基于区块链和神经网络的氢能管理系统及方法技术方案

基于区块链和神经网络的氢能管理系统及方法，该系统包括风机、第一边缘服务器、光伏、第二边缘服务器、逆变器、整流器、燃料电池、电解池、储氢罐、第三边缘服务器、由多个互联的节点组成的区块链和控制器；在区块链的其中一个节点上部署卷积神经网络对系统中的设备的故障进行诊断。通过判断风机与光伏的发电状态，在发电不足时采用氢能补充，在发电充足时将多余的电能转化为氢能储存，并在系统运行过程中使用卷积神经网络对设备的运行数据进行分析，诊断出故障所在位置，当故障发生后，该系统通过区块链记录的数据去追溯。本发明专利技术实现系统操作人员的权限职责明确、系统运行日志可查询、数据去中心化，能够大大提高系统运行效率和故障判断准确率。障判断准确率。障判断准确率。

【技术实现步骤摘要】
基于区块链和神经网络的氢能管理系统及方法


[0001]本专利技术涉及氢储能领域，特别是一种基于区块链和神经网络的氢能管理系统及方法。

技术介绍

[0002]构建清洁低碳高效的能源体系是我国实现碳达峰、碳中和的有效有手段。常见的综合能源配电园区的主要能源来源是风、光、热、储能和电网。其中风力发电和光伏发电受天气影响较大，输出功率非常不稳定，为了保持系统的稳定运行，同时减少弃风率和弃光率，在综合能源系统中引入氢能储能是一种常用的解决方式。
[0003]当前的综合能源管理系统采用多中心服务器管理数据的方式，然而这种数据集中在中心化服务器的方式使得数据的安全存在一定的隐患，且不利于对设备运行的故障做出及时的判断，例如，中国专利技术专利申请公开号为CN114338684A采用多中心服务器管理数据的方法设计了一种能源管理系统及方法，使用负载均衡的技术将流量负载分配到多个操作单元上，解决了能源管理的问题，但是在数据安全、故障诊断等方面还有待进一步提高。另外在系统参加人员的权限管理也是不明确的。区块链由于具有容错的分布式数据库和多节点网络，具有去中心化、可溯源，保证数据与交易的安全性和透明性，以及多节点之间能够共享事故或故障信息等特点，能够应用于综合能源管理系统。如何准确的实现数据的透明交换和故障的及时准确判断是目前氢能管理需要解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种基于区块链和神经网络的氢能管理系统及方法。
[0005]本专利技术的技术方案是：基于区块链和神经网络的氢能管理系统，包括风机、第一边缘服务器、光伏、第二边缘服务器、逆变器、整流器、燃料电池、电解池、储氢罐、第三边缘服务器、由多个互联的节点组成的区块链和控制器。
[0006]所述第一边缘服务器、第二边缘服务器、第三边缘服务器均由传感器和智能模块组成。
[0007]所述区块链由数据采集层、传输层、数据层、服务层和应用层构成。所述数据采集层接收第一边缘服务器、第二边缘服务器、第三边缘服务器采集到的参数数据。传输层用于提高全网共识速度和网络安全。数据层用来记录运行数据、数据摘要、时间戳，并对数据采集层接收到的数据进行规整。服务层是整个区块链的核心，用于维护整个区块链系统的运行。应用层用于在区块链网络的基础上，通过底层区块链提供的API接口，展示的完整氢能管理系统平台。
[0008]所述控制器分别与燃料电池、电解池和区块链电连接。控制器控制电解池的工作状态以及记录其工作参数；控制器控制燃料电池的工作状态以及记录其工作参数。
[0009]所述第一边缘服务器的传感器与风机电连接，采集风机的风速、转速、输出电压电
流值等工作参数，第二边缘服务器的传感器与光伏电连接，采集光伏上的光伏板温度、光伏输出电压电流值等工作参数，风机与光伏均与交流母线的一端连接，交流母线的另一端分别与逆变器和整流器连接，整流器的另一端与电解池连接，电解池的另一端与储氢罐连接；逆变器的另一端与燃料电池连接，燃料电池的另一端与储氢罐连接，第三边缘服务器的传感器与储氢罐电连接，采集储氢罐的压力、温度、储氢量等工作参数；第一边缘服务器、第二边缘服务器、第三边缘服务器的传感器分别将采集的数据通过智能模块发送至区块链节点的数据采集层，控制器将记录的燃料电池和电解池的工作参数上传到区块链节点，并根据根据系统提供的电能和负载功率控制电解池和燃料电池的工作状态。
[0010]本专利技术进一步的技术方案是：所述传输层包括基于Grpc的Gossip传输协议、以太网传输协议、TCP/IC和WiFi协议；所述数据层将数据存储在区块链网络的分布式账本中；所述服务层包括智能合约、加密算法、共识算法、秘钥管理和权限管理；所述应用层包括面向园区管理员、维修人员和操作人员的操作平台。
[0011]本专利技术再进一步的技术方案是：所述智能合约包括人员权限模块，用于对系统操作人员进行身份判定并赋予不同的权限；所述系统操作人员包括管理员、维护员和操作员。
[0012]本专利技术更进一步的技术方案是：所述电解池的工作参数包括电解池电压、电解池电流、产生氢气的速率、整流器功率；所述燃料电池的工作参数包括燃料电池电压、燃料电池电流、消耗氢气的速率、燃料电池内的剩余电量、逆变器功率。
[0013]本专利技术的另一技术方案是：基于前述的基于区块链和神经网络的氢能管理系统的方法，包括如下步骤，A、管理员通过智能合约在区块链节点上注册管理员身份，然后在系统中添加维护员和操作员，并赋予他们相应的权限。B、启动风机和光伏将其发出的电能传输到交流母线上，由交流母线供给园区的负载使用；同时第一边缘服务器和第二边缘服务器分别监测风机和光伏的运行实时参数，将运行实时参数上传到区块链节点，第三边缘服务器监测储氢罐的工作信息，将工作信息到区块链节点中。
[0014]C、数据上传至区块链网络后，利用区块链节点网络上的计算机节点对数据进行规整，以便于在区块链上进行存储和查找。
[0015]D、控制器通过区块链节点获取当前风机和光伏的发电功率，将其与当前系统的负载功率进行对比，当发电功率大于负载功率时，控制器控制电解池工作，将过量的电能转换成氢能储存到储氢罐中；当发电功率小于负载功率时，控制器控制燃料电池工作和储氢罐释放氢气，将氢能转化为电能，最终输入到交流母线中供给负载使用。
[0016]本专利技术进一步的技术方案是：在步骤C中，部署改进的卷积神经网络的区块链节点根据采集上来的数据进行计算，诊断出系统是否发生故障，如若发生故障，将故障及时通过区块链节点通知到管理员。
[0017]本专利技术再进一步的技术方案是：部署改进的卷积神经网络的区块链节点对氢能管理系统中的故障进行诊断的流程如下，（1）建立训练数据样本：使用数据增强重叠提取区块链中存取的数据，增加训练样本，得到多个训练数据样本，从而提高网络模型的泛化能力。
[0018]（2）构建特征迁移模块：加载AlexNet预训练网络，冻结前半部分网络，微调后半部
分网络，完成特征迁移模块的构建。
[0019]（3）把多个训练数据样本中的数据集按照85：15进行拆分，85%的数据用于训练，15%的数据用于对训练的结果进行测试；同时将训练数据和测试数据随机添加相应标签，打乱数据训练集。
[0020]（4）将训练数据放入AlexNet网络进行迁移学习，利用贝叶斯函数对参数进行优化，获得不同的故障模型。
[0021]（5）利用剩余的15%的测试数据对获得的故障的模型进行测试，识别出系统的实际健康状态，并将识别的结果传送至区块链的应用层进行后处理。
[0022]本专利技术更进一步的技术方案是：在步骤C中，在制氢和释放氢时，控制器比较区块链上储氢罐的中氢气的量和通过第三边缘服务器监测到的储氢量，判断是否需要进行外部加氢。
[0023]本专利技术更进一步的技术方案是：所述第一边缘服务器、第二边缘服务器、第三边缘服务器每十分钟采集并上传数据一次；所述数据规整通过区块链节点中的智能合约剔除掉一些冗余的数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于区块链和神经网络的氢能管理系统，其特征是：包括风机、第一边缘服务器、光伏、第二边缘服务器、逆变器、整流器、燃料电池、电解池、储氢罐、第三边缘服务器、由多个互联的节点组成的区块链和控制器；所述第一边缘服务器、第二边缘服务器、第三边缘服务器均由传感器和智能模块组成；所述区块链由数据采集层、传输层、数据层、服务层和应用层构成；所述数据采集层接收第一边缘服务器、第二边缘服务器、第三边缘服务器采集到的参数数据；传输层用于提高全网共识速度和网络安全；数据层用来记录运行数据、数据摘要、时间戳，并对数据采集层接收到的数据进行规整；服务层是整个区块链的核心，用于维护整个区块链系统的运行；应用层用于在区块链网络的基础上，通过底层区块链提供的API接口，展示的完整氢能管理系统平台；所述控制器分别与燃料电池、电解池和区块链电连接；控制器控制电解池的工作状态以及记录其工作参数；控制器控制燃料电池的工作状态以及记录其工作参数；所述第一边缘服务器的传感器与风机电连接，采集风机的风速、转速、输出电压电流值等工作参数，第二边缘服务器的传感器与光伏电连接，采集光伏上的光伏板温度、光伏输出电压电流值等工作参数，风机与光伏均与交流母线的一端连接，交流母线的另一端分别与逆变器和整流器连接，整流器的另一端与电解池连接，电解池的另一端与储氢罐连接；逆变器的另一端与燃料电池连接，燃料电池的另一端与储氢罐连接，第三边缘服务器的传感器与储氢罐电连接，采集储氢罐的压力、温度、储氢量等工作参数；第一边缘服务器、第二边缘服务器、第三边缘服务器的传感器分别将采集的数据通过智能模块发送至区块链节点的数据采集层，控制器将记录的燃料电池和电解池的工作参数上传到区块链节点，并根据系统提供的电能和负载功率控制电解池和燃料电池的工作状态。2.如权利要求1所述的基于区块链和神经网络的氢能管理系统，其特征是：所述传输层包括基于Grpc的Gossip传输协议、以太网传输协议、TCP/IC和WiFi协议；所述数据层将数据存储在区块链网络的分布式账本中；所述服务层包括智能合约、加密算法、共识算法、秘钥管理和权限管理；所述应用层包括面向园区管理员、维修人员和操作人员的操作平台。3.如权利要求2所述的基于区块链和神经网络的氢能管理系统，其特征是：所述智能合约包括人员权限模块，用于对系统操作人员进行身份判定并赋予不同的权限；所述系统操作人员包括管理员、维护员和操作员。4.如权利要求3所述的基于区块链和神经网络的氢能管理系统，其特征是：所述电解池的工作参数包括电解池电压、电解池电流、产生氢气的速率、整流器功率；所述燃料电池的工作参数包括燃料电池电压、燃料电池电流、消耗氢气的速率、燃料电池内的剩余电量、逆变器功率。5.基于如权利要求1
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4任一项所述的基于区块链和神经网络的氢能管理系统的方法，其特征是：包括如下步骤，A、管理员通过智能合约在区块链节点上注...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松，王亮，吴青青，薛贸方，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：