本發(fā)明屬于儲(chǔ)能電站，具體涉及一種應(yīng)用于軌道交通鋰電池儲(chǔ)能電站火災(zāi)處理系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球工業(yè)節(jié)能減排和可再生能源應(yīng)用的不斷推進(jìn)，軌道交通作為大型公共基礎(chǔ)設(shè)施，面臨著巨大的能源管理挑戰(zhàn)及碳減排目標(biāo)壓力。鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸成為軌道交通優(yōu)化能源管理、降低電費(fèi)成本、提高能源利用率的關(guān)鍵手段。然而，鋰電池在極端條件下存在熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)，會(huì)產(chǎn)生大量有毒有害氣體，且在撲滅火災(zāi)后還會(huì)產(chǎn)生有害廢液，嚴(yán)重威脅環(huán)境安全和軌道交通的正常運(yùn)營(yíng)。因此，鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全問(wèn)題成為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，設(shè)計(jì)一套智能化的火災(zāi)預(yù)警與廢液處理系統(tǒng)對(duì)于軌道交通鋰電池儲(chǔ)能電站的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，如專利cn117854216采用傳統(tǒng)報(bào)警模塊，融合了聲音，氣體信號(hào)對(duì)儲(chǔ)能電站火災(zāi)進(jìn)行預(yù)警。設(shè)置在儲(chǔ)能艙內(nèi)的聲音測(cè)量?jī)x實(shí)時(shí)采集聲音信號(hào)。通過(guò)分析這些聲音信號(hào)，系統(tǒng)能夠識(shí)別出安全閥的打開(kāi)動(dòng)作，并自動(dòng)對(duì)電池進(jìn)行斷電處理進(jìn)行一級(jí)告警，利用儲(chǔ)能艙內(nèi)的氫氣傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氫氣濃度。當(dāng)監(jiān)測(cè)到的氫氣濃度達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí)，系統(tǒng)將立即對(duì)電池實(shí)施斷電處理進(jìn)行二級(jí)告警。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，如專利cn116459470采用氣體與液體相結(jié)合的滅火方式布置于儲(chǔ)能電站內(nèi)部進(jìn)行火災(zāi)救援，在外部布置消防栓滅火系統(tǒng)，提高了儲(chǔ)能電站的安全性。但是沒(méi)有考慮撲滅火災(zāi)后產(chǎn)生的有毒有害液體如何處理。

4、綜上，傳統(tǒng)的儲(chǔ)能電站火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)不僅在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、智能化水平和預(yù)警準(zhǔn)確性方面存在劣勢(shì)，現(xiàn)有滅火系統(tǒng)也未充分考慮滅火廢液的處理問(wèn)題，亟需設(shè)計(jì)一套智能化、集成化的火災(zāi)預(yù)防和廢液處理系統(tǒng)，以提高儲(chǔ)能電站的安全性、可靠性和環(huán)保性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種應(yīng)用于軌道交通鋰電池儲(chǔ)能電站火災(zāi)處理系統(tǒng)與方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明一方面提供了一種應(yīng)用于軌道交通鋰電池儲(chǔ)能電站火災(zāi)處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：儲(chǔ)能電池、傳感器模塊、滅火系統(tǒng)、廢液處理系統(tǒng)與控制模塊，所述滅火系統(tǒng)包括氣體滅火系統(tǒng)與水基滅火系統(tǒng)，所述傳感器模塊與控制模塊連接，所述控制模塊與氣體滅火系統(tǒng)、水基滅火系統(tǒng)、廢液處理系統(tǒng)連接，所述控制模塊部署有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，所述貝葉斯網(wǎng)絡(luò)用于預(yù)測(cè)火災(zāi)判別概率，所述控制模塊用于根據(jù)火災(zāi)判別概率判斷儲(chǔ)能電池工作狀態(tài)，根據(jù)儲(chǔ)能電池工作狀態(tài)控制對(duì)應(yīng)的滅火系統(tǒng)與廢液處理系統(tǒng)進(jìn)行工作。

4、進(jìn)一步的，所述傳感器模塊包括電壓傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器、可燃?xì)怏w傳感器、濕度傳感器，所述傳感器模塊用于采集火災(zāi)數(shù)據(jù)，將火災(zāi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂颇K，所述火災(zāi)數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器模塊的各個(gè)傳感器進(jìn)行采集，包括儲(chǔ)能電池電壓、儲(chǔ)能電站室內(nèi)煙霧濃度、儲(chǔ)能電站室內(nèi)溫度、儲(chǔ)能電站室內(nèi)可燃?xì)怏w濃度與儲(chǔ)能電站室內(nèi)濕度。

5、進(jìn)一步的，所述儲(chǔ)能電池工作狀態(tài)包括正常工作狀態(tài)、熱失控早期階段與熱失控后期階段。

6、進(jìn)一步的，所述控制模塊功能包括：判斷儲(chǔ)能電站室內(nèi)煙霧濃度、儲(chǔ)能電站室內(nèi)溫度是否分別大于第一預(yù)設(shè)閾值與第二預(yù)設(shè)閾值，若有一個(gè)大于預(yù)設(shè)閾值，則控制啟動(dòng)水基滅火系統(tǒng)與廢液處理系統(tǒng)，若都不大于預(yù)設(shè)閾值，則不進(jìn)行處理。

7、進(jìn)一步的，所述氣體滅火系統(tǒng)為預(yù)制式全氟己酮滅火系統(tǒng)，由控制模塊連接控制，用于當(dāng)儲(chǔ)能電池處于熱失控早期階段時(shí)進(jìn)行啟動(dòng)滅火；所述水基滅火系統(tǒng)為高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，由控制模塊連接控制，用于滅火，所述水基滅火系統(tǒng)滅火時(shí)會(huì)產(chǎn)生滅火廢液。

8、進(jìn)一步的，所述廢液處理系統(tǒng)包括廢液收集模塊與廢液成分實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊，所述廢液處理系統(tǒng)與水基滅火系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)，所述廢液收集模塊包括廢液收集管道與廢液罐，所述廢液收集管道采用不銹鋼鋼管，所述不銹鋼鋼管外壁粉刷防腐涂料，所述廢液收集管道安裝有電動(dòng)閥門(mén)，所述電動(dòng)閥門(mén)由控制模塊連接控制，所述廢液收集管道用于引導(dǎo)滅火廢液進(jìn)入廢液罐，所述廢液罐采用不銹鋼材質(zhì)，廢液罐內(nèi)壁經(jīng)過(guò)防滲處理，所述廢液成分實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊包括ph傳感器、重金屬離子檢測(cè)傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控廢液的ph值與重金屬離子濃度，所述ph傳感器、重金屬離子檢測(cè)傳感器安裝于廢液罐內(nèi)壁中。

9、本發(fā)明另一方面提供了一種應(yīng)用于軌道交通鋰電池儲(chǔ)能電站火災(zāi)處理方法，包括以下步驟：

10、步驟s1：通過(guò)歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建用于預(yù)測(cè)火災(zāi)判別概率的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，將訓(xùn)練好的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)部署在控制模塊中；

11、步驟s2：通過(guò)傳感器模塊采集火災(zāi)數(shù)據(jù)，包括：儲(chǔ)能電池電壓、儲(chǔ)能電站室內(nèi)煙霧濃度、儲(chǔ)能電站室內(nèi)溫度、儲(chǔ)能電站室內(nèi)可燃?xì)怏w濃度與儲(chǔ)能電站室內(nèi)濕度，將火災(zāi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂颇K；

12、步驟s3：控制模塊將火災(zāi)數(shù)據(jù)輸入至貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)輸出火災(zāi)判別概率，控制模塊根據(jù)火災(zāi)判別概率判斷儲(chǔ)能電池工作狀態(tài)；

13、步驟s4：控制模塊根據(jù)儲(chǔ)能電池工作狀態(tài)選擇對(duì)應(yīng)的滅火系統(tǒng)，發(fā)送控制信號(hào)給對(duì)應(yīng)的滅火系統(tǒng)與廢液處理系統(tǒng)；控制模塊判斷儲(chǔ)能電站室內(nèi)煙霧濃度、儲(chǔ)能電站室內(nèi)溫度是否分別大于第一預(yù)設(shè)閾值與第二預(yù)設(shè)閾值，若有一個(gè)大于預(yù)設(shè)閾值，則發(fā)送控制信號(hào)給水基滅火系統(tǒng)與廢液處理系統(tǒng)，若都不大于預(yù)設(shè)閾值，則不進(jìn)行處理；

14、步驟s5：滅火系統(tǒng)接收到控制信號(hào)后開(kāi)始啟動(dòng)，進(jìn)行滅火，廢液處理系統(tǒng)接收到控制信號(hào)后，開(kāi)始收集廢液。

15、進(jìn)一步的，所述步驟s1中通過(guò)歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建用于預(yù)測(cè)火災(zāi)判別概率的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，包括以下步驟：

16、獲取儲(chǔ)能電站的歷史電壓、溫度、煙霧濃度、可燃?xì)怏w濃度與室內(nèi)濕度數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括正常運(yùn)行和異常情況下的數(shù)據(jù)；

17、對(duì)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括去除噪聲和異常值、格式化為機(jī)器學(xué)習(xí)算法適用的輸入形式、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)注；

18、所述去除噪聲包括以下步驟：

19、對(duì)溫度數(shù)據(jù)以及電壓數(shù)據(jù)采用移動(dòng)平均法進(jìn)行降噪處理；

20、

21、其中，t(t)是時(shí)間t處的溫度值或電壓值，n是窗口長(zhǎng)度，可以根據(jù)系統(tǒng)對(duì)波動(dòng)敏感性的需求進(jìn)行調(diào)整；

22、對(duì)濕度、煙霧濃度與可燃?xì)怏w濃度數(shù)據(jù)采用指數(shù)平滑法去噪，公式如下：

23、

24、其中，h(t)是時(shí)間t的濕度值或可燃?xì)怏w濃度值，α是平滑系數(shù)；

25、所述格式化為機(jī)器學(xué)習(xí)算法適用的輸入形式包括：

26、將溫度以及電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行z-score歸一化，公式為：

27、

28、其中xi是i時(shí)間的溫度值，μ是數(shù)據(jù)均值，σ是數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差；

29、將采集到的氣體濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，公式如下：

30、x1＝log(x+1)

31、其中x是氣體濃度；

32、將采集到的濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行min-max標(biāo)準(zhǔn)化處理，公式如下：

33、

34、其中x是當(dāng)前濕度值，xmin＝0，xmax＝1；

35、通過(guò)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)采用最大似然估計(jì)法對(duì)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行參數(shù)學(xué)習(xí)，得到訓(xùn)練后的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。

36、進(jìn)一步的，所述步驟s3中控制模塊將火災(zāi)數(shù)據(jù)輸入至貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)輸出火災(zāi)判別概率，火災(zāi)判別概率公式為：

37、

38、其中，p(s,t,g,h|f)為在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，當(dāng)前檢測(cè)到的煙霧、溫度、可燃?xì)怏w濃度和濕度的條件概率，p(f)是火災(zāi)發(fā)生的先驗(yàn)概率，p(s,t,g,h)是傳感器數(shù)據(jù)的邊緣概率，p(f|s,t,g,h)為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)輸出的火災(zāi)判別概率。

39、進(jìn)一步的，所述控制模塊根據(jù)火災(zāi)判別概率判斷儲(chǔ)能電池工作狀態(tài)，包括：

40、當(dāng)火災(zāi)判別概率≤0.1時(shí)，控制模塊判斷儲(chǔ)能電池處于正常工作狀態(tài)，不觸發(fā)預(yù)警；

41、當(dāng)火災(zāi)判別概率在0.1至0.3之間時(shí)，控制模塊判斷儲(chǔ)能電池處于熱失控早期階段，控制模塊發(fā)送控制信號(hào)給氣體滅火系統(tǒng)；

42、當(dāng)火災(zāi)判別概率在0.3至1之間時(shí)，控制模塊判斷儲(chǔ)能電池處于熱失控后期階段，控制模塊發(fā)送控制信號(hào)給水基滅火系統(tǒng)與廢液處理系統(tǒng)。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

44、(1)本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)，特別針對(duì)用于軌道交通鋰電池儲(chǔ)能電站在火災(zāi)預(yù)警、滅火響應(yīng)及廢液處理方面的不足，進(jìn)行了創(chuàng)新改進(jìn)。首先，本發(fā)明通過(guò)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)了基于多維度數(shù)據(jù)(如電壓、溫度、煙霧濃度、可燃?xì)怏w濃度、濕度等)的實(shí)時(shí)火災(zāi)概率推理，能夠在鋰電池?zé)崾Э氐脑缙陔A段精確預(yù)警，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)警閾值，顯著提升了預(yù)警的準(zhǔn)確性。其次，本發(fā)明采用智能化滅火系統(tǒng)，能夠根據(jù)火災(zāi)的不同階段切換滅火手段：初期采用全氟己酮?dú)怏w抑制火源，后期切換至高壓細(xì)水霧系統(tǒng)，有效降低了火災(zāi)擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)避免了水基滅火對(duì)電池的損害。最后，針對(duì)傳統(tǒng)滅火系統(tǒng)廢液處理不完善的問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了廢液收集與監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)缁疬^(guò)程中產(chǎn)生的廢液進(jìn)行有效收集、監(jiān)控和處理，確保廢液排放符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，尤其適用于對(duì)環(huán)境有較高要求的軌道交通等工業(yè)場(chǎng)景。

45、(2)本發(fā)明應(yīng)用于軌道交通鋰電池儲(chǔ)能電站，具備智能化火災(zāi)預(yù)警、自動(dòng)滅火及廢液處理功能。通過(guò)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型和多種傳感器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)鋰電池?zé)崾Э氐娘L(fēng)險(xiǎn)，并利用邊緣計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)處理，提升響應(yīng)速度。滅火系統(tǒng)根據(jù)火災(zāi)階段智能選擇氣體或水基滅火方式，有效控制火勢(shì)。廢液處理系統(tǒng)自動(dòng)收集滅火產(chǎn)生的廢液，并通過(guò)傳感器監(jiān)控廢液成分，確保符合環(huán)保要求。該系統(tǒng)集成了智能預(yù)警、滅火與環(huán)保處理，提升了儲(chǔ)能電站的安全性和可靠性。