

(3)风扇故障(单个或者两个风扇故障)，提醒运维人员检查风扇是否工作正常；

(4)Rectiverter应急电源模块(储能设备)输出电压过低告警，提醒运维人员检查检查模块输出电压。

□“Warning”(黄灯)指示系统是否处于告警状态：黄灯亮表示系统处于告警状态(次要告警)，黄灯一直亮表示Rectiverter应急电源可能出现以下情况：

(1)电源模块在降额输出状态(降功率输出)，由于内部过温、电网欠压或者风扇故障，提醒运维人员检查风扇是否正常、电网电压是否过低或者移走阻碍风道的障碍物；

(2)系统启动远程限流充电，提醒运维人员检查是否模块给电池充电电流过大；

(3)Rectiverter应急电源模块(储能设备)交流输入电压超出范围，提醒运维人员检查交流电压；

(4)Rectiverter应急电源单独使用，或者和Smartpack-2通信中断，提醒运维人员检查是否通信电缆松动；

红灯闪烁表示Rectiverter应急电源可能处于交流过压保护状态，提醒运维人员检查市电电压是否超过300V；

红灯和黄灯不亮表示Rectiverter应急电源处于正常工作状态。

以上故障信息和提醒信息均可在人机交互界面上进行显示。

LCD液晶显示屏是电源系统用户界面中非常重要的部分，Smartpack2 Touch有一个4.4英寸的响应式触摸屏来运行web界面，即在前显示屏上拥有与PC浏览器相同的功能，因此，监控模块中指示区域接入显示层的人机交互界面，显示层具有对监控模块最高权限的操作功能，可以通过无线网络进行远程操控，且监控模块中只有授权的用户才能对其进行登录和功能性访问及操作。

监控模块通过Smartpack-2 Touch监控器实时监测电池的温度状态，设定监控模块进行连续周期性测量，且在当前周期时间内对Rectiverter应急电源进行多次数据获取，进而得到n个实时温度值，判断单元将实时温度值通过平均化处理形成周期时间T内的温度代表值，并判断温度代表值所归属的取值区间内，

若温度代表值在第一取值区间内，则输出安全信号，调控单元不进行工作；若温度代表值在第二取值区间内，则输出一级告警，调控单元控制预测单元启动；

若温度代表值在第三取值区间内，则输出二级告警，调控单元关闭Rectiverter应急电源。

监测模块可以对储能设备中每个Rectiverter应急电源进行独立监测，且本实施例仅针对一个Rectiverter应急电源进行相关处理和调控，而对应储能设备中多个Rectiverter应急电源依旧适用。

设定实数η

本实施例中，通过监控模块对Rectiverter应急电源的温度状态进行实时监测，可以获得更准确的电池状态信息，为Rectiverter应急电源的工作状态分析提供可靠的数据支持，通过判断模块对监测模块传输的数据进行相关处理，并生成Rectiverter应急电源的判断信息，调控单元根据判断单元的判断信息进行相关调控，实现对电源异常情况的及时调控，，通过收集Rectiverter应急电源中的电压、电流、温度等数据，以便更准确地检测电池的状态，通过对这些数据进行分析，从而为电池组提供更好的保护措施，使电池的性能能够得到充分发挥。

实施例二

参照图1和图2，实施例二对本发明提出的一种三合一多功能应急电源管理系统做进一步说明。

一种三合一多功能应急电源管理系统，所述预测单元用于预测下一周期时间内Rectiverter应急电源的温度安全状态，且当前周期时间内输出为次要告警时预测单元启动，预测单元的具体工作过程包括以下工作过程：

步骤S61：获取当前周期时间内次要警告对应的实时温度值和测量时刻点，并形成导入集D

步骤S62：将导入集作为样本导入训练好的GAN模型中进行样本扩充，设定扩充形成的输出集为S

使用GAN模型扩充样本库，GAN模型输出参考样本的训练过程如下：

构建GAN模型的框架，框架由生成器G(Generator)和一个判别器D(Generator)组成,整个训练过程，便是二者的对抗博弈：给定p

生成器G，可以是任意的神经网络结构，输入是随机噪声z～p

GAN的训练是一个minmax问题的求解，对应的目标函数如下：

式中，p

实时温度值集X＝{T

测量时刻点集H＝{t

导入集D

表示从真实样本分布中随机抽样得到的一个真实样本，即从导入集中随机抽样得到的一个实时温度值和测量时刻点；p

训练GAN模型的训练目标为最大化目标函数；通过迭代训练，生成器和判别器的参数不断调整，最终得到GAN模型；

在本发明中，将Smartpack-2 Touch监控器在当前周期时间内Rectiverter应急电源测量到的实时温度值汇聚形成实时温度值集，从导入集中抽取到的样本温度值和测量时刻点，并选输入训练好的GAN模型中，通过对GAN的目标函数求取全局最优解，生成w组伪数据，将导入集和w组伪数据汇合形成新的数据集，即此新的数据集为输出集，将输出集作为温度预测模型的输出和输入，用于求取温度预测模型的变化权值。

输出集中每个测量时刻点作为RBF神经网络模型的输入，每个测量时刻点对应的实时温度值作为输出，对RBF神经网络模型进行训练，更新权重向量，然后在下一个周期时间内，随机选取n个测量时刻点，并输入到训练好的RBF神经网络模型中，生成n个测量时刻点对应的实时温度值；

判断单元对下一个周期时间内的n个测量时刻点对应的实时温度值进行判断工作：

若输出的为安全信号，则继续正常工作；

若输出为一级告警，则调控单元控制散热单元进行调控；

若输出为二级告警，则进行预先警示或者Rectiverter应急电源关闭。

在RBF神经网络中，所述输入层接收输入数据，并将其传递给隐含层；所述隐含层由一系列径向基函数组成，这些函数根据输入数据与各自的中心点之间的距离来计算输出；每个基函数对应着一个中心点和一个偏差参数，通过调整这些参数，使得基函数能够适应输入数据的特征；输出层根据隐含层的输出计算最终的预测结果；通常情况下，输出层使用线性激活函数来得到连续的预测值。

本发明采用了RBF神经网络对下一个周期时间内的实时温度值进行预测，解决了传统BP神经网络预测评估泛化问题，RBF神经网络采用随机逼近的方法，能够获得较好的预测结果：

设{t

且1≤a≤n,b为输入到第a个隐含层的中心矢量,δ为第a个节点的基宽度参数，且为大于零的数；

所以网络输出：

因为当前周期时与下一个周期时间不同，所以当前周期时间内选取的n个测量时刻点与下一周期时间内选取的n个测量时刻点也不相同，例如，在当前周期时间1分钟内选取5个测量时刻点，且测量时刻点分别对应当前周期时间内的充电时间，假设在当前周期时间开始时的充电时间为120分钟，则假设5个测量时刻点为120.15、120.2、120.3、120.7和120.9，则下一周期时间内的随机5个测量时刻点为121.1、121.2、121.5、121.8和120.9，因此每个周期时间内选取的测量时刻点各不相同，因此在下一周期时间内预测产生的实时温度值也各不相同，且具有参考性。

调控单元包括散热单元，散热单元无线控制散热设备，散热设备包括前置风扇，散热单元通过调控控制前置风扇的输出功率进而调控气流从前向后流动的增大和减小，还包括监控风道是否有障碍物阻碍，提醒运维人员进行障碍移除。

前置高效的长寿命风扇，保证气流从前向后流动，将散热器直接装配在铝合金机框内壁和独立的从前向后直通式风道设计使模块可以适应宽范围的工作环境，并因此使系统解决方案实现更为容易方便。

本实施例中，通过使用GAN模型扩充样本库，降低样本量较少造成的数据分析误差的情况，且为RBF神经网络预测过程中数据的处理提供更多的依据。通过对RBF神经网络在当前周期时间内进行数据训练，进行权重向量的更新，进而预测下一周期时间内的实时温度值，进而为判断单元和调控单元的工作提供数据支持，对Rectiverter应急电源下一周期时间内工作状态进行预先分析，实现超前调控，减少电池在不良状态下的损耗，还可以及时发现可能存在的故障和隐患，有效控制电池的状态，提高电池的性能与使用寿命。

实施例三

参照图1、图3和图4，实施例二对本发明提出的一种三合一多功能应急电源管理系统做进一步说明。

一种三合一多功能应急电源管理系统，所述管理层应用于微型计算机，人机交互界面包括多客户端，客户端通过无线或者有线通讯仪器连接，通讯连接遵循HTTP协议，且采用集成信息处理体系和多客户端的信息体系结构，所述三合一多功能应急电源管理系统应用于云处理平台，应用于云端，且进行分布式存储。

三合一多功能应急电源管理系统包括以下步骤：

步骤S1：输入层通过调整模块控制储能设备电能的交流和直流输出；

步骤S2：监控模块对系统的运行环境进行监控，并在Rectiverter应急电源当前周期时间内的工作过程中进行数据监测和采集

步骤S3：判断单元判断周期时间内Rectiverter应急电源的温度安全状态，调控单元根据判断单元的输出进行相应工作；

步骤S4：预测单元通过GAN模型对当前周期时间内的样本进行扩充，并通过RBF神经网络模型对下一周期时间内Rectiverter应急电源的温度进行预测；

步骤S5：重复步骤S3。

在应急电源工作过程中

选择应急电源的交流输入电源(交流开关建议用40A以上，交流两路输入选用同源同相)，并通过交流电缆与储能设备连接，储能设备通过电缆连接蓄电池组，且通过直流连接电缆进行直流负载输出，通过交流连接电缆进行交流负载输出，控制交流输入开关，应急电源模块通电运行，确认应急电源直流输出和交流输出正常，合上临时蓄电池开关(此时应急电源会给临时蓄电池组充电)，然后应急电源投入运行。

在电路图中，包括线路的连接，其中PDU表示电源分配单元，在交流电缆和地线连接过程中，应急电源系统交流输入空开是1路2P(63A)的塑壳开关，交流输入为单相交流电输入，储能设备的各个Rectiverter应急电源后背板配置1只交流速插插座；本系统交流输入采用单相交流市电供电，所取交流电上级空开应≥63A；接地线一端接地排，另一端接应急电源后背板上的接地柱检查并用万用表确认。交流电接线顺序：首先接好地线，其次接好零线，最后接好火线。

在连接电池电缆和直流负载电缆的过程中，Rectiverter应急电源的直流负载输出空开是1只2P(100A)的塑壳直流专用开关，Rectiverter应急电源后背板配置2只负载输出直流速插插座(200A)、应急电源的蓄电池输出空开是1只2P(100A)的塑壳直流专用开关，应急电源后背板配置2只蓄电池输出直流速插插座(200A)，直流负载连接电缆两端均为速插件，蓄电池连接电缆一端为速插件，另一端为线鼻子。

在交流负载电缆连接过程中，Rectiverter应急电源的交流输出是由2个PDU和两路交流输出电缆(可连接交流配电单元使用)组成，四路交流输出空开采用4只2P(32A)的微断交流开关，Rectiverter应急电源后背板配置2只输出交流流速插插座(32A)和2只8位10A新国标五孔PDU，交流输出电缆一端为速插件，另一端为线线头。交流电接线顺序：首先接好地线，其次接好零线，最后接好火线，其中，SC表示开关，L表示火线或者正极，N表示零线或者负极，PE表示地线。

另外，根据本申请的实施方式，一种三合一多功能应急电源管理系统附图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请提供了非暂时性机器可读存储介质，所述非暂时性机器可读存储介质存储有机器可读指令，所述机器可读指令能够由处理器运行以执行与本申请提供的方法步骤对应的指令，当然，一种三合一多功能应急电源管理系统附图所示的架构只是示例性的，在实现不同的设备时，根据实际需要，可以进行适应性选择或者调整。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数以及阈值选取由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术用户来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。