一种适应无人值守的水电解制氢设备运维方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明属于水电解制氢设备运维技术领域，尤其涉及一种适应无人值守的水电解制氢设备运维方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

当前,随着氢电耦合、氢储能概念的提出，氢能源将是绿色低碳转型、支撑实现碳达峰碳中和目标的有效途径。未来在可再生能源发电的过程中，往往会出现能源产出超过需求的情况，这时候需要能量消纳端来接收和储存多余的能源。制氢设备通过水电解的方式，利用电能将水分解成氢气和氧气。这个过程将电能转化为化学能，将多余的电能储存在氢气中。这样，当能源供应不足时，可以通过再次利用氢气来产生电能，满足能源需求。但是，制氢设备作为能量消纳端，常常需要大规模地运行在环境恶略的地方，如戈壁、沙漠、海上等风、光资源丰富的地方，这些运行场景往往意味着少人或无人值守。

然而当前的水电解制氢设备并没有进行无人化设计，依然需要人工巡检保证设备正常运行。并且当前的运维管理常常是出现问题解决问题，并没有设置故障预警，常常因问题的积累，最终导致设备停机影响生产。

因此，需要一种或多种方法对无人值守方面进行设计以解决上述问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种适应无人值守的水电解制氢设备运维方法的技术方案，以解决上述技术问题。

本发明第一方面公开了一种适应无人值守的水电解制氢设备运维方法，所述方法包括：

步骤S110，基于水电解制氢设备传感器架构，通过在水电解制氢设备上设置传感器进行多参量数据感知，得到所述水电解制氢设备的感知数据；

步骤S120，通过设置数据分析算法对所述感知数据进行故障预警分析，建立健康分级库，基于所述健康分级库，通过对水电解制氢设备告警信息进行设定，得到运维预警信息；

步骤S130，通过人机交互对所述运维预警信息进行管理，完成无人值守的水电解制氢设备的运行维护。

根据本发明第一方面的方法，所述感知数据包括，电解槽参数感知数据、制氢间复合感知数据。

根据本发明第一方面的方法，在水电解制氢设备上设置多传感器进行多参量数据感知，包括：

通过在电解槽进出口设置差压变送器，对电解槽进出口压差进行监测，得到压差感知数据；

通过在电解槽小室设置电压监测器，对电解槽小室电压进行监测，得到小室电压感知数据；

基于所述小室电压感知数据，通过电流传感器对电解槽运行电流进行监测，得到小室内阻感知数据；

通过在电解槽表面设置温度测量器，对电解槽表面温度进行监测，得到温度感知数据；

通过在电解槽拉杆设置应变片，对电解槽拉杆应力进行监测，得到应力感知数据；

通过在电解槽带电体、非带电体之间设置绝缘电阻测量器，对电解槽绝缘电阻进行监测，得到绝缘电阻感知数据；

通过对所述压差感知数据、所述小室电压感知数据、所述小室内阻感知数据、所述温度感知数据、所述应力感知数据、所述绝缘电阻感知数据进行整合，生成电解槽参数感知数据。

根据本发明第一方面的方法，在水电解制氢设备上设置多传感器进行多参量数据感知，包括：

基于制氢间传统传感器监测，通过将就地仪表替换为远传仪表，进行所述制氢间传统传感器监测的远传感知，得到传统传感器感知数据；

基于图像及声音异常识别算法，通过高速数据处理器对制氢间运行状态进行图像及声音的自动化监测，得到运行状态感知数据；

通过对制氢间人工参与操作流程进行自动化操作设置，得到操作流程感知数据；

通过对所述传统传感器感知数据、所述运行状态感知数据、所述操作流程感知数据进行整合，生成制氢间复合感知数据。

根据本发明第一方面的方法，对所述感知数据进行故障预警分析，包括：

基于电解槽健康监测分析算法，通过对电解槽参数感知数据进行计算，得到电解槽运行健康状态；

基于信号处理法，通对制氢间复合感知数据进行时频域故障诊断，得到制氢间运行健康状态；

基于所述电解槽运行健康状态、所述制氢间运行健康状态，并根据传统水电解制氢设备运维经验，通过对数据库参数、故障诊断规则、故障排查规则进行配置，建立健康分级库。

根据本发明第一方面的方法，对水电解制氢设备告警信息进行设定，包括：

基于所述健康分级库，通过对水电解制氢设备告警等级进行设定，建立水电解制氢设备的健康度分数分级；

基于所述感知数据，当水电解制氢设备未出现故障时，通过所述健康度分数分级对水电解制氢设备的运行状态趋势进行设定，建立维护检修周期；

基于所述健康分级库，当水电解制氢设备出现故障时，通过对故障进行预设排查、诊断，得到运维检修建议；

通过对所述维护检修周期、所述运维检修建议进行整合，建立无人值守的水电解制氢设备的运维预警信息。

根据本发明第一方面的方法，所述人机交互对所述运维预警信息进行管理包括，用户及权限管理、设备运维管理、消息管理、视频管理、历史数据管理、实时数据展示、安全远程通讯网络管理。

本发明第二方面公开了一种适应无人值守的水电解制氢设备运维装置，所述系统包括：

感知数据模块，用于通过在水电解制氢设备上设置传感器进行多参量数据感知；

数据处理模块，用于对所述感知数据进行故障预警分析，对水电解制氢设备告警信息进行设定；

人机交互模块，用于通过人机交互对所述运维预警信息进行管理。

本发明第三方面公开了一种电子设备。电子设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现本公开第一方面中任一项的一种适应无人值守的水电解制氢设备运维方法中的步骤。

本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现本公开第一方面中任一项的一种适应无人值守的水电解制氢设备运维方法中的步骤。

可见，本发明提出的方案，首先，基于水电解制氢设备传感器架构，通过在水电解制氢设备上设置传感器进行多参量数据感知，得到该水电解制氢设备的感知数据。之后，通过设置数据分析算法对得到的感知数据进行故障预警分析，建立健康分级库，并基于健康分级库对水电解制氢设备告警信息进行设定，得到运维预警信息。最后，通过人机交互对得到的运维预警信息进行管理，完成无人值守的水电解制氢设备的运行维护。

综上，本发明提出的方案能够通过对传感器的收集的运行数据进行分析，再通过远程人机交互实现无人管理，确保水电解制氢设备在无人管理的情况下能稳定运行，提高了运维管理的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为根据本发明实施例的一种适应无人值守的水电解制氢设备运维方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的一种适应无人值守的水电解制氢设备运维方法的系统架构拓扑图；

图3为根据本发明实施例的一种适应无人值守的水电解制氢设备运维方法的电解槽感知监测示意图；

图4为根据本发明实施例的一种适应无人值守的水电解制氢设备运维方法的运维管理机构图；

图5为根据本发明实施例的一种适应无人值守的水电解制氢设备运维装置的结构图；

图6为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、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。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。

本发明第一方面公开了一种适应无人值守的水电解制氢设备运维方法。图1为根据本发明实施例的一种适应无人值守的水电解制氢设备运维方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：

步骤S110，基于水电解制氢设备传感器架构，通过在水电解制氢设备上设置传感器进行多参量数据感知，得到所述水电解制氢设备的感知数据；

步骤S120，通过设置数据分析算法对所述感知数据进行故障预警分析，建立健康分级库，基于所述健康分级库，通过对水电解制氢设备告警信息进行设定，得到运维预警信息；

步骤S130，通过人机交互对所述运维预警信息进行管理，完成无人值守的水电解制氢设备的运行维护。

下面，将对本发明第一方面公开的一种适应无人值守的水电解制氢设备运维方法进行进一步的说明。

在步骤S110，基于水电解制氢设备传感器架构，通过在水电解制氢设备上设置传感器进行多参量数据感知，得到该水电解制氢设备的感知数据。该感知数据包括电解槽参数感知数据、制氢间复合感知数据。

在本示例的实施例中，如图2-图3所示，在第一方面，当电解槽出现堵塞时，电解槽进出口压差将发生变化，可以通过在电解槽进出口设置差压变送器，对电解槽进出口压差进行实时监测，感知压差的变化数据。

在第二方面，当电解槽出现一般故障时，电解槽小室电压将出现异常波动，通过在电解槽小室设置电压监测器，实时监测、上传电解槽小室电压，感知小室电压异常波动的数据。同时通过电流传感器对电解槽运行电流进行监测，再结合电解槽小室电压，获取电解槽小室的内阻值。进一步的可以通过对小室内阻值进行电解液组成优化、电极结构的改进和几何形状的重新合理设计等。以降低小室的内阻值，提高电解槽的效率、稳定性和可靠性。

在第三方面，通过在电解槽表面设置温度测量器(该温度测量器包括但不限于红外摄像机、贴片铂电阻温度变送器、热敏电阻温度变送器等)，对电解槽表面温度进行实时监测，在感知温度的变化数据的同时，当出现局部温度过高时，能够及时发出报警或者联锁信号。

在第四方面，通过在电解槽拉杆上设置应变片，对电解槽拉杆应力进行实时监测，感知电解槽拉杆的应力数据，并保证电解槽在频繁开关机的工况下，电解槽结构的安全性。

在第五方面，通过在电解槽带电体、非带电体之间设置绝缘电阻测量器，对电解槽绝缘电阻进行实时监测，感知带电体、非带电体之间绝缘电阻的变化数据。同时因漏液或者其他原因所导致的电解槽短路时，也能够及时发出报警或者联锁信号。

最终可以通过集成的方式将上述几方面传感器集成为多参量传感器，并通过嵌入式技术将模数转换器(负责采集上述传感器信号，将模拟量信号转换为数字量信号)、数据通信模块(数据通讯支持ModbusTCP或ModbusRTU协议，具有以太网口及485通讯接口，可搭配协议网关，支持各种工业协议)、就地显示屏幕(可查看所有传感器数据信息)等嵌入该多参量传感器中，用以感知上述电解槽各项参数的电解槽参数感知数据。

优选的，可以采用防爆、隔热设计该多参量传感器，或者将该多参量传感器安装在距离电解槽较近的墙壁或支架上，并通过18V-36V直流电供电。保证多参量传感器不因工作环境温度等外部原因停工。如此，使得只具备通水、通电后电解作用的传统的水电解制氢设备的电解槽，增加了健康度自检等各项功能，也为后续数据处理提供了充足的数据保证。

在本示例的实施例中，如图2所示，一方面通过在传统制氢间传感器架构测点(包括但不限于，氢、氧侧的压力检测、液位检测、电解液温度检测、循环水流量检测、氢气纯度检测、氧气纯度检测、氢气泄露测报仪检测、露点检测、电压电流检测等测点)的基础上，将传统就地仪表替换为远传仪表，实现无人值守的制氢间设备可以进行远程数据收集和监控。在一个具体示例中，可以通过远传仪表实现远程监控冷却水压力、冷却水流量、冷却水进出口温度、循环泵振动频率、电解液PH值等感知数据。

再一方面，基于高帧率视觉识别及声音识别的制氢间监控系统，设计图像及声音异常识别算法，通过高速数据处理器对制氢间的运行状态进行自动化监测，并在具备视频录制、异常时段声音及视频上传及提醒功能的基础上。优选在制氢间设置摄像头导轨及云台，实现多角度、多自由度移动查看各个设备。

最后，对需要人工参与操作的传统制氢设备进行自动化控制机构设计，实现人工参与操作流程到自动化操作流程的转变，并收集相应的操作流程数据。在一个具体的示例中，可以设计自动氮气置换工艺流程：通过增加电磁阀代替原有手动充氮阀，使设备故障重启时进行必要的氮气置换。设计排气自动化工艺流程：通过循环泵排气电磁阀，控制循环泵装置定期排气。设计自动保压工艺流程：当设备停机后关闭，通过设备停机保压自动阀门保证设备内存在正压。设计自动补碱流程：当设备检测到电解液比重变低时，补碱泵打开，从碱箱中抽取浓碱到制氢设备，并在碱箱中设置液位计，当液位较低时向运维中心发出信号，提醒下次设备保养时补充浓碱液。

通过上述三方面，对无人值守的制氢间实现了高精度、实时响应、多维度和自动化智能化的制氢间复合感知数据的获取，有效提升了制氢过程的安全性、稳定性和效率。

在步骤S120，通过设置数据分析算法对所述感知数据进行故障预警分析，建立健康分级库，基于所述健康分级库，通过对水电解制氢设备告警信息进行设定，得到运维预警信息。

在本示例的实施例中，如图2所示，想要对水电解制氢设备进行远程控制和预警，就需要建立一个适用于水电解制氢设备的数据库。而建立数据库的基础就是收集的各项感知数据和以往传统水电解制氢工艺的运维经验。在本示例中，首先需要通过电解槽健康监测分析算法对输入的电解槽参数感知数据进行计算，达到监控电解槽运行状态的目的。之后，使用频谱分析法、小波变换法等信号处理方法对输入的制氢间复合感知数据进行时频域的诊断，达到监控制氢间运行状态的目的。最后，通过设立数据库参数，和以往传统水电解制氢工艺的运维经验(对可能出现的故障，归类故障类型、提出故障描述、设立解决方案等)设立故障诊断规则和故障排查规则，二者结合建立初始数据库。并将电解槽、制氢间运行状态导入初始数据库进行自我学习，最终完善为健康分级库。

在本示例的实施例中，如图2所示，在建立好的健康分级库的基础上，通过设立告警等级，建立水电解制氢设备的健康分数分级，并基于健康分数分级发出运维预警信息。同时也可以根据健康分数分级对健康分级库进行完善。在具体的示例中，可以设置电解槽小室电压的上下限分级、电解槽表面温度的上限分级、拉杆应力的上下限分级、绝缘电阻的下限分级、进出口压差值的上限分级、制氢间循环泵的震动频率上限分级、制氢间循环泵的震动烈度上限分级等。并根据各个分级给出运维预警信息，该运维预警信息可以是维护检修周期的设定，也可以是故障检修的建议等。例如，当电解槽表面温度达到80度时，达到预警分级，发出预警信息。当电解槽表面温度达到100度时，达到维修分级，暂停设备，发出维修信息，并给出维修建议。进一步的，可以根据各个健康分数分级给出维护检修周期。例如，电解槽表面温度在一段时间内一直处于70度，则对造成电解槽温度升高的设备给出排查建议，并适当缩短这些设备的维护检修周期。

在步骤S130，通过人机交互对所述运维预警信息进行管理，完成无人值守的水电解制氢设备的运行维护。其中人机交互对所述运维预警信息进行管理包括，用户及权限管理、设备运维管理、消息管理、视频管理、历史数据管理、实时数据展示、安全远程通讯网络管理。

在具体的示例中，如图4所示，用户及权限管理，主要进行用户管理权限地设置；设备运维管理，主要进行设备相关传感器的属性修改、增删，展示设备当前健康状态，及设备维修保养台账统计等功能；消息管理，主要进行设备的故障预警、报警消息的推送；视频管理，主要进行实时视频信号的查看，历史视频的记录、回溯等功能；历史数据管理，主要进行设备历史数据的存储、可视化回溯等功能；实时数据展示，主要进行设备当前运行数据的展示；安全远程通讯网络管理，主要通过搭建私有服务器，将设备运行数据通过网络存储在服务器中，使用户可在任何有网络的地方，通过人机交互对用户提供消息提醒、运维台账、设备管理等服务。

综上，本发明提出的方案能够在未来使制氢设备作为能量消纳端，大规模运行在少人或无人值守的场景中，例如大规模的陆地沙漠制氢或海上平台制氢。大大提高了运维管理效率，和设备运行的稳定性。

本发明第二方面公开了一种适应无人值守的水电解制氢设备运维装置。图5为根据本发明实施例的一种适应无人值守的水电解制氢设备运维装置的结构图；如图5所示，所述装置500包括感知数据模块510、数据处理模块520以及人机交互模块530。其中：

感知数据模块510，用于通过在水电解制氢设备上设置传感器进行多参量数据感知；

数据处理模块520，用于对所述感知数据进行故障预警分析，对水电解制氢设备告警信息进行设定；

人机交互模块530，用于通过人机交互对所述运维预警信息进行管理。

本发明第三方面公开了一种电子设备。电子设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现本发明公开第一方面中任一项的一种适应无人值守的水电解制氢设备运维方法中的步骤。

图6为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图，如图6所示，电子设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该电子设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、近场通信(NFC)或其他技术实现。该电子设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该电子设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是电子设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本公开的技术方案相关的部分的结构图，并不构成对本申请方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现本发明公开第一方面中任一项的一种适应无人值守的水电解制氢设备运维方法中的步骤。

请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。