UPS设备器件寿命预测方法、设备及计算机可读存储介质与流程

ups设备器件寿命预测方法、设备及计算机可读存储介质
技术领域
1.本发明涉及不间断电源领域，更具体地说，涉及一种ups设备器件寿命预测方法、设备及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.ups(uninterruptible power supply，不间断电源)广泛应用于重要的用电场合，如银行、政府、医院和轨道交通等领域。为了进一步提高ups的可靠性，一般情况下会采用并机或lbs控制系统的方式来提高ups的可靠性，并在ups运行过程中，通过定期巡查、巡检来提前发现问题来确保ups使用过程中的可靠性。然而随着ups使用年限的增加，ups内部器件的老化也会带来极大的隐患，因此需要提前估算出ups的使用寿命，并做好检修方案，从而提高ups稳定运行的可靠性。
3.目前，用户一般根据ups厂家标注的寿命来估计ups的使用寿命，厂家会综合考虑ups内部的所有元件的寿命，并根据主要易损件的寿命对ups的使用寿命进行估算。ups内部的元件的寿命会根据运行环境、运行时间、运行状况的变化而变化，ups实际的使用寿命跟厂家标注的寿命会有差距，因此，用户只能在临近厂家标注的寿命时，对ups加大巡检力度和次数、或者直接更换所有的易损元件。对于巡检和更换元器件的时间点，一般是根据工程师的经验来确定，但是，人为判断的准确性低，若更换易损件的时间太早，则会造成资源的浪费；若太晚，则会导致ups故障停止运行，造成使用电机的部门出现极大的损失。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于，针对上述无法直观地判断ups设备中器件是否需要维护或更换的问题，提供一种ups设备器件寿命预测方法、设备及计算机可读存储介质。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种ups设备器件寿命预测方法，所述器件在所述ups设备运行过程中通电，所述方法包括：
6.在所述ups设备运行过程中，以第一周期采样获得所述器件的电应力参数和温度参数；
7.分别以n个连续的采样时刻的电应力参数和温度参数，依次计算所述器件在对应时间段实时的平均维护时间，所述n为大于或等于3的整数；
8.根据所有时间段的平均维护时间以及所述器件在额定负载下的平均维护时间，计算获得所述器件的运行状态指数并输出，所述运行状态指数对应于所述器件的寿命状态。
9.作为本发明的进一步改进，所述方法以第二周期或根据触发命令计算获得所述器件的运行状态指数并输出，所述第二周期的时长大于所述第一周期的时长。
10.作为本发明的进一步改进，所述运行状态指数与所述器件的寿命成正比，所述运行状态指数λ根据以下计算式计算获得：
11.12.mti为在第i个时间段根据ups设备运行状态计算得到的实时平均维护时间。
13.作为本发明的进一步改进，所述以n个连续的采样时刻的电应力参数和温度参数，依次计算所述器件在对应时间段的平均维护时间，包括：
14.根据n个连续的采样时刻的电应力参数生成对应时间段的电应力因子；
15.根据n个连续的采样时刻的温度参数生成对应时间段的温度因子；
16.根据同一时间段的电应力因子和温度因子，计算获得所述器件在对应时间段的平均维护时间。
17.作为本发明的进一步改进，所述平均维护时间根据以下计算式计算获得：
18.mti＝μ
×
si
×
ri
19.其中μ为固定系数，si为第i个时间段的电应力因子，ri为第i个时间段的温度因子。
20.作为本发明的进一步改进，所述电应力因子si通过以下计算式计算获得：
[0021][0022]
其中m为拟合参数，qi为所述器件在第i个时间段的施加应力百分比，q0为参考应力百分比。
[0023]
作为本发明的进一步改进，所述温度因子ri通过以下计算式计算获得：
[0024][0025]
其中ea为激活能量，k为玻尔兹曼常数，t0为所述器件在额定负载下的温升，ti为所述器件在第i个时间段的实际温升，且ti＝t0
×
pi/p0，p0为所述器件在额定负载下的功率损耗，pi为所述器件在第i个时间段的功率损耗。
[0026]
作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：
[0027]
在所述运行状态指数小于第一预设值时，输出更换提示信息。
[0028]
本发明还提供一种ups设备器件寿命预测设备，包括处理器，以及，与所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器能够执行如上所述的ups设备器件寿命预测方法。
[0029]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上所述的ups设备器件寿命预测方法。
[0030]
本发明具有以下有益效果：根据器件在各个时间段的平均维护时间，获得器件的运行状态指数并输出，从而可准确获得器件的健康状态，便于ups设备的维护。
附图说明
[0031]
图1是本发明实施例提供的ups设备器件寿命预测方法的流程示意图；
[0032]
图2是本发明实施例提供的ups设备器件寿命预测方法中获取各个时间段的平均维护时间的流程示意图；
[0033]
图3是本发明实施例提供的ups设备器件寿命预测设备的示意图。
具体实施方式
[0034]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0035]
ups设备内包括很多器件，例如整流组件、逆变组件、电解电容组件、静态开关组件、交流滤波组件、输入输出emi板等。在ups设备运行过程中，各个器件的使用寿命会不断的发送变化，且各个器件的使用寿命各不相同。为了保证ups设备能够正常运行，需要对ups中各个设备的使用寿命进行检测修正，从而让用户实时掌握ups设备的健康状态，因此本发明实施例提出一种能够进行ups设备器件寿命预测方法。
[0036]
如图1所示，是本发明实施例提供的ups设备器件寿命预测方法的流程示意图，该方法可用于对ups设备中各个器件(通电器件)的健康状态预测，并获得ups设备中每一器件的健康状态。本实施例的方法直接由ups设备内的控制器执行，也可结合ups设备内的控制器执行(例如由控制器及与控制器相连的计算机设备等)，该方法具体包括以下步骤s11-s13。
[0037]
步骤s11：在ups设备运行过程中，以第一周期采样获得器件的电应力参数和温度参数。上述第一周期可以根据需要设定，通常第一周期的时长越短，获得的器件的健康状态越准确。
[0038]
电应力参数包括电流应力参数和/或电压应力参数，其中电流应力参数为ups设备工作时流经器件的电流与器件规格值(即额定电流)的比值，电压应力为ups设备工作时施加在器件上的电压与器件规格值(即额定电压)的比值。对于不具有电压采样或电流采样的器件(例如静态开关组件、电解电容组件等)，可根据相邻的具有电压采样或电流采样的器件(例如逆变组件、整流组件等)的采样值换算获得对应的电压和电流，并获得对应的电应力参数。
[0039]
温度参数可直接通过器件内部的热敏元件检测获得，类似地，对于内部未集成热敏元件的器件，可直接采用ups设备内部的环境温度作为温度参数。
[0040]
步骤s12：分别以n个连续的采样时刻的电应力参数和温度参数，依次计算器件在对应时间段的平均维护时间，n为大于或等于3的整数。
[0041]
例如，可将所有采样时刻的电应力参数和温度参数分成m组(即m个时间段)，每一组包括n个连续的电应力参数和n个连续的温度参数，并计算获得m个平均维护时间，m为不小于1的整数。并且，可将一组的最后一个采样时刻作为平均维护时间所对应的时间段。
[0042]
具体地，可结合ups设备开发过程中的测试数据，计算获得ups设备器件在的mtbf(平均维护时间)。根据现有的平均维护时间计算公式可知，器件的平均维护时间与质量因子、环境因子、电应力指标、温度因子相关。对于ups设备，因在固定环境中运行且基本不变，因此其质量因子和环境因子可视为常数，主要取决于产品的初期设计，即可根据ups设备开发过程中的测试数据获得。而电应力指标则与ups设备的运行情况(例如输入电压/电流、输出电压/电流等)密切相关，温度因子与ups设备运行环境温度以及器件的运行温度相关。
[0043]
在本发明的一个实施例中，结合图2所示，该步骤s12具体可通过以下方式实现：
[0044]
步骤s121：分别根据n个连续的采样时刻的电应力参数生成对应时间段的电应力因子。具体地，电应力因子si可通过以下计算式计算获得：
[0045][0046]
其中m为拟合参数，qi为器件在第i个时间段的施加应力百分比，q0为参考应力百分比。上述m具体为：将对应的n个采样时刻的电压应力参数拟合形成曲线时所使用的拟合参数。参考应力百分比可以从ups设备开发过程中的测试数据获得。当然，在实际应用中，也可采用其他现有方式计算获得电应力因子。
[0047]
步骤s122：分别根据n个连续的采样时刻的温度参数生成对应的温度因子。具体地，可先根据ups设备额定满载运行所测得的数据，推算ups设备在各个时间段的运行状态下的器件温升情况，其推算公式如下：
[0048]
ti＝t0*pi/p0
ꢀꢀ
(2)
[0049]
其中，p0为器件在ups设备额定满载下的功率损耗，pi为器件在第i个时间段的功率损耗(例如可以为n个第一周期内的平均功率损耗)，ti为第i个时间段的器件温升(相当于n个第一周期内的温升)，t0为在ups设备额定满载下实测的器件温升。然后，在根据以下计算式计算获得温度因子ri：
[0050][0051]
其中ea为激活能量，k为玻尔兹曼常数。
[0052]
当然，在实际应用中，也可采用其他现有方式计算获得温度因子。
[0053]
步骤s123：分别根据每一时间段的电应力因子和温度因子，计算获得器件在各个时间段的平均维护时间。
[0054]
具体地，平均维护时间可根据以下计算式计算获得：
[0055]
mti＝μ
×
si
×
ri
ꢀꢀ
(4)
[0056]
其中μ为固定系数，可根据ups设备开发过程中的测试数据获得。
[0057]
步骤s13：根据当前时刻之前的所有时间段的平均维护时间以及所述器件在额定负载下的平均维护时间，计算获得器件的运行状态指数并输出，其中运行状态指数对应于器件的寿命。
[0058]
具体地，行状态指数与器件的寿命成正比，即运行状态指数越高，代表器件的健康状态越好；运行状态指数越低，器件的故障率越高。
[0059]
在本发明的一个实施例中，运行状态指数λ可根据以下计算式计算获得：
[0060][0061]
mti为在第i个时间段根据ups设备运行状态计算得到的实时平均维护时间(由步骤s12获得)。随着ups设备的运行，上述运行状态指数λ不断进行积分衰减。当器件工作条件越好，例如温度因子低，电应力因子低，则运行状态指数λ衰减会越慢。
[0062]
上述ups设备器件寿命预测方法根据器件在各个时间段的平均维护时间，获得器件的运行状态指数并输出，从而可准确获得器件的健康状态，便于ups设备的维护。
[0063]
上述步骤s13可按第二周期自动执行，且第二周期的时长可大于第一周期的时长的n倍，以避免出现重复计算。另外，上述步骤s13也可通过外部输入的指令触发，即在接收到通过按键或触摸屏输入的指令时，执行步骤s13。
[0064]
相应地，步骤s12可与步骤s13采用相同的周期执行。在实际应用中，为避免同一时间计算量过大，步骤s12也可周期性执行，例如步骤s12的执行周期可以为第一周期的n倍。
[0065]
在本发明的一个实施例中，上述方法ups设备器件寿命预测方法除了步骤s11-s13外，还可包括：在运行状态指数小于第一预设值时，输出更换提示信息。例如当运行状态指数的最大值为1时，第一预设值可以为0.5(该值可以通过设定软件调整)，即当运行状态指数小于0.5时，输出更换该器件的提示信息，例如通过屏幕输出，或向维保人员的手机发送短信等。
[0066]
本发明还提供一种ups设备器件寿命预测设备3，该设备3具体可以为ups设备本身，且其包括处理器31以及与处理器31通信连接的存储器32；其中，所述存储器32存储有可被所述处理器31执行的指令，所述指令被所述处理器31执行，以使所述处理器31能够执行如上所述的ups设备器件寿命预测方法。
[0067]
本实施例中的ups设备器件寿命预测设备3与上述图1-2对应实施例中的ups设备器件寿命预测方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。
[0068]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上所述的ups设备器件寿命预测方法。
[0069]
本实施例中的计算机可读存储介质与上述图1-2对应实施例中的ups设备器件寿命预测方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本存储介质实施例中均对应适用，这里不再赘述。
[0070]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0071]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0072]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0073]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0074]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元
既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0075]
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或界面切换设备、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
[0076]
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。