矿井用智能应急电源系统.pdf

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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202410005166.6(22)申请日 2024.01.03(71)申请人 北京航天常兴科技发展股份有限公司地址 102600 北京市大兴区金星路30号院5号楼6层 申请人 鄂尔多斯市昊华精煤有限责任公司(72)发明人 王举重李孝宇田振伍卢丹王天杰赵海龙赵东阳(74)专利代理机构 北京翔石知识产权代理事务所(普通合伙)11816专利代理师 李勇(51)Int.Cl.H02J 9/06(2006.01)H02J 7/00(2006.01)G01D 21/02(2006.01)G06Q 50/02。

2、(2024.01)G06Q 50/06(2024.01)G06F 17/10(2006.01)(54)发明名称一种矿井用智能应急电源系统(57)摘要本发明涉供电技术领域，尤其涉及一种矿井用智能应急电源系统，包括用以应急供电的应急电池模块，用以采集所述矿井的信息的第一采集单元、用以采集常规电源电压的第二采集单元以及用以采集各所述蓄电池组容量的第三采集单元，用以存储采集的信息的存储模块，用以根据常规电源评价值判定常规电源的运行是否符合预设标准和根据供电容量消耗均值判定应急电池模块单次供电是否符合预设标准的应急确定模块，以及用以显示提示信息的显示模块，提高了矿井应急供电的可靠性和安全性。权利要求书2。

3、页 说明书7页 附图2页CN 117498532 A2024.02.02CN 117498532 A1.一种矿井用智能应急电源系统，其特征在于，包括：应急电池模块，其包括等间距设置在所述矿井中的若干蓄电池组；采集模块，其包括用以采集所述矿井的信息的第一采集单元、用以采集常规电源电压的第二采集单元以及用以采集各所述蓄电池组容量的第三采集单元；所述第一采集单元包括设置在所述蓄电池组相邻位置用以采集震动信息的若干震动传感器和设置在所述震动传感器相邻位置用以采集矿井内瓦斯浓度的若干瓦斯浓度传感器；存储模块，其与所述采集模块相连，用以存储所述采集模块采集的信息；应急确定模块，其分别与所述采集模块和所述存。

4、储模块相连，用以根据常规电源评价值判定常规电源的运行是否符合预设标准，以及，根据供电容量消耗均值判定应急电池模块单次供电是否符合预设标准；显示模块，其与所述应急确定模块相连，用以显示应急确定模块判定的提示信息。2.根据权利要求1所述的矿井用智能应急电源系统，其特征在于，设定所述常规电源评价值为Q，Q按照公式（1）求得，（1），公式（1）中，为电压评价系数，设定，为时长评价系数，设定，Ue为所述常规电源的额定电压，Um为常规电压单次波动的极值电压，U0为预设电压波动阈值，t为常规电压单次波动的时长，t0为预设波动时长阈值。3.根据权利要求2所述的矿井用智能应急电源系统，其特征在于，所述应急确定模。

5、块基于所述常规电源评价值判定常规电源的运行不符合预设标准时，基于电压波动事件的频次和等级的占比判定常规电源的运行不符合预设标准的原因，或，切断所述常规电源并启动所述应急电池模块以及发出应急供电的提示。4.根据权利要求3所述的矿井用智能应急电源系统，其特征在于，所述电压波动事件的频次和等级基于所述存储模块中的历史数据构建的时间震动幅度电压坐标系确定。5.根据权利要求4所述的矿井用智能应急电源系统，其特征在于，所述应急确定模块将预设时长内电压波动幅值超过U0的次数记为电压波动事件的频次，将所述坐标系内仅存在电压波动的事件标记为一级电压波动事件，将所述坐标系内电压波动的事件的时段内存在震动的事件标记。

6、为二级电压波动事件。6.根据权利要求5所述的矿井用智能应急电源系统，其特征在于，所述应急确定模块基于电压波动事件的频次和等级的占比判定常规电源的运行不符合预设标准的原因并发出对应的提示，所述原因包括供电端供电功率不足并将供电端扩容，负载端过载，以及震动造成负载端设备运转不稳定。7.根据权利要求6所述的矿井用智能应急电源系统，其特征在于，所述应急确定模块设置有针对所述供电端扩容的若干扩容方式，且每种扩容方式针对所述供电端的扩容幅度不同。8.根据权利要求7所述的矿井用智能应急电源系统，其特征在于，所述应急确定模块基于供电容量消耗均值判定应急电池模块单次供电不符合预设标准时，将所述蓄电池组扩容权利要。

7、求书1/2 页2CN 117498532 A2至对应值并发出应急电池模块扩容的提示，或，确定蓄电池组出现损坏并发出巡检蓄电池组的提示。9.根据权利要求8所述的矿井用智能应急电源系统，其特征在于，设定所述供电容量消耗均值为L，L按照公式（2）求得，（2），公式（2）中，为第i个蓄电池组单次供电的消耗的容量，i=1,2.n，n为所述应急电池模块中蓄电池组的总组数。10.根据权利要求1所述的矿井用智能应急电源系统，其特征在于，所述应急确定模块基于蓄电池组单次供电后剩余容量占比与预设剩余容量占比阈值的比对初步确定是否对所述蓄电池组充电，并在初步确定对蓄电池组充电时基于瓦斯浓度与预设瓦斯浓度阈值的比对二。

8、次确定是否对所述蓄电池组充电。权利要求书2/2 页3CN 117498532 A3一种矿井用智能应急电源系统技术领域0001本发明涉供电技术领域，尤其涉及一种矿井用智能应急电源系统。背景技术0002矿井应急电源系统是煤矿生产中用于应对突发事件的电源系统，其主要目的是在常规电源发生故障或中断时，能够及时提供可靠的电力供应，确保矿井的正常生产和人员安全。0003中国专利公开号：CN114844197A，公开了一种煤矿局部通风机应急储能电源系统。该系统包括电池部分、逆变单元、变压器单元、信息采集单元、充电单元、控制单元、显示单元、按键单元以及局部通风机；其连接关系为：控制单元分别和电池部分、显示单元。

9、、按键单元、信息采集单元、充电单元、逆变单元连接；电池部分、逆变单元、变压器单元、局部通风机依次相连；信息采集单元还分别和电池部分、逆变单元、变压器单元、局部通风机相连；电池部分和充电单元相连。可以看出，所述系统不能根据常规电源和矿井内的信息及时切换应急电源，也不能掌握应急电源的状态，导致矿井的应急电源的可靠性和安全性不足。发明内容0004为此，本发明提供一种矿井用智能应急电源系统，用以克服现有技术中缺乏对供电和矿井环境的监测，导致矿井用应急电源系统的可靠性和安全性不足的问题。0005为实现上述目的，本发明提供一种矿井用智能应急电源系统，包括：0006应急电池模块，其包括等间距设置在所述矿井中。

10、的若干蓄电池组；0007采集模块，其包括用以采集所述矿井的信息的第一采集单元、用以采集常规电源电压的第二采集单元以及用以采集各所述蓄电池组容量的第三采集单元；0008所述第一采集单元包括设置在所述蓄电池组相邻位置用以采集震动信息的若干震动传感器和设置在所述震动传感器相邻位置用以采集矿井内瓦斯浓度的若干瓦斯浓度传感器；0009存储模块，其与所述采集模块相连，用以存储所述采集模块采集的信息；0010应急确定模块，其分别与所述采集模块和所述存储模块相连，用以根据常规电源评价值判定常规电源的运行是否符合预设标准，以及，根据供电容量消耗均值判定应急电池模块单次供电是否符合预设标准；0011显示模块，其与。

11、所述应急确定模块相连，用以显示应急确定模块判定的提示信息。0012进一步地，设定所述常规电源评价值为Q，Q按照公式（1）求得，0013（1），0014公式（1）中，为电压评价系数，设定，为时长评价系数，设定，Ue为所述常规电源的额定电压，Um为常规电压单次波动的极值电压，U0为预设电压波动阈值，t为常规电压单次波动的时长，t0为预设波动时长阈值。说明书1/7 页4CN 117498532 A40015进一步地，所述应急确定模块基于所述常规电源评价值判定常规电源的运行不符合预设标准时，基于电压波动事件的频次和等级的占比判定常规电源的运行不符合预设标准的原因，或，切断所述常规电源并启动所述应急电池。

12、模块以及发出应急供电的提示。0016进一步地，所述电压波动事件的频次和等级基于所述存储模块中的历史数据构建的时间震动幅度电压坐标系确定。0017进一步地，所述应急确定模块将预设时长内电压波动幅值超过U0的次数记为电压波动事件的频次，0018将所述坐标系内仅存在电压波动的事件标记为一级电压波动事件，0019将所述坐标系内电压波动的事件的时段内存在震动的事件标记为二级电压波动事件。0020进一步地，所述应急确定模块基于电压波动事件的频次和等级的占比判定常规电源的运行不符合预设标准的原因并发出对应的提示，所述原因包括供电端供电功率不足并将供电端扩容，负载端过载，以及震动造成负载端设备运转不稳定。00。

13、21进一步地，所述应急确定模块设置有针对所述供电端扩容的若干扩容方式，且每种扩容方式针对所述供电端的扩容幅度不同。0022进一步地，所述应急确定模块基于供电容量消耗均值判定应急电池模块单次供电不符合预设标准时，将所述蓄电池组扩容至对应值并发出应急电池模块扩容的提示，或，确定蓄电池组出现损坏并发出巡检蓄电池组的提示。0023进一步地，设定所述供电容量消耗均值为L，L按照公式（2）求得，0024（2），0025公式（2）中，为第i个蓄电池组单次供电的消耗的容量，i=1,2.n，n为所述应急电池模块中蓄电池组的总组数。0026进一步地，所述应急确定模块基于蓄电池组单次供电后剩余容量占比与预设剩余容量。

14、占比阈值的比对初步确定是否对所述蓄电池组充电，并在初步确定对蓄电池组充电时基于瓦斯浓度与预设瓦斯浓度阈值的比对二次确定是否对所述蓄电池组充电。0027与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过设置用以采集所述矿井的信息的第一采集单元、用以采集常规电源电压的第二采集单元以及用以采集各所述蓄电池组容量的第三采集单元，以及用以根据采集的信息判定常规电源的运行和应急电池模块的供电是否达标的应急确定模块，使备用电源实现精准切换和智能自检，从而提高应急电源的可靠性和安全性。0028进一步地，本发明基于常规电源的波动幅度和时长拟合了常规电源评价值，从而可以科学和精准的标定常规电源的评价。0029进一步。

15、地，本发明基于常规电源评价值精准的判定了常规电源的运行状态，并在运行不符合预设标准时的处理途径，实现了备用电源的精准切换。0030进一步地，本发明在判定常规电源的运行不符合预设标准的原因时，基于历史数据构建了时间震动幅度电压坐标系，通过分析历史数据确定运行不达标的原因。0031进一步地，本发明在应急确定模块判定常规电源的运行不稳定是由于供电端供电说明书2/7 页5CN 117498532 A5功率不足引起，则相应的进行扩容，本发明在扩容过程中设置了不同的扩容方式，从而实现了供电端的精准扩容。0032进一步地，本发明设置的供电容量消耗均值可以精准的评价应急电池模块的供电状态，从而通过自学习的方式。

16、实现了应急电池模块的可靠性。0033进一步地，本发明在蓄电池组的剩余容量占比不达标时，通过进一步检测瓦斯浓度确定是否对蓄电池组进行充电，进一步提高了应急电池模块的安全性和可靠性。附图说明0034图1为本发明实施例一种矿井用智能应急电源系统的结构示意图；0035图2为本发明实施例判定常规电源的运行是否符合预设标准的流程图；0036图3为本发明实施例判定常规电源的运行不符合预设标准的原因的流程图；0037图4为本发明实施例判定应急电池模块单次供电是否符合预设标准的流程图。具体实施方式0038为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅。

17、仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。0039需要指出的是在本实施例中的数据均为通过本发明所述矿井用智能应急电源系统在进行本次运行前三个月的历史检测数据以及对应的历史检测结果中综合分析评定得出。0040本发明所述系统在本次运行前根据前三个月中累计进行的11641次信息的采集和系统的运行综合确定针对本次运行的各项预设参数标准的数值。本领域的技术人员可以理解的是，本发明所述系统针对单项上述参数的确定方式可以为根据数据分布选取占比最高的数值作为预设标准参数、使用加权求和以将求得的数值作为预设标准参数、将各历史数据代入至特定公式并将利用该公式求得的数值作为预设标准参数或其他选取方式，只要满足本发明所述。

18、系统能够通过获取的数值明确界定单项判定过程中的不同特定情况即可。0041下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。0042请参阅图1、图2、图3以及图4所示，其分别为本发明实施例一种矿井用智能应急电源系统的结构示意图；本发明实施例判定常规电源的运行是否符合预设标准的流程图；本发明实施例判定常规电源的运行不符合预设标准的原因的流程图；本发明实施例判定应急电池模块单次供电是否符合预设标准的流程图。0043本发明实施例一种矿井用智能应急电源系统，包括：0044应急电池模块，其包括等间距设置在所述矿井中的若。

19、干蓄电池组；0045采集模块，其包括用以采集所述矿井的信息的第一采集单元、用以采集常规电源电压的第二采集单元以及用以采集各所述蓄电池组容量的第三采集单元；0046所述第一采集单元包括设置在所述蓄电池组相邻位置用以采集震动信息的若干震动传感器和设置在所述震动传感器相邻位置用以采集矿井内瓦斯浓度的若干瓦斯浓度传感器；0047存储模块，其与所述采集模块相连，用以存储所述采集模块采集的信息；说明书3/7 页6CN 117498532 A60048应急确定模块，其分别与所述采集模块和所述存储模块相连，用以根据常规电源评价值判定常规电源的运行是否符合预设标准，以及，根据供电容量消耗均值判定应急电池模块单次。

20、供电是否符合预设标准；0049显示模块，其与所述应急确定模块相连，用以显示应急确定模块判定的提示信息。0050具体而言，蓄电池组例如铅酸蓄电池组，具体不做限定，只需要满足矿用安全标准即可。0051具体而言，所述应急确定模块例如计算机，具体不做限定，用以根据采集的参数执行对应的判定。0052具体而言，设定所述常规电源评价值为Q，Q按照公式（1）求得，0053（1），0054公式（1）中，为电压评价系数，设定，为时长评价系数，设定，Ue为所述常规电源的额定电压，设定Ue=380V，Um为常规电压单次波动的极值电压，U0为预设电压波动阈值，设定U0=18V，t为常规电压单次波动的时长，t0为预设波动。

21、时长阈值，设定t0=30ms。0055具体而言，请参阅图2，所述应急确定模块基于所述常规电源评价值判定常规电源的运行是否符合预设标准，其中，0056第一判定为所述应急确定模块判定所述常规电源的运行符合预设标准，并继续使用常规电源对负载端供电；所述第一判定满足所述常规电源评价值小于第一预设评价值阈值，设定第一预设评价值阈值为1.97；0057第二判定为所述应急确定模块判定所述常规电源的运行不符合预设标准，所述应急确定模块基于电压波动事件的频次和等级的占比判定常规电源的运行不符合预设标准的原因；所述第二判定满足所述常规电源评价值大于等于所述第一预设评价值阈值且小于第二预设评价值阈值，设定第二预设评。

22、价值阈值为3.20；0058第三判定为所述应急确定模块判定所述常规电源的运行不符合预设标准，所述应急确定模块切断所述常规电源并启动所述应急电池模块以及发出应急供电的提示；所述第三判定满足所述常规电源评价值大于等于所述第二预设评价值阈值。0059具体而言，所述电压波动事件的频次和等级基于所述存储模块中的历史数据构建的时间震动幅度电压坐标系确定，所述时间震动幅度电压坐标系的构建方式为，时间为X轴，震动幅度和常规电源电压为Y轴，分别生成时间震动幅度曲线和时间常规电源电压曲线，调整震动幅度和常规电源在Y轴的单位以优化两条曲线的排列。0060具体而言，应急确定模块将电压波动幅值超过U0的单次时间记为电压。

23、波动事件，0061将预设时长内电压波动事件的次数记为电压波动事件的频次，设定预设时长为24h。0062将所述坐标系内仅存在电压波动的事件标记为一级电压波动事件，即时间常规电源电压曲线记录到幅值超过U0的波动，而时间震动幅度曲线无波动。0063将所述坐标系内电压波动的事件的时段内存在震动的事件标记为二级电压波动事件，即时间常规电源电压曲线记录到幅值超过U0的波动，而时间震动幅度曲线的波动说明书4/7 页7CN 117498532 A7的幅值大于等于0，设定0=2.00mm。0064具体而言，请参阅图3，所述应急确定模块基于电压波动事件的频次和等级的占比判定常规电源的运行不符合预设标准的原因，其中。

24、，0065第一原因判定为所述应急确定模块判定供电端供电功率不足，应急确定模块根据预设频次与电压波动事件的频次的差值将供电端扩容至对应值并发出供电端扩容的提示；所述第一原因判定满足所述电压波动事件的频次小于预设频次，设定预设频次为6.5次/h；0066第二原因判定为所述应急确定模块判定所述负载端过载并发出负载端过载的提示；所述第二原因判定满足所述电压波动事件的频次大于等于预设频次且一级电压波动事件的占比大于等于预设占比，设定预设占比为50%；0067第三原因判定为所述应急确定模块判定震动造成负载端设备运转不稳定并发出震动造成设备运转不稳定的提示；所述第三原因判定满足所述电压波动事件的频次大于等于。

25、预设频次且二级电压波动事件的占比大于预设占比。0068具体而言，所述应急确定模块在第一原因判定下计算预设频次与电压波动事件的频次之间的差值，并将该差值记为频次差值，应急确定模块基于频次差值确定针对所述供电端的扩容方式，其中，0069第一扩容方式为所述应急确定模块使用第一预设扩容系数1.3将所述供电端的供电功率扩容至对应值；所述第一扩容方式满足所述频次差值小于第一预设频次差值,设定第一预设频次差值为1.2次/h；0070第二扩容方式为所述应急确定模块使用第二预设扩容系数1.2将所述供电端的供电功率扩容至对应值；所述第二扩容方式满足所述频次差值大于等于所述第一预设频次差值且小于第二预设频次差值，设。

26、定第二预设频次差值为2.8次/h；0071第三扩容方式为所述应急确定模块使用第三预设扩容系数1.1将所述供电端的供电功率扩容至对应值；所述第三扩容方式满足所述频次差值大于等于所述第二预设频次差值且小于第三预设频次差值，设定第三预设频次差值为4.2次/h。0072具体而言，请参阅图4，所述应急确定模块基于供电容量消耗均值判定应急电池模块单次供电是否符合预设标准，其中，0073第一类判定为所述应急确定模块判定应急电池模块单次供电符合预设标准，并按照当前的参数进行下次供电；所述第一类判定满足所述供电容量消耗均值小于第一预设供电容量消耗均值，设定第一预设供电容量消耗均值为70%；0074第二类判定为所。

27、述应急确定模块判定应急电池模块单次供电不符合预设标准，应急确定模块根据所述供电容量消耗均值与所述第一预设供电容量消耗均值的差值将所述蓄电池组扩容至对应值并发出应急电池模块扩容的提示；所述第二类判定满足所述供电容量消耗均值大于等于所述第一预设供电容量消耗均值且小于第二预设供电容量消耗均值，设定第二预设供电容量消耗均值为86%；0075第三类判定为所述应急确定模块判定应急电池模块单次供电不符合预设标准并判定不符合预设标准的原因为蓄电池组出现损坏，应急确定模块发出巡检蓄电池组的提示；所述第三类判定满足所述供电容量消耗均值大于等于所述第二预设供电容量消耗均值。0076具体而言，设定所述供电容量消耗均值。

28、为L，L按照公式（2）求得，说明书5/7 页8CN 117498532 A80077（2），0078公式（2）中，为第i个蓄电池组单次供电的消耗的容量，i=1,2.n，n为应急电池模块中蓄电池组的总组数。0079具体而言，所述应急确定模块基于蓄电池组单次供电后剩余容量占比与预设剩余容量占比阈值的比对初步确定是否对所述蓄电池组充电，若剩余容量占比小于等于预设剩余容量占比阈值，则初步确定对所述蓄电池组充电，设定预设剩余容量占比阈值为30%。0080具体而言，并在初步确定对蓄电池组充电时基于瓦斯浓度与预设瓦斯浓度阈值的比对二次确定是否对所述蓄电池组充电，若瓦斯浓度小于等于预设瓦斯浓度阈值，则二次确定。

29、对所述蓄电池组充电，设定预设瓦斯浓度阈值为1.5%。0081实施例10082以XXXX煤田有限公司3号井矿井为例，该矿井安装了该矿井用智能应急电源系统，该应急电源系统用于矿井内照明、排风、通讯的应急供电。00832023年10月XX日XX时XX分XX秒，第二采集单元采集到常规电源的电压出现波动，波动的情况为电压陡降到315V，且持续的时长为34ms。0084应急确定模块基于采集的数据求得电源评价值为Q=2.50。0085常规电源评价值大于等于所述第一预设评价值阈值1.97且小于第二预设评价值阈值3.20，则应急确定模块判定所述常规电源的运行不符合预设标准，所述应急确定模块基于电压波动事件的频次。

30、和等级的占比判定常规电源的运行不符合预设标准的原因。0086应急确定模块调取存储模块中存储的24小时的数据，构建时间震动幅度电压坐标系后，统计结果如表1，0087表1 时间段电压波动事件统计表0088电压波动事件次数10时11时11时12时12时13时13时14时14时15时15时16时16时17时17时18时18时19时一级952872372二级230389202电压波动事件次数19时20时20时21时21时22时22时23时23时24时0时1时1时2时2时3时3时4时一级1262275810二级125238001电压波动事件次数4时5时5时6时6时7时7时8时8时9时9时10时 一级202。

31、5812 二级201004 0089对表1中的数据进行分析和统计之后，得出：0090电压波动事件共计175次，其中一级电压波动事件117次，二级电压波动事件58次。0091电压波动事件的频次为7.3次/h，且一级电压波动事件占比为67%。0092应急确定模块判定所述负载端过载并向显示模块发出负载端过载的提示。0093实施例20094以实施例1中的所述矿井用智能应急电源系统判定应急电池模块单次供电是否符合预设标准为例。00952023年10月XX日XX时XX分XX秒，第二采集单元采集到常规电源的电压出现波动，波动的情况为电压陡降到286V，且持续的时长为70ms。0096应急确定模块基于采集的数。

32、据求得电源评价值为Q=3.91。说明书6/7 页9CN 117498532 A90097则应急确定模块判定所述常规电源的运行不符合预设标准，所述应急确定模块切断所述常规电源并启动所述应急电池模块以及发出应急供电的提示。0098完成此次应急供电并切换回常规电源之后，第三采集单元采集各蓄电池组的容量以确定单次供电的消耗的容量。采集结果如表20099表2 单次供电蓄电池组容量信息表0100蓄电池组1234567891011121314容量（%）4753752528263338475866592128消耗的容量（%）53472575727467625342344179720101则电容量消耗均值为L=。

33、56.86%，则供电容量消耗均值小于第一预设供电容量消耗均值70%，则电池模块单次供电符合预设标准。0102至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。0103以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。说明书7/7 页10CN 117498532 A10图1图2说明书附图1/2 页11CN 117498532 A11图3图4说明书附图2/2 页12CN 117498532 A12。