一种储能系统

摘要

本发明涉及一种储能系统，至少包括：反应单元；空气供应单元，其被配置为向反应单元提供助燃气流；燃料供应单元，其被配置为向反应单元提供燃料气流；动力单元，其用于调节反应单元输出的电能；以及检测单元，其至少包括若干设置于前述各功能单元内的用于检测或采集与设备运行状态相关的参数的传感器，系统还包括控制单元，控制单元能够基于检测单元的检测或采集数据驱动二维模拟单元以二维模拟图像的方式显示操作对象的图形组件和与之对应的属性数据，以及驱动三维模拟单元同步显示操作对象的三维模拟图像，其中，三维模拟图像至少包括操作对象内部运动部件的运动状态变化图像。

权利要求

1.一种储能系统，至少包括：

反应单元(1)，

空气供应单元(2)，其被配置为向反应单元(1)提供助燃气流，燃料供应单元(4)，其被配置为向反应单元(1)提供燃料气流，动力单元(6)，其用于调节反应单元(1)输出的电能，以及检测单元(700)，其至少包括设置于各功能单元内的用于检测或采集与操作对象运行状态相关的参数的传感器，

其特征在于，

所述系统还包括控制单元(100)，所述控制单元(100)至少能够基于检测单元(700)的检测或采集数据驱动二维模拟单元(300)以二维模拟图像的方式显示各操作对象的二维图形组件和与之对应的属性数据，以及驱动三维模拟单元(400)按照与二维模拟单元(300)示出的二维模拟图像相关联的方式同步显示各操作对象的三维模拟图像，其中，三维模拟图像至少包括基于由部分设置于操作对象内部运动部件上的传感器所采集或检测的数据而形成的与该运动部件的运行状态相关的图像；

所述二维模拟单元(300)输出的二维模拟图像与所述三维模拟单元(400)输出的三维模拟图像彼此关联，以使得所述二维和/或三维模拟图像其中一方所包含的操作对象或操作对象内部的运动部件被选取之时，另一方中与之对应的操作对象或操作对象内部的运动部件将被同步定位和/或标记；

基于设备内部运动部件的实时检测和采集数据，控制单元(100)能够控制二维模拟单元(300)对设备的实时运行状态进行二维流程模拟，以及控制三维模拟单元(400)基于设备内部运动部件的检测和采集数据并结合二维模拟单元(300)的二维流程模拟图像对设备内部运动部件的运动状态变化进行同步的三维模拟；

其中，运动状态变化至少包括运动部件的机械运动变化和温度梯度变化；

机械运动变化被配置为由三维模拟单元(400)输出的关于叶轮的实时转动状态的三维模拟图像，在通过控制单元(100)调节输出功率以改变叶轮转速时，控制单元(100)能够同步驱动三维模拟单元(400)以使其适应叶轮的转速变化从而同步模拟显示出叶轮转动加快或转动减慢的运动图像；

对于温度梯度变化而言，通过设置于叶轮叶片上的温度传感器采集或检测各点的温度值，且叶轮各点温度通过不同的颜色、灰度及图案的表征方式来示意，将各温度变化值与不同表征方式进行关联以建立相关的数据库，以使得设备的温度变化能够有与之相对应的表征形式。

2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述操作对象内部的运动部件被赋予按照预设定义规则所设定的统一编码，且所述统一编码与设置在相应运动部件上的传感器的设备编号彼此对应，其中，

在通过所述二维模拟单元(300)和三维模拟单元(400)对储能系统进行实时动态模拟时，能够调用运动部件对应的编码和/或与运动部件对应的传感器的设备编号以至少获取相应运动部件的图形组件从而完成对操作对象的模拟成像。

3.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述二维模拟单元(300)和/或三维模拟单元(400)能够响应于操作对象的属性信息的改变而同步更新其图像以及与该图像对应的属性信息，以使得二维模拟单元(300)和/或三维模拟单元(400)能够按照保持图像及属性信息一致的方式显示各操作对象的动态模拟图像。

4.根据权利要求3所述的储能系统，其特征在于，在所述二维模拟单元(300)和/或三维模拟单元(400)输出相应的二维模拟图像和/或三维模拟图像之时，所述控制单元(100)能够基于模拟图像与模拟图像所包含属性信息之间的关联性建立用于描述各操作对象的时间属性和/或空间属性的过往数据库、现时数据库以及预期数据库。

5.根据权利要求4所述的储能系统，其特征在于，所述控制单元(100)能够基于预设的时间周期更新所述操作对象的过往数据库、现时数据库以及预期数据库，其中，所述预期数据库是控制单元(100)通过结合操作对象的过往数据库和现时数据库并通过仿真模拟计算的方式得出的。

6.根据权利要求5所述的储能系统，其特征在于，所述控制单元(100)能够基于对用于描述操作对象运行状态的过往二维/三维模拟图像和现时二维/三维模拟图像的分析对比结果，通过结合二维/三维模拟图像所包含的属性信息和图形数据信息的方式模拟出各操作对象预期的运行状态图像。

7.根据权利要求6所述的储能系统，其特征在于，还包括操作单元(600)和图形转换单元(500)，其中，

所述操作单元(600)能够响应于操作对象的属性信息的改变以同屏显示的方式输出所述二维模拟图像和/或三维模拟图像，所述图形转换单元(500)至少储存有关于各操作对象彼此连接布局的图形数据，并且所述图形转换单元(500)能够基于操作对象的属性信息和图形数据间的关联性驱动三维模拟单元(400)形成与二维模拟图像同步对应的三维模拟图像。

8.根据权利要求7所述的储能系统，其特征在于，所述三维模拟单元(400)能够基于由部分设置于操作对象内部运动部件上的传感器所检测和采集的数据来显示模拟及同步更新设备内部运动部件的实时状态变化，并且所述实时状态变化至少包括运动部件的机械运动变化和温度梯度变化。

9.根据权利要求8所述的储能系统，其特征在于，在通过所述控制单元(100)调节运动部件的输出功率以改变其机械运动状态时，所述控制单元(100)能够驱动三维模拟单元(400)适应该变化从而同步模拟出实时的运动状态图像，以及基于所述检测单元(700)的采集或检测值驱动三维模拟单元(400)按照预设的表征方式来显示运动部件的温度梯度变化。

说明书

一种储能系统

技术领域

[0001] 本发明涉及储能电池技术领域，尤其涉及一种储能系统。

背景技术

[0002] 全球能源行业顺应数字化时代的不断发展促使能源转型已成为行业共识，能源行业存在着体制、技术与市场壁垒，使得能源转型面临挑战。数字孪生技术可在物理世界和数
字世界之间建立精准的联系，有助于解决智慧能源发展所面临的技术难题，支持从多角度
对能源互连网络进行精确仿真和控制。

[0003] 数字孪生体针对现有或将有的物理实体对象的数字模型，通过实测、仿真和数据分析来实时感知、诊断、预测物理实体对象的状态，通过优化和指令来调控物理实体对象行
为，应用相关数字模型间的相互学习来进化自身，同时改进利益相关方在物理实体对象生
命周期内的决策。

[0004] 一般认为，数字孪生技术特别适用于资产密集型且可靠性需求高的复杂系统。该技术已逐渐应用到诸多工业领域，又以制造业领域为典型。智慧能源系统是融合多能源的
综合复杂系统，与数字孪生技术的应用方向高度契合。

[0005] 储能设备或系统的监测、管理及调试涉及到化学、物理、电子电气、机械及仪器仪表自动化等多学科在内的理论知识，并且常常需要指派经验丰富及专业知识扎实的专家或
工程师来监督设备或系统的运行，但人为管控时常会造成较大的误差，为了维持储能设备
或系统高效稳定的运行，管理者所面临的最主要的问题就是如何预测设备或系统可能存在
的和/或已经存在但由于数据采集、传输及处理的滞后性还未被确立的一个或多个不确定
因素来优化设备或系统的运行环境，以及基于一个或多个不确定因素来提前规划或部署设
备或系统的运行条件，使设备或系统的监测、管理及调试具备高度的自动化，同时最小化由
人为误差所带来的影响，从而提高设备或系统的使用寿命。其次，虽然现有技术中已经有了
众多通过仿真模拟方式来监测储能设备或系统实时运行状态的方案，但通过此类根据储能
设备或系统的连接方式、结构特征及运行状态而从其外部模拟生成的具有同步更新能力的
三维模拟图像来回顾、预测储能设备或系统的工况存在一定的局限性，例如，在通过查看三
维模拟图像中各设备对应的状态参数表来获取设备实时的运行状态及预估设备未来的运
行状态时，仅依靠设备的实时状态参数表是不准确的，因数据的滞后性带来的较大误差以
及数据本身存在的差异等无法及时有效地反映出设备内部的变化状态，故也无法有效准确
地预测设备或系统潜在的故障风险。因此，现有技术仍然有需要改进的至少一个或几个方
面。

[0006] 此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝
非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申
请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

[0007] 针对现有技术之不足，本发明提供了一种储能系统，旨在解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。

[0008] 为实现上述目的，本发明提供了一种储能系统，至少包括：反应单元；空气供应单元，其被配置为向反应单元提供助燃气流；燃料供应单元，其被配置为向反应单元提供燃料
气流；动力单元，其用于调节反应单元输出的电能；检测单元，其至少包括若干设置于前述
各功能单元内的用于检测或采集与操作对象运行状态相关的参数的传感器。

[0009] 优选地，储能系统还包括控制单元，控制单元能够基于检测单元的检测或采集数据驱动二维模拟单元以二维模拟图像的方式显示操作对象的图形组件和与之对应的属性
数据，以及驱动三维模拟单元同步显示操作对象的三维模拟图像。

[0010] 优选地，三维模拟图像至少包括基于由部分设置于操作对象内部运动部件上的传感器所采集或检测的数据而形成的与该运动部件的运行状态相关的图像。

[0011] 优选地，二维模拟单元输出的二维模拟图像与三维模拟单元输出的三维模拟图像彼此关联，以使得二维和/或三维模拟图像其中一方所包含的操作对象或操作对象内部的
运动部件被选取之时，另一方中与之对应的操作对象或操作对象内部的运动部件将被同步
定位和/或标记。

[0012] 优选地，操作对象内部的运动部件被赋予按照预设定义规则所设定的统一编码，且统一编码与设置在相应运动部件上的传感器的设备编号彼此对应。

[0013] 优选地，在通过二维模拟单元和三维模拟单元对储能系统进行实时动态模拟时，能够调用运动部件对应的编码和/或与运动部件对应的传感器的设备编号以至少获取相应
运动部件的图形组件从而完成对操作对象的模拟成像。

[0014] 优选地，二维模拟单元和/或三维模拟单元能够响应于操作对象的属性信息的改变而同步更新其图像以及与该图像对应的属性信息，以使得二维模拟单元和/或三维模拟
单元能够按照保持图像及属性信息一致的方式显示各操作对象的动态模拟图像。

[0015] 优选地，在二维模拟单元和/或三维模拟单元输出相应的二维模拟图像和/或三维模拟图像之时，控制单元能够基于模拟图像与模拟图像所包含属性信息之间的关联性建立
用于描述各操作对象的时间属性和/或空间属性的过往数据库、现时数据库以及预期数据
库。

[0016] 优选地，控制单元能够基于预设的时间周期更新操作对象的过往数据库、现时数据库以及预期数据库。

[0017] 优选地，预期数据库是控制单元通过结合操作对象的过往数据库和现时数据库并通过仿真模拟计算的方式得出的。

[0018] 优选地，控制单元能够基于对用于描述操作对象运行状态的过往二维/三维模拟图像和现时二维/三维模拟图像的分析对比结果，通过结合二维/三维模拟图像所包含的属
性信息和图形数据信息的方式模拟出各操作对象预期的运行状态图像。

[0019] 优选地，本发明的储能系统还包括操作单元和图形转换单元。

[0020] 优选地，操作单元能够响应于操作对象的属性信息的改变以同屏显示的方式输出二维模拟图像和/或三维模拟图像，

[0021] 优选地，图形转换单元至少储存有关于各操作对象彼此连接布局的图形数据，并且图形转换单元能够基于操作对象的属性信息和图形数据以形成与二维模拟图像同步对
应的三维模拟图像。

[0022] 优选地，三维模拟单元能够基于由部分设置于操作对象内部运动部件上的传感器所检测和采集的数据来显示模拟及同步更新设备内部运动部件的实时运动状态变化，并且
运动状态变化至少包括运动部件的机械运动变化和温度梯度变化。

[0023] 优选地，在通过控制单元调节运动部件的输出功率以改变其机械运动状态时，控制单元能够驱动三维模拟单元适应该变化从而同步模拟出实时的运动状态图像，并且基于
传感器的采集或检测值，运动部件的温度梯度变化是按照预设的表征方式来示意的。通过
三维模拟的方式来表征叶轮各处的温度梯度变化，使得管理者能够通过图像判断该设备的
当前运行状态。

附图说明

[0024] 图1是根据本发明所示出的一种储能系统优选的结构示意图；

[0025] 图2是基于本发明所示出的一种储能系统优选的控制原理图。

[0026] 附图标记列表

[0027] 1：反应单元；2：空气供应单元；3：辅助供能单元；4：燃料供应单元；6：动力单元；7：冷却单元；21：第一供气管；22：第一排气管；23：旁通管；24：空气净化器；25：压缩机；26：冷
却器；27：第一密封阀；28：第一调节阀；29：旁路调节阀；30：氧化剂流路；41：第二供气管；
42：第二排气管；43：循环管路；44：第二密封阀；45：第二调节阀；46：喷射装置；47：分离器；
48：排水阀；49：循环泵；50：储气罐；61：电压检测部；62：第二转换模块；63：第一逆变器；64：
第二逆变器；65：第一转换模块；71：排液管；72：换热器；73：进液管；74：水泵；100：控制单
元；200：操作对象；300：二维模拟单元；400：三维模拟单元；500：图形转换单元；600：操作单
元；700：检测单元。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图1‑2进行详细说明。

[0029] 在本发明的描述中，还需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不
是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上
方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高
于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下
方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0030] 本发明提供了一种储能系统，具体可以是以燃料电池为主要供能单元的储能系统。如图1所示，该储能系统可以包括以下部件之一：反应单元1、空气供应单元2、辅助供能
单元3、燃料供应单元4、动力单元6以及冷却单元7。具体地，反应单元1是该储能系统将化学
能转化为电能时的主要化学反应场所。空气供应单元2可以向反应单元1提供含有氧气的助
燃气流，并能够将反应单元1内的废气或残余氧气排至外部。燃料供应单元4可以向反应单
元1提供通过转换外部的燃料流（例如甲醇）而形成的含有氢元素的燃料气流。动力单元6用
于调节反应单元1输出的电能。冷却单元7可通过冷却水循环的方式对反应单元1进行冷却
散热。优选地，辅助供能单元3可以是锂电池或超级电容器等其他类型的电能供应单元，其
用于弥补储能系统整体供电能力的不足，例如向反应单元1供电。

[0031] 根据一种优选实施方式，反应单元1被配置为由多个单体燃料电池堆叠或组合形成的燃料电池组或燃料电池阵列。可选地，燃料电池可以是固体氧化物燃料电池、氢燃料电
池、熔融态碳酸盐燃料电池、直接甲醇燃料电池以及质子交换膜燃料电池中的一种或其结
合。优选地，本发明实施例中的反应单元1至少包括阳极电极、阴极电极以及设置于阳极电
极、阴极电极之间的离子交换膜。离子交换膜可以是由包含有磺酸基团的树脂材料所构成
的高分子膜，其在浸入电解液时具备优异的质子传导性能。阳极电极和/或阴极电极可以是
由碳载体和离聚物构成的复合电极，其上各自承载有与氧化还原反应相关的催化剂。进一
步地，阳极电极可通过含有氢元素的燃料气流并借助于催化剂的催化作用以向反应环境内
提供反应质子及电子，而阴极电极则借助于催化剂的催化作用使反应环境内的反应质子及
电子接触反应并生成水和热。此外，阴极电极配置有用于排出来自阴极的残余氧气流的阴
极排气口。反应单元1内部还应设置有用于使反应气体和冷却用水流通循环的管路。

[0032] 根据一种优选实施方式，空气供应单元2可以向反应单元1提供含有氧气的助燃气流，并将反应单元1内的废气或残余氧气排至外部。具体地，空气供应单元2可以包括第一供
气管21、第一排气管22、旁通管23、空气净化器24、压缩机25、冷却器26、第一密封阀27、第一
调节阀28以及旁路调节阀29。

[0033] 根据一种优选实施方式，第一供气管21的一端连接至反应单元1的阴极进气口，其另一端与外部的空气或氧气供给设备相连，以通过第一供气管21向反应单元1内输入含有
氧气的助燃气流。第一排气管22连接于反应单元1的阴极排气口，通过第一排气管22将反应
单元1内的废气或残余氧气排至系统外部。

[0034] 根据一种优选实施方式，旁通管23连通于第一供气管21和第一排气管22。具体地，旁通管23连接至第一供气管21的第一连接部位位于冷却器26和第一密封阀27之间。旁通管
23连接至第一排气管22的第二连接部位位于旁路调节阀29的远离于反应单元1的一侧。进
一步地，旁通管23上设置有用于切换第一供气管21和第一排气管22连通状态的旁路调节阀
29。

[0035] 根据一种优选实施方式，第一供气管21被配置为将氧气气流或氧化剂气体供应至反应单元1的氧化剂流路30。进一步地，氧化剂流路30上配置有空气净化器24、压缩机25和
冷却器26，其依次沿助燃气流的流入方向分布于第一供气管21上。第一密封阀27位于助燃
气流流入管路的下游，其设置在位于冷却器26和反应单元1之间的第一供气管21上，具体
地，其设置于第一连接部位和反应单元1之间。用于调节气体压力的第一调节阀28位于助燃
气流流出管路的上游，其设置于位于第二连接部位和反应单元1之间的第一排气管22上。

[0036] 根据一种优选实施方式，通过压缩机25将外部的含有氧气的助燃气流吸入并提供至反应单元1内。空气净化器24首先对助燃气流内的灰尘、砂砾等杂质进行滤除以提供清洁
的助燃气流。冷却器26能够对清洁的助燃气流作进一步的冷却处理。设置于助燃气流流入
管路下游的第一密封阀27能够控制进入反应单元1的助燃气流的流量或流速。

[0037] 根据一种优选实施方式，反应单元1内的废气或残余氧气经阴极排气口流出至第一排气管22内以进一步排放至系统外。设置于助燃气流流出管路上游的第一调节阀28能够
调节从反应单元1排出的废气或残余氧气的流量或流速。优选地，控制单元100电性耦合连
接于压缩机25、第一密封阀27、第一调节阀28以及旁路调节阀29。控制单元100能够控制压
缩机25的功率以调节助燃气流的输入流量或流速，和/或调节第一密封阀27、第一调节阀28
以及旁路调节阀29的开度，以调节供应至反应单元1内的助燃气流或排放至系统外部的废
气或残余氧气的流量/流速。

[0038] 根据一种优选实施方式，燃料供应单元4可以向反应单元1提供通过转换外部的燃料流（例如甲醇）而形成的含有氢元素的燃料气流。进一步地，燃料供应单元4可以包括第二
供气管41、第二排气管42、循环管路43、第二密封阀44、第二调节阀45、喷射装置46、分离器
47、排水阀48、循环泵49以及储气罐50。

[0039] 根据一种优选实施方式，储气罐50通过第二供气管41连通于反应单元1的阳极进气口。储气罐50储存有氢气燃料气流或富含氢元素的燃料气体。进一步地，第二供气管41上
配置有第二密封阀44、第二调节阀45和喷射装置46，其依次沿燃料气流的流入方向分布于
第一供气管21上。优选地，打开第二密封阀44，储气罐50内的燃料气流进入第二供气管41，
调节第二调节阀45的开度以控制燃料气流的供给流量或流速，且喷射装置46进一步将燃料
气流输送至反应单元1。

[0040] 根据一种优选实施方式，第二排气管42连通至反应单元1的阳极排气口。第二排气管42的沿燃料气流的流出方向上依次设置有分离器47和排水阀48。具体地，分离器47可以
是气液分离器，其能够将从反应单元1排出的氢气中的水分分离并储存。排水阀48能够控制
分离器47内的水分通过第二排气管42排放至系统外部。

[0041] 根据一种优选实施方式，第二供气管41与分离器47通过循环管路43相连通。进一步地，循环管路43与第二供气管41的连接点位于反应单元1的阳极进气口和喷射装置46之
间。循环管路43上设置有循环泵49。通过分离器47和循环泵49，从反应单元1内排出的混合
气流由分离器47进行气液分离，分离出的氢气通过循环泵49适度加压后回到第二供气管41
内。优选地，控制单元100电性耦合连接于第二密封阀44、第二调节阀45、喷射装置46、排水
阀48以及循环泵49。控制单元100能够控制第二密封阀44、第二调节阀45以及循环泵49的开
度和调节喷射装置46的输出功率从而调节供应至反应单元1内的燃料气流的输入流量/流
速，和/或控制排水阀48的开度从而调节由反应单元1排出的废水的流速/流量。

[0042] 根据一种优选实施方式，动力单元6用于调节反应单元1输出的电能，其可以包括电压检测部61、第二转换模块62、第一逆变器63、第二逆变器64以及第一转换模块65。优选
地，电压检测部61被配置为电压/电流传感器，其能够检测反应单元1的总电压/电流值或单
体电压/电流值。优选地，第二转换模块62和第一转换模块65可以为DC/DC转换器、DC/AC转
换器中的一种或其组合。优选地，第一逆变器63可以是辅助逆变器，第二逆变器64可以是电
动机逆变器。

[0043] 根据一种优选实施方式，第一转换模块65能够调整由反应单元1输出的电能并进一步将电能输送至第一逆变器63和第二逆变器64。第二转换模块62可电性耦合连接有辅助
供能单元3，其能够调整由辅助供能单元3输入至该储能系统的电能并进一步将电能输送至
第一逆变器63和第二逆变器64。第一逆变器63能够将反应单元1和/或辅助供能单元3输出
的电能提供给其他用电负载设备。第二逆变器64用于将输入的直流电转换为三相交流电并
提供给诸如电机等设备，从而驱动其他装置的运行。

[0044] 根据一种优选实施方式，冷却单元7用于对反应单元1的冷却散热，其可以包括排液管71、换热器72、进液管73及水泵74。具体地，排液管71、进液管73与反应单元1彼此相互
连通，以形成冷却水的循环通路。进一步地，换热器72设置于排液管71和进液管73之间。换
热器72通过与外部空气进行热量交换的方式对由反应单元1排出至排液管71和进液管73内
的循环流动的冷却水进行冷却。水泵74设置于进液管73上。优选地，控制单元100电性耦合
连接于水泵74。控制单元100能够控制水泵74的开度以调节排液管71和进液管73内循环流
动的冷却水的流速/流量。

[0045] 根据一种优选实施方式，为了监测储能系统的实时运行状态以优化其运行条件，从而维持储能系统的稳定运行，本发明还涉及能够通过实时可视化的方式对储能系统进行
监督管理的方法。具体地，该方法具体由管理模块实施，其可以包括控制单元100、操作对象
200、二维模拟单元300、三维模拟单元400、图形转换单元500、操作单元600以及检测单元
700，如图2所示。进一步地，各功能单元彼此间通过电性和/或有线/无线通信耦合的方式进
行连接。

[0046] 根据一种优选实施方式，检测单元700可以包括若干设置于储能系统设备内部的传感器，包括但不限于检测和采集关于设备的运行温度、压力、流体的流量、液位、电机轴的
位移、风扇或叶轮的转速等一个或多个参数。进一步地，各传感器有且仅有唯一的设备编
号，以便对储能系统进行监测、管理时，能够通过传感器唯一的设备编号定位至对应设备或
设备内的相应部件。

[0047] 根据一种优选实施方式，控制单元100可以包括专用芯片、MCU、CPU、云服务器中的一种或其结合。控制单元100能够基于检测单元700的检测或采集数据来控制储能系统中各
设备的启停和/或调节其运行功率等。

[0048] 根据一种优选实施方式，操作对象200具体可以为本发明的储能系统中所包含的各类工艺设备。进一步地，除用于检测温度、压力、流量、阀门启闭、某气体或液体质量浓度
的部分传感器之外，构成检测单元700的若干传感器中的至少另一部分是被配置在储能系
统中各设备的内部。可选地，检测单元700所包含的若干传感器中的至少部分被设置在设备
内部的运动部件上，例如是泵设备内的叶轮，电机的驱动轴或发动机的曲轴、连杆等等。即
在设备运行过程中，随时间变化其空间位置产生相对变化的部件可被定义为运动部件。优
选地，例如可将姿态传感器设置在压缩机25或水泵74内的至少一个叶轮上以用于测量叶轮
的转动姿态。或者将姿态传感器设置在发动机的曲轴、连杆上以用于测量其运动状态。另一
方面，例如还可以将多个温度传感器间隙设置于压缩机25或水泵74的至少一个叶轮上以用
于测量叶轮运行时的温度，以进一步通过三维模拟的方式来表征叶轮各处的温度梯度变
化，从而便于管理者通过图像判断该设备的运行状态。

[0049] 根据一种优选实施方式，基于设备内部运动部件的实时检测和采集数据，控制单元100能够控制二维模拟单元300对设备的实时运行状态进行二维流程模拟，以及控制三维
模拟单元400基于设备内部运动部件的检测和采集数据并结合二维模拟单元300的二维流
程模拟图像对设备内部运动部件的运动状态变化进行同步的三维模拟。进一步地，二维模
拟单元300和三维模拟单元400各自输出的模拟图像均能显示于操作单元600，以便于管理
者及时查看各操作对象200的当前运行状态。优选地，操作单元600可以为设置于工厂或储
能电站内的操作显示设备，例如计算机、平板电脑等。

[0050] 根据一种优选实施方式，本发明的储能系统下的各工艺设备内部的运动部件被赋予按照预设定义规则所设定的统一编码。优选地，各编码对应唯一的部件，且统一编码可与
设置在相应部件上的传感器的设备编号相互对应。通过二维模拟单元300和三维模拟单元
400对储能系统进行实时动态模拟时，调用运动部件对应的编码以至少获取相应运动部件
的二维/三维图形组件以进一步用于模拟成像。另一方面，也可通过查找表的形式来调动与
运动部件对应的传感器的设备编号来获取相应运动部件的二维/三维图形组件以进一步用
于模拟成像。优选地，二维模拟单元300和三维模拟单元400所调用的编码是唯一且相同的。

[0051] 优选地，在利用二维模拟单元300和三维模拟单元400对储能系统进行实时动态模拟时，只需要通过调用设备内部的运动部件相关的编码和/或与运动部件对应的传感器的
设备编号即可，而不需要进行数据的搜索、分析筛选及匹配，从而节省大量的操作时间。其
次，若需要通过查看由二维模拟单元300和三维模拟单元400模拟出的实时动态图像以获取
不同设备的实时运行状态信息时，除直接点击二维流程图像和/或三维模拟图像中的相应
设备之外，也可通过查找表的形式调用运动部件编码或与运动部件对应的传感器的设备编
号来定位至相关的设备，以进一步地查看设备内部运动部件的实时运行状态。

[0052] 根据一种优选实施方式，二维模拟单元300能够通过二维模拟方式对储能系统下的各设备进行实时状态模拟，即能够将设备对应的图形组件和属性数据结合起来显示。例
如，二维模拟单元300能够以PID或PFD流程图的形式显示储能系统各设备的运行状态。在点
击二维模拟图像中的相应设备时，会显示该设备当前状态下的各项运行参数，包括但不限
于运行温度、压力或流速等。进一步地，二维模拟单元300内预先储存有与储能系统中各设
备的编号、结构组成、设计参数及功能等相关的图形或数字信息。优选地，二维模拟单元300
能够显示与储能系统中各设备运行状态相关的所有变量的参数及其属性信息，并且在控制
单元100检测到设备相关参数高于或低于标准阈值之时，驱动相应的报警模块以声/光的方
式告知管理者当前状态下可能存在的意外风险状况。

[0053] 根据一种优选实施方式，三维模拟单元400能够基于由设置于设备内部的与各运动部件对应的传感器所检测和采集的数据来显示模拟及同步更新设备内部运动部件的运
动状态变化。优选地，运动状态变化至少包括运动部件的机械运动变化和温度梯度变化。机
械运动变化例如被配置为由三维模拟单元400输出的关于压缩机25或水泵74内部的叶轮的
实时转动状态的三维模拟图像。优选地，三维模拟图像可以通过诸如画面频流的方式进行
显示。例如，在通过控制单元100调节压缩机25或水泵74输出功率以改变叶轮转速时，控制
单元100能够同步驱动三维模拟单元400以使其适应叶轮的转速变化从而同步模拟显示出
叶轮转动加快或转动减慢的运动图像。对于温度梯度变化而言，可通过若干设置于叶轮叶
片上的温度传感器采集或检测各点的温度值，且叶轮各点温度可通过不同的颜色、灰度及
图案等多种表征方式来示意。优选地，可将各温度变化值与不同表征方式进行关联以建立
相关的数据库，以使得设备的温度变化能够有与之相对应的表征形式。

[0054] 优选地，数据的传输及分析存在一定的滞后性，并且在一定时间间隔内的例如转速等参数多表征的是该时间段内的平均值，因此，仅通过查看设备相关参数的动态变化值
来判断设备的当前运行状态，以及基于当前运行状态参数调节设备的输出功率是相对滞后
的并且具有一定的误差，故通过三维模拟单元400实时模拟出设备内部运动部件的变化状
态能够使管理者根据该运动部件当前的运动状态来及时获知设备的运行状态，以使得控制
单元100和/或管理者能够基于运动部件当前的运动状态来判断设备可能存在的预期风险。
例如，当各功率参数一定时，叶轮转速趋于理想状态下的稳定，且不同设置参数对应有若干
不同的转动状态及相应的标准转动图像，标准转动图像被储存于系统的数据库中。优选地，
叶轮的标准转动图像表现为由叶轮叶片边缘上的各点经离心转动而构成的圆形上的任意
一点的转动速度相同。例如，各点转速可以用不同颜色、清晰度或亮度等来表征，因此具有
相同转速的各点的颜色可以是相同的。

[0055] 进一步地，当叶轮转速与标准转速产生偏差时，例如由于叶轮叶片上积压过多灰尘而导致其转速逐渐降低，此时叶轮的实时转动图像与标准转动图像存在差异。具体地，实
时转动图像表现为由叶轮叶片边缘上的各点经离心转动而构成的圆形在三维图像中显示
出沿该圆形周向上的各点呈现颜色不同或连续变化的状态。优选地，通过这种例如由直观
的颜色变化而构造出的模拟图像，能够在动态模拟叶轮转动的基础上，反映出叶轮转动的
变化趋势，可以使管理者及时了解设备的运行状态。其次，控制单元100能够实时获取由三
维模拟单元400上传的设备内部运动部件的动态模拟图像，并同时与预设于数据库内的标
准转动图像进行数据对比，并能够将分析结果通过操作单元600反馈至管理者处，以提醒其
提前作出设备调整及优化。

[0056] 根据一种优选实施方式，图形转换单元500储存有关于储能系统的设计布局、各设备彼此间的机械和/或电气连接以及工厂结构布局的图形数据。进一步地，图形转换单元
500能够将设备属性信息与图形数据结合以驱使三维模拟单元400输出与二维模拟图像同
步对应的三维图像。例如，图形转换单元500能够以与实体设备比例一致的二维或三维图像
模拟出储能系统的连接布局。其次，基于设置在各设备内部运动部件上的姿态传感器，在通
过三维模拟单元400显示各设备内部结构特征的基础上，控制单元100结合图形转换单元
500的储存数据驱动三维模拟单元400模拟出运动部件运动状态变化，并输出一定比例的三
维模拟图像至操作单元600以使得管理者至少能够对设备的当前运行状态进行判定。设备
的属性信息包括设备型号、规格尺寸、材质和结构、空间位置等。进一步地，设备的属性信息
还应包括设备的运行工况信息、警示信息。优选地，警示信息为设备达到警示阈值时的报警
信息或状态信息。

[0057] 根据一种优选实施方式，二维模拟单元300输出的二维模拟图像与三维模拟单元400输出的三维模拟图像存在关联性，以便管理者能够在点击二维和/或三维图像其中一方
所包含的设备或运动部件时，以同时在另一方中将与之相对应的设备或运动部件进行定位
或标记。具体地，当管理者点击二维图像中的某个设备时，三维模拟单元400能够响应于该
点击操作并按照预先设定的对应规则显示与该设备对应的三维图像。进一步地，在点击二
维图像中的某个设备时，会同步显示与该设备运行状态相关的参数表，并且该参数表中除
设备整体的运行温度、压力及流量等参数外，还应包括设备内部的各运动部件所对应的统
一编码以及与各运动部件对应的若干传感器的设备编号。优选地，通过选取能够代表相应
运动部件或传感器的编码或编号，使得二维模拟图像被进一步定位至相应设备内部的运动
部件，并显示与之相关的二维模拟图像，同时三维模拟单元400能够响应于该点击操作并按
照预先设定的对应规则将三维模拟图像进一步切换至设备内部，以便于管理者获知设备内
部的运行状态，从而更及时准确地监测整个储能系统的运行状态。

[0058] 根据一种优选实施方式，二维模拟单元300输出的二维模拟图像与三维模拟单元400输出的三维模拟图像彼此间可以实时切换，并且二维模拟图像与三维模拟图像可以同
屏显示。具体地，除点击二维模拟图像中的设备或选取能够代表相应运动部件或传感器的
编码或编号之外，也可以直接在二维模拟图像的搜索栏中输入相应编码以直接将三维模拟
图像定位至相关设备或运动部件。其次，二维模拟图像与三维模拟图像的同屏显示包括但
不限于上下屏、左右屏的方式。

[0059] 根据一种优选实施方式，在通过二维模拟图像和/或三维模拟图像查看储能系统的各设备的运行状态时，若管理者更改储能系统的图形数据或储能系统内各操作对象200
的属性信息，二维模拟单元300和/或三维模拟单元400将响应于该更改而同步更新其图像
以及该图像包含的相关状态信息，以使得二维模拟单元300和/或三维模拟单元400能够按
照保持图像及属性信息一致的方式向管理者显示储能系统或储能系统下各设备所对应的
实时图像。不同于常规的串行模式，同步同屏的工作模式显著减小了由于数据延迟传输、显
示对储能系统运行工况判定及优化所带来的影响。

[0060] 根据一种优选实施方式，二维模拟单元300和/或三维模拟单元400在输出相应的二维模拟图像和/或三维模拟图像时，控制单元100将基于模拟图像与模拟图像所包含属性
信息的关联性同步建立用于描述各操作对象200的时间属性/空间属性的过往数据库、现时
数据库以及预期数据库。具体地，伴随着储能系统的运行，设备所包含的时间属性和/或空
间属性都在不断更新。设备的时间属性包括其对应的时间位置、设备静态或动态下的开始
运行时间以及结束运行时间。进一步地，对于静止对象，设备的空间属性可以包括设备所处
空间范围、空间位置以及设备自身的外形轮廓尺寸等。而对于动态对象，例如设备内部的运
动部件，空间属性可以包括运动部件所处的空间范围、空间位置以及其相应的外形轮廓尺
寸等。

[0061] 根据一种优选实施方式，随着储能系统各设备的持续运行，各操作对象200的过往数据库、现时数据库以及预期数据库也在不断更新。例如，控制单元100能够基于一定的时
间周期将当前的二维模拟图像和/或三维模拟图像归纳至过往数据库中，现时数据库则需
要具备很高的时效性，例如每秒达到成百上千万的刷新次数，对于没有及时刷新的二维模
拟图像和/或三维模拟图则会按照预设的时间周期被自动归入至过往数据库中。预期数据
库是用于表征操作对象200未来可能会发生的变化的，其是控制单元100通过结合操作对象
200的过往数据库和现时数据库并通过仿真模拟计算的方式得出的。

[0062] 进一步地，基于用于表征设备内部运动部件运行状态的过往二维/三维模拟图像和现时二维/三维模拟图像，控制单元100能够将过往图像和现时图像进行分析比对，并结
合图像所包含的属性信息和图形数据信息通过算法模拟出各操作对象200未来可能出现的
运行状态图像。尤其是对于设备内部的运动部件，建立与之相关的预期数据库是很有必要
的，以使得管理者能够依据预期数据库中所反映出的操作对象200运行状态的变化来提前
优化设备或系统的运行环境。特别地，任何设备的运行状态的变化，尤其是其内部运动部件
的微小变化都会对其上下游的其他设备产生影响，这种细微的变化进而会影响整个储能系
统的高效稳定运行。因此，提前获知设备可能存在的故障风险能够帮助管理者及时规避重
大事故，同时也使得管理者能够调整可能存在故障的设备和与之相邻的设备的相关运行参
数，以保证储能系统的持续稳定运行。

[0063] 需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发
明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非
构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。