CN113990019A - 一种具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置及方法 - Google Patents

一种具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置及方法，所述装置包括自动投切控制器、采样模块、保护模块、电气火灾预警模块、发电机组控制模块、远程监控模块、切换开关、若干电压互感器PT和若干电流互感器CT；自动投切控制器分别与采样模块、保护模块、电气火灾预警模块、发电机组控制模块、远程监控模块和切换开关连接；电压互感器PT和电流互感器CT分别固定在切换开关母线上；采样模块分别与电压互感器PT和电流互感器CT连接。所述方法为采样模块采集电压、电流数据传送电气火灾预警模块进行提取电气特征数据，并交由自动投切控制器进行处理分析，根据处理结果判断是否发生电弧故障及其类型，并对电气火灾进行预警。

Description

一种具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置及方法
技术领域
本发涉及应急供电装置领域，尤其涉及一种具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置及方法。
背景技术
近年来，配电网的计划停电时间占比较高并与用户日益提升的高供电可靠性需求形成了尖锐的矛盾。目前，当电力网络因遭受突发故障停电，为快速恢复用户侧的电力供应，需要通过应急电源车临时搭建一套应急电力网络，通过应急电源车的应急电源旁路负载，保障抢修、运维期间电力的持续供应。但是在现有的应急供电方式存在着应急供电装置在其装置输出端设计有过载保护、过压和欠压保护以实现对电源系统的保护，但不能提前预警应急供电有可能出现的电气火灾。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置及方法，所述装置包括自动投切控制器、采样模块、保护模块、电气火灾预警模块、发电机组控制模块、远程监控模块、切换开关、若干电压互感器PT和若干电流互感器CT；自动投切控制器分别与采样模块、保护模块、电气火灾预警模块、发电机组控制模块、远程监控模块和切换开关连接；电压互感器PT和电流互感器CT分别固定在切换开关母线上；采样模块分别与电压互感器PT和电流互感器CT连接。所述方法为采样模块采集电压、电流数据传送电气火灾预警模块进行提取电气特征数据，并交由自动投切控制器进行处理分析，根据处理结果判断是否发生电弧故障及其类型，并对电气火灾进行预警。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置，包括自动投切控制器、采样模块、保护模块、电气火灾预警模块、发电机组控制模块、远程监控模块、切换开关、若干电压互感器PT和若干电流互感器CT；所述自动投切控制器分别与采样模块、保护模块、电气火灾预警模块、发电机组控制模块、远程监控模块和切换开关连接；所述电压互感器PT和电流互感器CT分别固定在所述切换开关母线上；所述采样模块分别与所述电压互感器PT和电流互感器CT连接。
进一步的，所述电气火灾预警模块具有从采样模块采集的电压、电流数据中提取电气特征数据传送给自动投切控制器分析处理，根据自动投切控制器处理结果进行特征选择并对电气火灾进行预警的功能。
进一步的，所述自动投切控制器中设有微处理单元；所述微处理单元加载有用于对电气特征数据进行分析处理的人工神经网络模型。
进一步的，所述电气特征数据包括零休时间、电流变化速率、电流平均值的绝对值、电流的周期性、各次谐波含有率、总谐波畸变率、子带能量比和频率质心。
进一步的，所述切换开关上设有用于与市电连接的电网侧，用于与发电机组连接的发电侧，用于与负荷连接的负荷侧；所述电压互感器PT和电流互感器CT分别固定在所述电网侧、发电侧和负荷侧上。
进一步的，所述采样模块中设有过零检测电路及锁相环电路，以满足三相电压、电流的同步采样；所述过零检测电路与锁相环电路连接。
进一步的，所述过零检测电路包括比较芯片LM393、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、二极管D1和二极管D2；所述电阻R1的一端与所述电阻R2的一端、电容C1的一端、二极管D1的阴极、二极管D2的阳极连接后接入所述比较芯片LM393的同相输入端；所述电阻R1的另一端作为过零检测电路的输入端与所述电压互感器PT或者电流互感器CT连接；所述电阻R2的另一端与所述电容C1的另一端连接后接入地；所述二极管D1的阳极与所述二极管D2的阴极连接后接地；所述电阻R3的一端接地、另一端与所述比较芯片LM393的反相输入端连接；所述电阻R4的一端与所述比较芯片LM393的输出端连接、另一端作为过零检测电路的输出端；所述比较芯片LM393的接电端与电源连接、接地端与地连接。
进一步的，所述锁相环电路包括锁相环芯片CD4046、计数芯片CD4040、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C2、电容C3和电容C4；所述锁相环芯片CD4046的L2脚为相位比较器Ⅰ的输出端，L3脚为比较信号输入端，L4脚为压控振荡器输出端，L5脚为禁止端，L6脚、L7脚用于外接振荡电容，L8脚用于接电源的负端，L9脚为压控振荡器的控制端，L11脚用于外接振荡电阻，L14脚为信号输入端，L16脚用于接电源的正极；所述计数芯片CD4040的P2、P3、P4、P14脚为计数器脉冲输出端,P16脚为接电源端；所述L14脚作为锁相环电路的输入端与所述电阻R4的另一端连接；所述L2脚与所述电阻R7的一端连接；所述电阻R7的另一端与所述电阻R5的一端、电容C3的一端、电阻R6的一端连接后接入所述L9脚；所述电阻R5的另一端与所述电容C2的一端连接；所述电容C2的另一端与所述电容C3的另一端、电阻R6的另一端、电阻R8的一端以及所述L8脚、L5脚连接后接地；所述电阻R8的另一端与所述L11脚连接；所述L6脚与所述电容C4的一端连接；所述L7脚与所述电容C4的另一端连接；所述L16脚与电源连接；所述L3脚与所述P14脚连接；所述P3脚与P4脚连接后接地；所述P16脚接入电源；所述L4脚与所述P2脚连接后作为锁相环电路的输出端输出倍频信号。
进一步的，所述电压互感器PT包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、互感线圈PT1、电容C5、电容C6、电容C7、二极管D3和二极管D4；所述电阻R9的一端与所述互感线圈PT1一次侧的一端连接；所述电阻R9的另一端与所述互感线圈PT1一次侧的另一端作为电压互感器PT的输入端；所述互感线圈PT1二次侧的一端与所述电容C5的一端、电阻R10的一端、电阻R11的一端连接；所述互感线圈PT1二次侧的另一端与所述电容C5的另一端、电阻R10的另一端、电阻R12的一端连接；电阻R11的另一端与所述二极管D3的阳极、二极管D4的阴极、电容C6的一端连接后接入电源并作为电压互感器PT的一个输出端VN；所述二极管D3的阴极接入电源；所述二极管D4的阳极接地；所述电容C6的另一端接地；所述电阻R12的另一端与所述电容C7的一端连接后作为电压互感器PT的另一个输出端VA；所述电容C7的另一端接地。
一种具有电气火灾预警的应急电源自动投切方法，应用于以上所述具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置，包括以下步骤：
S1：装置安装并启动；
S2：装置各控制模块初始化；
S3：检测并判断市电是否正常；
S4：若电网发生故障导致市电不正常，自动投切控制器控制发电机组启动供电，并将负荷侧的连接切换至发电侧；
S5：周期性开展电气特征参数检测，利用训练好的人工神经网络对电气特征数据分析处理，判断负荷侧是否存在电弧故障并预警电气火灾；
S6：周期性检测市电及发电机组输出端有无过载、过压和欠压，并启动相应保护；
S7：电网故障消失、市电得到恢复后，把负荷侧连接切换至电网侧，回到步骤S3。
附图说明
图1为一种应急电源自动投切装置的组成结构示意图；
图2为过零检测电路及锁相环电路原理示意图；
图3为人工神经网络组成结构示意图；
图4为电压互感器PT的电路连接示意图；
图5为电流互感器CT中具有的滤波调理电路示意图；
图6为一种具有电气火灾预警的应急电源自动投切方法的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
实施例一
如图1所示为一种应急电源自动投切装置的组成结构示意图，所述装置包括自动投切控制器、采样模块、保护模块、电气火灾预警模块、发电机组控制模块、远程监控模块、切换开关及相应的三侧(电网侧、发电侧和负荷侧)若干电压互感器PT和若干电流互感器CT；所述自动投切控制器分别与采样模块、保护模块、电气火灾预警模块、发电机组控制模块、远程监控模块和切换开关连接；所述切换开关具有电网侧、发电侧和负荷侧，所述电网侧用于与市电连接，所述发电侧用于与发电机组连接，所述负荷侧用于与负荷连接；所述发电机组控制模块又与发电机组连接，以控制发电机组的运行；所述电压互感器PT、电流互感器CT分别固定在切换开关的电网侧、发电侧和负荷侧上，以测量各侧的电压、电流特性；所述电压互感器PT、电流互感器CT分别与采样模块连接，以采集切换开关各侧的电压、电流数据。
具体实施中，所述自动投切控制器中包括微处理单元和USB、以太网、高级控制定时器等众多外设。所述微处理单元中具有加速器并加载和开发有生态系统STM32CubeMX，具有先进行的AI人工智能功能。通过STM32CubeMX自带的X-CUBE-AI(Artificialintelligent)插件功能，可以在微处理单元中加载基于训练好的人工神经网络模型用于不同电气特征数据的分析处理，并将处理结果传送给电气火灾预警模块进行火灾预警，并使用X-CUBE-AI插件中STM32Cube.AI简化了人工神经网络映射，提高了整个自动投切控制器的开发效率，主要表现为：(1)可与流行的深度学习培训工具互操作，支持Caffe、Keras(带有TensorFlow后台)、Lasagne、ConvnetJS框架；(2)兼容许多IDE和编译器，如Keil、IAR、System Workbench等等；(3)传感器和RTOS无关；(4)允许多个人工神经网络在单个微处理单元上运行；(5)完全支持超低功耗微处理单元。同时利用人工神经网络的深度学习强大功能可以提高自动投切控制器信号处理性能和微处理单元应用程序的生产率，创建人工神经网络并将其映射到微处理单元上(通过CubeMx自动生成优化的代码)，而无需手动构建代码。
具体实施中，所述采样模块中采用了八通道的A/D采样芯片，所述A/D采样芯片与自动投切控制器之间的数据读写以及模式控制等通讯是通过I2C协议来完成，以将采集的切换开关每一侧的电压、电流特性数据传送给自动投切控制器。为实现切换开关每一侧三相四线制系统中三相电压、三相电流和零序电流的同步采样，所述采样模块中设计有过零检测电路及锁相环电路，以满足三相电压、电流的同步采样，其中过零检测电路与锁相环电路连接，锁相环电路与A/D采样芯片连接，过零检测电路与各个电压互感器和电流互感器连接。过零检测电路及锁相环电路原理示意图，如图2所示，其中过零检测电路包括比较芯片LM393、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、二极管D1和二极管D2，其中电阻R1的一端与电阻R2的一端、电容C1的一端、二极管D1的阴极、二极管D2的阳极连接后接入比较芯片LM393的同相输入端；电阻R1的另一端作为过零检测电路的输入端与电压互感器PT或者电流互感器CT连接；电阻R2的另一端与电容C1的另一端连接后接入地；二极管D1的阳极与二极管D2的阴极连接后接地；电阻R3的一端接地、另一端与比较芯片LM393的反相输入端连接；电阻R4的一端与比较芯片LM393的输出端连接、另一端作为过零检测电路的输出端；比较芯片LM393的接电端与电源连接、接地端与地连接。
锁相环电路包括锁相环芯片CD4046、计数芯片CD4040、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C2、电容C3和电容C4；所述锁相环芯片CD4046具有的L2脚为相位比较器Ⅰ的输出端，L3脚为比较信号输入端，L5脚为禁止端(高电平时禁止，低电平时允许压控振荡器工作)，L6脚、L7脚用于外接振荡电容，L8脚用于接电源的负端，L9脚为压控振荡器的控制端，L11脚用于外接振荡电阻，L14脚为信号输入端，L16脚用于接电源的正极；所述计数芯片CD4040的P2、P3、P4、P14脚为计数器脉冲输出端,P16脚为接电源端。所述L14脚作为锁相环电路的输入端与所述电阻R4的另一端连接，所述L2脚与电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端与电阻R5的一端、电容C3的一端、电阻R6的一端连接后接入L9脚，所述电阻R5的另一端与电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端与电容C3的另一端、电阻R6的另一端、电阻R8的一端以及L8脚、L5脚连接后接地，所述电阻R8的另一端与L11脚连接，所述L6脚与电容C4的一端连接，所述L7脚与电容C4的另一端连接，所述L16脚与电源连接，所述L3脚与所述P14脚连接，所述P3脚与P4脚连接后接地，所述P16脚接入电源，所述L4脚与所述P2脚连接后作为锁相环电路的输出端输出倍频信号至所述A/D采样芯片。
具体实施中，所述保护模块用于为市电与发电机组供电时提供过载、过压和欠压保护，用于对电源系统进行保护。
具体实施中，所述电气火灾预警模块用于解决不同负载及其电路连接方式造成的阈值设置困难、故障电弧识别准确率不高等问题，提供了一种简单易用、高可靠的基于人工神经网络的电气火灾预警方法。所述电气火灾预警方法通过超高采样频率获得早期电气特征信号的频率和相位等关键信息，并结合多种判据利用人工神经网络算法输出特征信号，克服单一判据引起的误判、漏判，实现电气火灾的预警。应急供电若发生电气火灾就会产生不可预知的后果，所以需对应急供电的火灾进行提前预警。由于电力系统中的正常电流信号与串联型故障电弧的电流特性十分相似，串联型故障电弧的正确识别十分困难，找到能够准确识别串联型故障电弧的方法很关键。
所述电气火灾预警模块具有特征提取和特征选择功能。所述特征提取是指电气火灾预警模块对采集模块采集负荷侧的电压、电流数据，提取主要8类特征：(1)零休时间，电弧故障有熄灭和重燃的特性，每个周期都会出现一段电流瞬时值等于0的时间；(2)电流变化速率，电弧故障发生时，电流瞬时值变化速率通常会加快，将一个周期内的相邻采样数据作差，取其中的最大值和最小值；(3)电流平均值的绝对值，发生电弧故障时，电流的正负半周波形不再对称，用电流平均值的绝对值可以反映电流正负半周波形不对称的程度；(4)电流的周期性，对于激励是正弦波的电路，通常在电路稳定之后，电流波形呈现周期性变化，而发生电弧故障后，由于电弧的电磁反应过程，电流的周期性被破坏，将相邻周期的电流数据进行比较，以衡量电流周期性被破坏的程度；(5)各次谐波含有率；(6)总谐波畸变率；(7)子带能量比，即频域中各子带能量与总能量的比值；(8)频率质心，即反映了电流信号频率分布的中心。
所述特征选择是指电气火灾预警模块采用Keras架构完成电弧故障的检测。在数据方面，首先模拟进行串联型电弧故障、并联型电弧故障、抑制性负载屏蔽和误脱扣等各种故障试验，采集了各种负载在正常状态和故障状态下的电流数据形成电弧试验数据集，然后将此数据集输入人工神经网络模型进行训练，完成对5A电阻、空压机和手枪电阻等多种负载的上述8类特征数据的波动范围和平均值等进行统计、分析及训练，研究负载种类和线路状态对特征取值的影响，同时根据实际采集的特征数据就可以判断是否发生故障以及故障类型，能对电气火灾起到预警作用。
具体实施中，考虑到微处理器单元的计算能力，人工神经网络按不同层的位置划分，内部可以分为三层：输入层、隐藏层和输出层。如下图3所示，第一层是输入层，输入层的神经元个数等于特征提取的维数，为8类特征；最后一层是输出层，输出层包含1个神经元，为电弧故障或正常运行；中间层包括若干隐藏层，隐藏层神经元个数参考经验公式确定。
具体实施中，所述发电机组控制模块用于控制发电机组的自动启停。在保供电期间，若市电发生故障，自动投切控制器利用一对无源开入点与发电机组控制模块连接以控制启动应急电源车上的发电机组，并控制切换开关实现电路的自动切换，这样市电就可以和发电机组组成一套完整的主备用电源应急系统，保证对系统负荷供电的稳定性。
具体实施中，所述远程监控模块通过RS485/232连接方式与自动投切控制器连接，同时也与远程的监控装置连接，使远程的监控装置可实现对应急发电车上的应急电源自动投切装置进行远程监控，远程显示三相电压、三相电流、功率等参数。
具体实施中，所述切换开关具有自动和手动两种切换模式，所述自动投切控制器通过控制切换开关就可以实现市电、发电机组两路供电电源的自动/手动切换。在自动切换模式下无需操作人员即可实现两路供电电源的切换，在紧急情况下可以通过切换开关的手柄实现手动模式切换以实现电力的稳定供给。切换开关具有市电优先的功能，也就是说即使处在发电机组组供电状态下，在此期间任何时候只要市电恢复正常，切换开关都可以立刻切换至市电供电。切换开关还具有机械联锁和电气联锁功能，以确保切换的准确和安全，同时也具有缺相保护功能和切换延时功能，以保证了切换前发电机组电源或市电电源各项电力参数的稳定性。
具体实施中，所述电压互感器PT和电流互感器CT的二次侧分别与采集模块连接，以便于采样模块采集电压、电流数据。其中，负荷侧的电压、电流数据主要用于给电气火灾预警模块进行计算以对负荷侧电气火灾进行提前预警；发电侧的电压、电流数据主要用于给发电机组控制模块计算，以对发电机组进行远程自启动控制和并网发电；电网侧的电压、电流数据主要用于对市电供电状态的监控。
具体实施中，如图4所示为电压互感器PT的电路连接示意图，所述电压互感器PT包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、互感线圈PT1、电容C5、电容C6、电容C7、二极管D3和二极管D4；所述电阻R9的一端与互感线圈PT1一次侧的一端连接，所述电阻R9的另一端与互感线圈PT1一次侧的另一端作为电压互感器PT的输入端，电阻R9用于将需要测量的一次电压变成低压，再利用互感线圈PT1调理至合适的电压信号输出；所述互感线圈PT1二次侧的一端与电容C5的一端、电阻R10的一端、电阻R11的一端连接；所述互感线圈PT1二次侧的另一端与电容C5的另一端、电阻R10的另一端、电阻R12的一端连接；电阻R11的另一端与二极管D3的阳极、二极管D4的阴极、电容C6的一端连接后接入电源并作为电压互感器PT的一个输出端VN；二极管D3的阴极接入电源，二极管D4的阳极接地；电容C6的另一端接地；电阻R12的另一端与电容C7的一端连接后作为电压互感器PT的另一个输出端VA；电容C7的另一端接地。
具体实施中，如图5所示为电流互感器CT中具有的滤波调理电路示意图，所述滤波调理电路包括电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电容C8和电容C9；所述电阻R13的一端与电阻R15的一端连接后作为滤波调理电路的CTA+输入端，所述电阻R14的一端与电阻R16的一端连接后作为滤波调理电路的CTA-输入端；所述CAT+输入端与所述CTA-输入端与电流互感器线圈连接；电阻R13的另一端与电阻R14的另一端连接后接地；电阻R15的另一端与电容C8的一端连接后作为滤波调理电路的I1P输出端；电阻R16的另一端与电容C9的一端连接后作为滤波调理电路的I1N输出端；电容C8的另一端与电容C9的另一端连接后接地；I1P输出端与I1N输出端与采样模块连接。所述滤波调理电路用于将电流互感器CT检测的电流信经过隔离、调小和滤波，变为采样单元可以直接采样的信号。电路中，由于电流互感器线圈起到了隔离作用，降低了外部干扰对电流互感器CT内部产生的影响，同时考虑到需要监测信号的突变和谐波成分，设计滤波调理电路时尽量避免过多电容，以免产生不必要的滤波和相移。
实施例二
如图6所示为一种具有电气火灾预警的应急电源自动投切方法的工作流程图，应用于以上所述具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置，包括以下步骤：
S1：装置安装并启动；
S2：装置各控制模块初始化；
S3：检测并判断市电是否正常；
S4：电网发生故障，市电不正常，信号被自动投切控制器检测到，自动投切控制器能及时给发电机组的自启动端提供给一个控制信号，让发电机组启动并准备供电，经过0～180(连续可调)秒延迟后自动把负荷侧的连接切换至发电侧；
S5：周期性开展电气特征参数检测，利用训练好的人工神经网络对电气特征数据分析处理，进行电弧故障选择，判断负荷侧是否存在电弧故障并预警是否可能发生电气火灾，并将电气火灾预警输出至远程监控装置；
S6：周期性检测市电及发电机组输出端有无过载、过压和欠压，并启动相应保护，把相应的信号上送至远程监控装置，驱动切换开关断动作跳闸；
S7：电网故障消失、市电得到恢复后，装置经过0～180(连续可调)秒延迟时自动把负荷侧连接切换至电网侧，发电机组经过冷却延时后自动停机，回到S3。
本发明提供一种具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置及方法，所述装置包括自动投切控制器、采样模块、保护模块、电气火灾预警模块、发电机组控制模块、远程监控模块、切换开关、若干电压互感器PT和若干电流互感器CT；自动投切控制器分别与采样模块、保护模块、电气火灾预警模块、发电机组控制模块、远程监控模块和切换开关连接；电压互感器PT和电流互感器CT分别固定在切换开关母线上；采样模块分别与电压互感器PT和电流互感器CT连接。所述方法为采样模块采集电压、电流数据传送电气火灾预警模块进行提取电气特征数据，并交由自动投切控制器进行处理分析，根据处理结果判断是否发生电弧故障及其类型，并对电气火灾进行预警。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置，其特征在于，包括自动投切控制器、采样模块、保护模块、电气火灾预警模块、发电机组控制模块、远程监控模块、切换开关、若干电压互感器PT和若干电流互感器CT；所述自动投切控制器分别与采样模块、保护模块、电气火灾预警模块、发电机组控制模块、远程监控模块和切换开关连接；所述电压互感器PT和电流互感器CT分别固定在所述切换开关母线上；所述采样模块分别与所述电压互感器PT和电流互感器CT连接。
2.根据权利要求1所述具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置，其特征在于，所述电气火灾预警模块具有从采样模块采集的电压、电流数据中提取电气特征数据传送给自动投切控制器分析处理，根据自动投切控制器处理结果进行特征选择并对电气火灾进行预警的功能。
3.根据权利要求2所述具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置，其特征在于，所述自动投切控制器中设有微处理单元；所述微处理单元加载有用于对电气特征数据进行分析处理的人工神经网络模型。
4.根据权利要求2所述具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置，其特征在于，所述电气特征数据包括零休时间、电流变化速率、电流平均值的绝对值、电流的周期性、各次谐波含有率、总谐波畸变率、子带能量比和频率质心。
5.根据权利要求1所述具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置，其特征在于，所述切换开关上设有用于与市电连接的电网侧，用于与发电机组连接的发电侧，用于与负荷连接的负荷侧；所述电压互感器PT和电流互感器CT分别固定在所述电网侧、发电侧和负荷侧上。
6.根据权利要求1所述具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置，其特征在于，所述采样模块中设有过零检测电路及锁相环电路，以满足三相电压、电流的同步采样；所述过零检测电路与锁相环电路连接。
7.根据权利要求6所述具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置，其特征在于，所述过零检测电路包括比较芯片LM393、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、二极管D1和二极管D2；所述电阻R1的一端与所述电阻R2的一端、电容C1的一端、二极管D1的阴极、二极管D2的阳极连接后接入所述比较芯片LM393的同相输入端；所述电阻R1的另一端作为过零检测电路的输入端与所述电压互感器PT或者电流互感器CT连接；所述电阻R2的另一端与所述电容C1的另一端连接后接入地；所述二极管D1的阳极与所述二极管D2的阴极连接后接地；所述电阻R3的一端接地、另一端与所述比较芯片LM393的反相输入端连接；所述电阻R4的一端与所述比较芯片LM393的输出端连接、另一端作为过零检测电路的输出端；所述比较芯片LM393的接电端与电源连接、接地端与地连接。
8.根据权利要求6所述具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置，其特征在于，所述锁相环电路包括锁相环芯片CD4046、计数芯片CD4040、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C2、电容C3和电容C4；所述锁相环芯片CD4046的L2脚为相位比较器Ⅰ的输出端，L3脚为比较信号输入端，L4脚为压控振荡器输出端，L5脚为禁止端，L6脚、L7脚用于外接振荡电容，L8脚用于接电源的负端，L9脚为压控振荡器的控制端，L11脚用于外接振荡电阻，L14脚为信号输入端，L16脚用于接电源的正极；所述计数芯片CD4040的P2、P3、P4、P14脚为计数器脉冲输出端,P16脚为接电源端；所述L14脚作为锁相环电路的输入端与所述电阻R4的另一端连接；所述L2脚与所述电阻R7的一端连接；所述电阻R7的另一端与所述电阻R5的一端、电容C3的一端、电阻R6的一端连接后接入所述L9脚；所述电阻R5的另一端与所述电容C2的一端连接；所述电容C2的另一端与所述电容C3的另一端、电阻R6的另一端、电阻R8的一端以及所述L8脚、L5脚连接后接地；所述电阻R8的另一端与所述L11脚连接；所述L6脚与所述电容C4的一端连接；所述L7脚与所述电容C4的另一端连接；所述L16脚与电源连接；所述L3脚与所述P14脚连接；所述P3脚与P4脚连接后接地；所述P16脚接入电源；所述L4脚与所述P2脚连接后作为锁相环电路的输出端输出倍频信号。
9.根据权利要求1至8任一项所述具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置，其特征在于，所述电压互感器PT包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、互感线圈PT1、电容C5、电容C6、电容C7、二极管D3和二极管D4；所述电阻R9的一端与所述互感线圈PT1一次侧的一端连接；所述电阻R9的另一端与所述互感线圈PT1一次侧的另一端作为电压互感器PT的输入端；所述互感线圈PT1二次侧的一端与所述电容C5的一端、电阻R10的一端、电阻R11的一端连接；所述互感线圈PT1二次侧的另一端与所述电容C5的另一端、电阻R10的另一端、电阻R12的一端连接；电阻R11的另一端与所述二极管D3的阳极、二极管D4的阴极、电容C6的一端连接后接入电源并作为电压互感器PT的一个输出端VN；所述二极管D3的阴极接入电源；所述二极管D4的阳极接地；所述电容C6的另一端接地；所述电阻R12的另一端与所述电容C7的一端连接后作为电压互感器PT的另一个输出端VA；所述电容C7的另一端接地。
10.一种具有电气火灾预警的应急电源自动投切方法，其特征在于，应用于权利要求1至9任一项所述具有电气火灾预警的应急电源自动投切装置，包括以下步骤：
S1：装置安装并启动；
S2：装置各控制模块初始化；
S3：检测并判断市电是否正常；
S4：若电网发生故障导致市电不正常，自动投切控制器控制发电机组启动供电，并将负荷侧的连接切换至发电侧；
S5：周期性开展电气特征参数检测，利用训练好的人工神经网络对电气特征数据分析处理，判断负荷侧是否存在电弧故障并预警电气火灾；
S6：周期性检测市电及发电机组输出端有无过载、过压和欠压，并启动相应保护；
S7：电网故障消失、市电得到恢复后，把负荷侧连接切换至电网侧，回到步骤S3。
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