一种储能电站复合火灾探测系统及方法与流程

本发明涉及储能电站火灾监测领域，具体涉及一种储能电站复合火灾探测系统及方法。

背景技术：

1、电化学储能电站，是通过化学反应进行电池正负极的充电和放电，实现能量转换。传统电化学储能技术以铅酸电池为代表，由于其对环境危害较大，逐渐被锂离子电池、铅炭电池、液流电池所替代。现阶段，商业化锂离子电池已不能完全满足能量存储所需的性能、成本和其他要求。为适应移动式储能和大中型储能应用需求，电化学储能技术正逐步从锂离子电池拓展至更多技术路线，如固态锂电池、钠离子电池、钾离子电池、锌离子电池等领域。

2、储能电站的安全隐患一类是电气引发的火灾，如常规电站可能发生的变压器火灾、电缆火灾等，针对此类火灾，传统的火警系统及七氟丙烷灭火器可以有效扑灭；另一类是储能系统中电池引发的火灾，危害大且一旦火起就不可控，针对此类火灾以自动灭火方式为主，包括七氟丙烷自动灭火系统、气溶胶等。

3、随着火灾智能化监测技术的发展，在储能电站内安装智能化的火灾监测系统可以有效帮助储能电站火灾的预防与控制。但是，现有的技术中的火灾智能化监测技术只能对电气火灾或电池火灾的一种进行监控，针对多发的、复杂的火灾情况无法实现精确的定位和监测，并且监测过程中定位精度差，储能单元内部火灾位置无法确定。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种储能电站复合火灾探测系统及方法，能有效实现对复合火灾、对部位的火灾进行监测和起火点定位。

2、为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

3、提供一种储能电站复合火灾探测系统，储能电站包括若干个储能单元，储能单元内通过若干储能电池组构成，包括烟雾监测系统、电池火灾监测系统、电气火灾监测系统、报警系统和控制器；

4、烟雾监测系统包括第一烟雾系统和第二烟雾系统，第一烟雾系统包括均匀设置在储能单元之间的间隙内的烟雾传感器，第二烟雾系统包括均匀设置在储能电站上方设定区域内的若干烟雾传感器；

5、电池火灾监测系统包括均匀设置在储能电池组内的若干温度传感器；

6、电气火灾监测系统包括设置在储能电站电气系统内的若干电气火灾探测器；

7、烟雾监测系统、电池火灾监测系统、电气火灾监测系统和报警系统均与控制器通信连接。

8、提供一种上述储能电站复合火灾探测系统的控制方法，其包括以下步骤：

9、s1：提取储能电站的三维模型，在三维模型内建立用于火灾探测的三维坐标系0-xyz，并在三维模型的空间内均匀设置烟雾传感器的安装点，以及储能电池组内温度传感器的安装点；

10、s2：在储能电站内，根据设置的烟雾传感器和温度传感器的安装点对应位置安装上烟雾传感器和温度传感器，电气系统上安装电气火灾探测器；

11、s3：根据三维坐标系0-xyz获取每个烟雾传感器和温度传感器的坐标，并依次对每个烟雾传感器和温度传感器进行编号，烟雾传感器的坐标为，温度传感器的坐标为， n为烟雾传感器的编号， m为温度传感器的编号；

12、s4：每隔设定时长烟雾传感器均采集一次烟雾浓度值，根据烟雾浓度值评估火灾发生时的火灾等级，并获取储能单元内的烟雾的溢出点；

13、s5：利用溢出点周围的温度传感器采集的温度值，获取储能单元内火灾点的位置，生成对应的储能电池组火灾信号或电气系统火灾信号，与火灾等级一起发送给储能电站的火灾监控中心，标记出起火点的位置。

14、进一步地，步骤s4包括：

15、s41：每隔设定时长烟雾传感器均采集一次烟雾浓度值，并获取每个烟雾浓度值对应的时间标签，采集的烟雾浓度值 y均与对应时段内烟雾浓度常规值进行作差，得到烟雾浓度波动值：；

16、s42：将烟雾浓度波动值与烟雾浓度波动阈值进行比较；若＞，则判定该位置的烟雾浓度过高，该烟雾浓度值作为异常烟雾浓度值；若≤，则判定该位置的烟雾浓度波动正常；

17、s43：从烟雾监测系统第一次采集到异常烟雾浓度值开始，将所有的异常烟雾浓度值均输入异常烟雾浓度数据组中，烟雾浓度数据组中的异常烟雾浓度值为，为时间标签， j为异常烟雾浓度值的编号；

18、s44：在烟雾浓度数据组内根据时间标签的先后顺序依次对所有异常烟雾浓度值进行排序；

19、若，则异常烟雾浓度值排在异常烟雾浓度值的前面；

20、若，则分别获取采集异常烟雾浓度值、和的烟雾传感器的坐标、和；

21、s45：分别计算坐标与的距离 d1、坐标与的距离 d2；

22、；

23、；

24、s46：比较距离 d1、 d2的大小：

25、若 d1＞ d2，则采集异常烟雾浓度值的烟雾传感器比采集异常烟雾浓度值的烟雾传感器距离起火点更近，将异常烟雾浓度值排在异常烟雾浓度值的前面；

26、若 d1≤ d2，则采集异常烟雾浓度值的烟雾传感器比采集异常烟雾浓度值的烟雾传感器距离起火点更近，将异常烟雾浓度值排在异常烟雾浓度值的前面；

27、s47：烟雾浓度数据组内的异常烟雾浓度值排序完成后，得到烟雾浓度数据组；

28、s48：计算在时间段内火灾产生的烟雾随时间扩散的扩散速率 v1，以及随距离扩散的扩散速率 v2：

29、；

30、其中， d为采集异常烟雾浓度值的烟雾传感器与采集异常烟雾浓度值的烟雾传感器之间的距离；

31、s49：根据扩散速率 v1、 v2计算火灾状态的评估系数 k：

32、；

33、其中， k1、 k2分别为烟雾随时间、距离扩散的速率对火灾状态的影响系数， v为火灾发生时的风速， k3为风速对烟雾扩散的影响系数；

34、s410：设置火灾状态的评估阈值 k1和 k2， k2＞ k1；

35、当 k＞ k2，则判定此次火灾的等级为一级；

36、当 k1＜ k≤ k2，则判定此次火灾的等级为二级；

37、当 k1≥ k，则判定此次火灾的等级为三级；

38、s411：根据第一时刻 t1和第二时刻 t2采集到的异常烟雾浓度值对应的烟雾传感器的坐标、，将坐标、所在的点进行连线，并向坐标的方向延长，形成若干延长线，延长线与最近的储能单元所在的区域相交，若干延长线在最近的储能单元上的交点作为储能单元内火灾产生的烟雾的溢出点。

39、进一步地，步骤s5包括：

40、s51：获取溢出点在三维坐标系0-xyz内的坐标，计算溢出点与周围温度传感器所在坐标的距离 l：

41、；

42、s52：筛选出距离满足 l≤的温度传感器作为距离溢出点最近的温度传感器，并获取最近的温度传感器在设定时段内采集的温度值 t，并计算温度波动平均值，为相邻两个温度传感器之间的距离；

43、；

44、其中，为设定时段内采集的第 i个温度值，为采集的第 i-1个温度值；

45、s53：判断温度波动平均值是否大于温度波动阈值：

46、若≥，则判断在溢出点为中心，半径为的范围内作为火灾中心区域；

47、若＜，则继续扩大搜索火灾中心的范围，执行步骤s54；

48、s54：筛选出距离满足 l≤的溢出点周围的温度传感器，并获取以溢出点为圆心、半径在≤ r≤的圆环范围内温度传感器在设定时段内采集的温度值的温度波动平均值；

49、；

50、其中，为设定时段内采集的第 o个温度值，为采集的第 o-1个温度值；

51、s55：判断温度波动平均值是否大于温度波动阈值：

52、若≥，则判断火灾中心在以溢出点为中心、半径在≤ r≤的圆环范围内；

53、若≥，则继续扩大搜索火灾中心的范围，返回步骤s54，在以溢出点为圆心、半径在≤ r≤的圆环范围内搜索火灾中心；

54、s56：直到搜索出火灾中心所在的范围后，提取火灾中心所在的范围内最先采集到温度值 t≥ t阈值的温度传感器，提取该温度传感器在三维坐标系0-xyz中的坐标，作为起火点坐标，并在三维坐标系0-xyz中标记出来；

55、s57：若在储能单元内的电池火灾监测系统内未检测到采集到温度值 t≥ t阈值的温度传感器，则采集电气火灾探测器的信号，判断储能单元内的电气系统是否监测到火灾信号，并生成对应的储能电池组火灾信号或电气系统火灾信号，与火灾等级一起发送给储能电站的火灾监控中心，标记出起火点的位置。

56、本发明的有益效果为：本发明提出了一种在储能电站内能实现多部位、综合的复合火灾监测系统，安装在储能电站内的烟雾传感器对储能单元内释放的烟雾进行监控，并利用各烟雾传感器采集的烟雾浓度值获取储能单元的烟雾溢出点，结合烟雾溢出点，再通过周围采集的额温度值，来判定起火点的范围，进一步获取起火点，还可以评估出火灾的等级。能够及时发现储能电池的火灾现象和火灾隐患，保证了火灾监测的灵敏性、可靠性和实时性，大大提升了储能电站的安全运行水平。