CN117991711A - 一种储能系统中心管理系统、方法及储能系统 - Google Patents
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Abstract
本申请属于一种控制管理系统,针对目前储能系统中,多储能柜中各分设备的控制管理均由一个EMS管理,导致EMS任务繁重,容易出现通讯延时、通讯数据丢包,进而引起系统运行故障的技术问题,提供一种储能系统中心管理系统、方法及储能系统,中心管理系统包括数据管理单元、运行控制单元和安全保护单元。数据管理单元用于使系统与若干设备连接和通信,对设备的运行数据进行分类和存储;运行控制单元用于监视若干设备与数据管理单元的通信状态、监视若干设备的运行状态,并协调若干设备按照预设策略运行;安全保护单元用于采集若干设备的报警信息,并执行相应的保护逻辑。优化了储能系统的整体架构,使每一个储能柜成为一个独立和安全的运行设备。
Description
技术领域
本申请属于一种控制管理系统,涉及一种储能系统中心管理系统、方法及储能系统。
背景技术
传统工商业储能柜内各分设备之间相互独立,各分设备的数据采集、运行控制和安全保护全部由EMS(Energy Management System,能源管理系统)执行,EMS同时管理多台储能柜,还具有能量调度和云平台数据监控等功能。导致EMS任务繁重,和各储能柜之间存在通讯延时、通讯数据丢包等问题,进而会引起系统运行问题。
发明内容
本申请针对目前储能系统中,多储能柜中各分设备的控制管理均由一个EMS管理,导致EMS任务繁重,容易出现通讯延时、通讯数据丢包,进而引起系统运行故障的技术问题,提供一种储能系统中心管理系统、方法及储能系统。
为了实现上述目的,本申请采用以下技术方案予以实现:
第一方面,本申请提出一种储能系统中心管理系统,用于对一个储能柜进行管理,所述储能柜中设置有若干设备;中心管理系统包括数据管理单元、运行控制单元和安全保护单元;
所述数据管理单元,用于连接储能柜内的若干设备,匹配若干设备的通信协议,读取若干设备的运行数据,对若干设备的运行数据进行分类和存储,并将若干设备的运行数据发送至运行控制单元;
所述运行控制单元,根据若干设备的运行数据监视若干设备和数据管理单元的通信状态,以及若干设备的运行状态;并根据若干设备的运行状态协调若干设备按照预设策略运行;
安全保护单元,用于采集若干设备的报警信息,并根据若干设备的报警信息执行对应的保护逻辑。
进一步地,还包括故障记录单元;
所述故障记录单元,用于检测若干设备的运行状态,对若干设备运行过程中下发的关键指令和出现的故障情况进行保存;并对若干设备进行校时,使若干设备时基统一。
进一步地,所述故障记录单元中保存的所述故障情况,是按照故障出现的时间顺序依次存储的。
进一步地,还包括固件更新单元;
所述固件更新单元,用于对若干设备中的部分设备或全部设备,以及所述储能系统中心管理单元进行固件升级。
进一步地,所述根据若干设备的运行状态协调若干设备按照预设策略运行,包括:
结合预设的调度逻辑,根据储能系统中电池模块的运行温度信息和环境温度信息,控制水机的运行;并根据储能系统中电池模块的运行数据和状态,控制PCS的运行模式。
进一步地,所述保护逻辑根据若干设备的报警信息所处故障等级进行分类。
第二方面,本申请提出一种储能系统中心管理方法,采用上述储能系统中心管理系统;
所述方法包括:
通过所述数据管理单元读取若干设备的运行数据,对若干设备的运行数据进行分类和存储,并将若干设备的运行数据发送至运行控制单元;
通过所述运行控制单元,根据若干设备的运行数据监视若干设备和数据管理单元的通信状态,以及若干设备的运行状态;并根据若干设备的运行状态协调若干设备按照预设策略运行;
通过所述安全保护单元,用于采集若干设备的报警信息,并根据若干设备的报警信息执行对应的保护逻辑。
进一步地,所述根据若干设备的报警信息执行对应的保护逻辑,包括:
根据若干设备在储能系统中的功能、故障情况和故障情况对储能系统的影响,执行相对应的保护逻辑。
进一步地,还包括:记录若干设备在出现故障后,储能系统中心管理系统的执行动作。
第三方面,本申请提出一种储能系统,包括EMS和若干储能柜;还包括交换机,以及若干上述储能系统中心管理系统;
所述储能柜与所述储能系统中心管理系统的数量相等,且一一对应;
若干储能系统中心管理系统的一端分别连接对应储能柜中的若干设备,另一端均连接交换机的一端;所述交换机的另一端连接EMS。与现有技术相比,本申请具有以下有益效果:
本申请提出一种储能系统中心管理系统,包括数据管理单元、运行控制单元和安全保护单元。其中,数据管理单元用于使系统与若干设备连接和通信,对设备的运行数据进行分类和存储;运行控制单元用于监视若干设备与数据管理单元的通信状态、监视若干设备的运行状态,并协调若干设备按照预设策略运行;安全保护单元用于采集若干设备的报警信息,并执行相应的保护逻辑。本申请优化了储能系统的整体架构,每个储能系统中心管理系统对一个储能柜进行管理,使每一个储能柜成为一个独立和安全的运行设备,进而简化了储能柜与EMS之间的连接方式,以及EMS执行任务的复杂性,使储能系统调试和维护的复杂性被大幅简化,增加了储能系统的可集成度和运行可靠性。
本申请提出了一种储能系统中心管理方法,采用前述的储能系统中心管理系统,具备上述储能系统中心管理系统的全部优势。
本申请还提出了一种储能系统,具备上述储能系统中心管理系统的全部优势,进而使整个储能系统架构层次分明,任务分配明确,具备广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请一种储能系统中心管理系统第一个实施例的连接示意图。
图2为本申请一种储能系统中心管理系统的一种应用示意图。
图3为本申请一种储能系统的一种应用示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请实施例的描述中,需要说明的是,若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外,若出现术语“水平”,并不表示要求部件绝对水平,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。
在本申请实施例的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;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。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申请中的具体含义。
工商业储能柜是一种集成电力电子、电池管理、物联网等技术的储能设备,主要用于工商业领域的能源储存和管理,具有安全性强、支持快充、安装便捷、模组匹配性强以及主动性全生命周期管理等优势。这些优势使工商业储能柜能够灵活适配各个电压等级的配储场景,提高了能源利用效率和管理水平。
EMS相当于工商业储能系统的大脑,负责对整个系统进行监控、调度和优化。EMS通过与储能柜中的BMS(Battery Management System,电池管理系统)、PCS(PowerConversion System,储能变流器)等设备进行通信,实时采集各种运行数据,如电压、电流、功率、温度等,然后根据预设的控制策略和算法进行数据处理和分析,最终实现对储能柜的远程控制和调节。
但是,目前由于EMS任务繁重,会出现通讯延时、通讯数据丢包等问题,进而会引起系统运行故障。
基于上述原因,本申请提出一种储能系统中心管理系统、方法及储能系统。下面结合实施例和附图对本申请进行详细说明。
如图1所示,为本申请一种储能系统中心管理系统第一个实施例的连接示意图。储能系统中心管理系统用于对一个储能柜进行管理,所述储能柜中设置有若干设备。
本申请为了简化整体框架,为每一个储能柜配置一个储能系统中心管理系统。实际应用中,储能柜中的设备可以根据实际应用需要进行设置,通常储能柜中的若干设备可以包括电池模块、PCS、BMS、监控系统、辅助设备等。其中,电池模块是储能柜的核心部分,通常由多个单体电池串联或并联组成,以满足特定的电压和容量需求,电池模块主要负责存储电能,并在需要时释放电能。PCS是储能柜中的关键设备,负责电池模块与电网之间的电能转换,可以根据需要将电池的直流电逆变为交流电再输送给电网,或者将电网的交流电整流为直流电再对电池充电。BMS一般负责监控和管理电池模块的状态,包括电压、电流和温度等参数,能够防止电池过充、过放等,延长电池的使用寿命,并与PCS进行通信,协同控制储能柜的充放电过程。监控系统和辅助设备中均可以包括多种不同类型的设备,监控系统一般用于实时监测和管理储能柜的运行状态,例如,可以显示电池模块的充放电状态、PCS的工作状态,提供故障报警和远程控制等;辅助设备一般可以包括散热系统、安全防护装置和连接器等。本申请的储能系统中心管理系统可以通过对储能柜进行控制管理,使若干设备之间协同工作,达到最优、最安全、最稳定的工作状态。
管理系统可以包括数据管理单元、运行控制单元和安全保护单元。
其中,数据管理单元,用于连接储能柜内的若干设备,匹配若干设备的通信协议,读取若干设备的运行数据,对若干设备的运行数据进行分类和存储,并将若干设备的运行数据发送至运行控制单元。
实际应用中,由于若干设备的通信协议可能相同也可能不同,为了实现统一管理,就需要管理系统匹配若干设备的通信协议,确保能够准确地读取和传输若干设备的运行数据。数据管理单元读取若干设备的运行数据后,由于若干设备的种类可能不同,其运行数据也可能不同,例如,可以包括电压、电流、温度和功率等,还可以包括一些状态信息和故障代理,通过数据管理单元对运行数据进行分类和存储,方便后续的分析和处理。
实际应用中,为了使管理更加准确和高效,还可以对运行数据进行一些处理,例如,数据清洗、压缩、加密等,本申请不做具体限制。
数据管理单元为中心管理系统的稳定运行和优化提供了重要的数据支持。
运行控制单元,根据若干设备的运行数据监视若干设备和数据管理单元的通信状态,以及若干设备的运行状态;并根据若干设备的运行状态协调若干设备按照预设策略运行。
实际应用中,运行控制单元通过接收数据管理单元发送的若干设备的运行数据,可以实时监控若干设备的电压、电流、温度、功率等关键参数,还能够实时监控中心管理系统内各单元的连接通信是否正常。运行控制单元可以对收集到的若干设备的运行数据进行分析,判断若干设备是否正常运行。
实际应用中,预设策略是提前预设的,可以根据管理要求、具体设备进行具体设置,本申请不做限制。预设策略的目的,是为了协调若干设备按照要求运行,例如,可以调整电池的充放电速率、控制PCS的功率输出、管理热系统等,不是单一的控制某个设备的工作状态满足要求,而是通过协调使若干设备均能够满足要求。
安全保护单元,用于采集若干设备的报警信息,并根据若干设备的报警信息执行对应的保护逻辑。
实际应用中,设置安全保护单元能够提高储能系统的工作安全性。采集若干设备的报警信息,能够在若干设备出现故障时进行相应的保护,这些报警信息可以包括过压、欠压、过流和高温等。
需要说明的是,保护逻辑可以根据设备的类型、希望达到的安全性效果进行设置,例如,切断电源、启动散热、发送报警请工作人员介入等。
在本申请的其他实施例中,数据管理单元、运行控制单元和安全保护单元还可以进一步拆分为更多单元或集成为更少单元,也可以将每个单元做进一步拆分,拆分为多个模块,只要能够完成相应单元中的逻辑功能即可。各单元或模块既可以通过硬件实现,也可以通过相应的软件实现。
如图2所示,为本申请储能系统中心管理系统的一种应用示意图。其中,储能柜中设置的若干设备包括PCS、BMS、水机、消防、UPS和电表,这些设备均是储能柜中的现有设备。需要说明的是,水机主要用于散热和温控,维持储能柜内部温度稳定,防止设备过热,确保电池和其他设备在最佳温度范围内运行,延长使用寿命。消防一般包括火灾探测器、报警器和灭火装置,用于实时监测储能柜内的温度和烟雾等火灾迹象。UPS(UninterruptiblePower Supply,不间断电源)能够在电力系统发生故障或停电时,通过内部蓄电池或其他能量储备装置来提供电力,保证向连接在其输出端口上的电子设备持续供电。电表用于测量和记录储能柜的电能输入、输出和存储量,可以提供数据支持,帮助优化储能系统的运行策略。
其中,数据管理模块对下具有丰富的硬件接口,使中心管理系统能够与PCS、BMS、消防、温控、UPS和电表等连接,匹配各设备的通信协议,读取各设备运行数据、状态、预警和设置参数。还可以根据数据的优先等级和实时等级进行分类和分时读取,对各设备数据进行统一规划和存储。
运行控制单元可以包括两部分内容:(1)运行状态检测。实时监视和外部所连接设备的通信状态,以及各设备的运行状态,监视到异常情况时,对异常情况划分等级,根据划分等级的结果,采取相应的保护措施。(2)运行管理。可以通过采集电池模块的温度信息和环境温度信息,根据调度逻辑去控制水机的运行,达到电池最佳运行温度,去除凝露。也可以通过采集电池模块的运行数据,例如,电压、SOC、报警等,控制PCS的运行模式,例如,升降功率、节能运行和停止,使储能系统安全、协调运行。还可以根据设备的设置情况,设定具体的调度逻辑,目标是协调若干设备的运行。
安全保护单元可以集成BMS干接点、消防干接点、烟感、浪涌、急停、门禁检测等,根据采集的各设备报警信息,对应不同的故障等级执行不同的保护逻辑,使储能系统中各设备运行有序、实时动作、统一防护,形成一个有机整体。
还设置有故障记录单元,监测各设备的运行状态,对出现的故障进行保存,对各设备下发的关键指令进行保存,存储时,可以根据故障时间依次存储,进而达到故障可定位、可溯源的目标。另外,为了使整个系统时基统一,还可以使故障记录单元具有对各设备进行校时的功能。
在本申请的一些实施例中,还可以设置相应的配置单元,用于使系统中各功能单元的参数可配置,连接设备的型号可配置,掉电参数可以自动保存;
在本申请的一些实施例中,还可以设置指示输出单元,使系统内各种运行状态和故障有指示、有记录,且能够输出。
在本申请的一些实施例中,还可以设置固件更新单元。用于对若干设备中的部分设备或全部设备,以及储能系统中心管理单元进行固件升级。实际应用中,可以通过固件更新单元进行远程固件升级,对PCS、BMS等设备进行远程固件升级。
实际应用中,作为一种示例,将数据管理单元、运行控制单元和安全保护单元划分为共12个模块,具体的模块划分要求,可以根据实际情况调整,包括运行控制模块、安全保护模块、状态指示输出模块、系统时基模块、故障存储模块、固件更新模块、干接点输入模块、通信模块、数据管理模块、监视模块、故障分析模块和电池温度控制模块。例如,数据管理单元可以包括干接点输入模块、通信模块和数据管理模块;运行控制单元可以包括运行控制模块、监视模块和电池温度控制模块;安全保护单元可以包括安全保护模块和故障分析模块;故障记录单元可以包括系统时基模块和故障存储模块;固件更新单元可以包括固件更新模块;指示输出单元可以包括状态指示输出模块。
本申请中,中心管理系统分别连接PCS、BMS、消防、水机、UPS和电表,实时采集各设备的运行数据、状态数据和报警信息。分析储能系统运行过程中的关键数据,对PCS、BMS和水机进行协调控制,使储能系统运行在最优状态。根据各设备的状态和报警信息分析判断储能系统的故障等级,针对不同的故障和故障等级执行不同的运行策略,保证储能系统安全有效的运行。还可以对运行过程中的故障信息和关键操作指令按照时间先后做成日志进行实时存储,达到故障准确定位。
基于上述储能系统中心管理系统,本申请还提出了一种储能系统中心管理方法,可以包括:
通过所述数据管理单元读取若干设备的运行数据,对若干设备的运行数据进行分类和存储,并将若干设备的运行数据发送至运行控制单元;
通过所述运行控制单元,根据若干设备的运行数据监视若干设备和数据管理单元的通信状态,以及若干设备的运行状态;并根据若干设备的运行状态协调若干设备按照预设策略运行;
通过所述安全保护单元,用于采集若干设备的报警信息,并根据若干设备的报警信息执行对应的保护逻辑。
另外,本申请还提出了一种储能系统,包括EMS和若干储能柜,以及交换机和前述的储能系统中心管理系统。储能柜与所述储能系统中心管理系统的数量相等,且一一对应。若干储能系统中心管理系统的一端分别连接对应储能柜中的若干设备,另一端均连接交换机的一端。交换机的另一端连接EMS。
实际应用中,多个储能系统中心管理系统分别连接交换机,再连接至EMS,由各储能系统中心管理系统分别对各储能柜进行控制,EMS统一管理各储能系统中心管理系统,简化了EMS的功能。
本申请提出的储能系统,可以采用前述储能系统中心管理系统的实施例,此处不再赘述。
如图3所示,为本申请储能系统的一种示例示意图,每个储能系统中心管理系统均采用图2所示的连接结构。储能系统中心管理系统可以设置RS485、CAN、RS232、以太网等丰富的外设接口,分别与PCS、BMS、水机、消防、UPS、电表和交换机连接。储能系统中心管理系统对下匹配各设备的通信协议,对上可以采用Modbus TCP协议。对上可以通过以太网进行通讯,通过路由器连接本地服务器和云服务器。需要进行固件升级时,可以在远端将PCS、BMS、水机和消防的升级程序发送给储能系统中心管理系统,储能系统中心管理系统再连接各设备进行程序升级,同时,可通过远程程序对储能系统中心管理系统自身进行程序升级。
实际应用中,储能系统中心管理系统可以对储能系统的所有通信进行全程监视,通过心跳帧或通信机制,实时检测各设备的通信状态,针对帧错误和通信失联及时上报,并采取不同的保护措施。
在对采集到的各设备数据进行分类时,为了方便实现,可以进行整合或格式变换,不同设备数据和不同类型区分保存,统一规划为Modbus通信协议格式。
可以对各设备出现的故障进行分析。例如,PCS的故障可能有相过流、母线过压、IGBT过温、电网频率高、电网电压低、高频同步失败等,BMS的故障可能有电池过欠压、电池过欠温、绝缘电阻低、电池过流和电池温差大等。可以根据不同设备、故障等级和对储能系统的影响综合判断,转换为储能系统的故障等级,采取不同的处理措施。故障等级可以分为一般、严重和紧急,对于一般故障可采取指示灯报警、重点关注等措施;对于严重故障,可以采取故障设备停机、相关设备持续观察等措施,对于紧急故障,可以采取设备停机、切断交直流电源等措施。运行过程中一旦出现故障,立刻保存,每条故障的保存记录可以包括时间、设备、故障内容和故障等级。还可以对出现故障后储能系统的关键执行动作进行保存,一般包括执行时间、执行设备、指令内容和执行结果。实际应用中,各设备的故障录波数据、历史故障数据还可以通过储能系统中心管理系统进行远程读取。
协调若干设备运行时,可以包括水机运行模式控制、PCS运行模式控制和对BMS的控制。例如,在水机运行模式控制下,根据不同的条件使水机运行模式在停机、自循环、加热、制冷和自动控制内切换,达到效率和功率的结合。PCS运行模式控制下,一般包括节能运行、恒功率运行、降额运行和调度运行等,可以根据电池电压、SOC和电池温度,切换不同的运行模式。
本申请提供了一种集成数据管理、运行控制和安全保护功能的中心管理系统。此中心管理系统连接和管理储能柜内部各设备,使储能柜成为一个有机整体,可以独立运行,简化了EMS的大部分功能,进而增加了储能系统的可靠性和安全性。
以上仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种储能系统中心管理系统,用于对一个储能柜进行管理,所述储能柜中设置有若干设备;其特征在于,包括数据管理单元、运行控制单元和安全保护单元;
所述数据管理单元,用于连接储能柜内的若干设备,匹配若干设备的通信协议,读取若干设备的运行数据,对若干设备的运行数据进行分类和存储,并将若干设备的运行数据发送至运行控制单元;
所述运行控制单元,根据若干设备的运行数据监视若干设备和数据管理单元的通信状态,以及若干设备的运行状态;并根据若干设备的运行状态协调若干设备按照预设策略运行;
安全保护单元,用于采集若干设备的报警信息,并根据若干设备的报警信息执行对应的保护逻辑。
2.根据权利要求1所述储能系统中心管理系统,其特征在于:还包括故障记录单元;
所述故障记录单元,用于检测若干设备的运行状态,对若干设备运行过程中下发的关键指令和出现的故障情况进行保存;并对若干设备进行校时,使若干设备时基统一。
3.根据权利要求2所述储能系统中心管理系统,其特征在于:所述故障记录单元中保存的所述故障情况,是按照故障出现的时间顺序依次存储的。
4.根据权利要求3所述储能系统中心管理系统,其特征在于:还包括固件更新单元;
所述固件更新单元,用于对若干设备中的部分设备或全部设备,以及所述储能系统中心管理单元进行固件升级。
5.根据权利要求4所述储能系统中心管理系统,其特征在于,所述根据若干设备的运行状态协调若干设备按照预设策略运行,包括:
结合预设的调度逻辑,根据储能系统中电池模块的运行温度信息和环境温度信息,控制水机的运行;并根据储能系统中电池模块的运行数据和状态,控制PCS的运行模式。
6.根据权利要求5所述储能系统中心管理系统,其特征在于,所述保护逻辑根据若干设备的报警信息所处故障等级进行分类。
7.一种储能系统中心管理方法,其特征在于,采用权利要求1至6任一所述储能系统中心管理系统;
所述方法包括:
通过所述数据管理单元读取若干设备的运行数据,对若干设备的运行数据进行分类和存储,并将若干设备的运行数据发送至运行控制单元;
通过所述运行控制单元,根据若干设备的运行数据监视若干设备和数据管理单元的通信状态,以及若干设备的运行状态;并根据若干设备的运行状态协调若干设备按照预设策略运行;
通过所述安全保护单元,用于采集若干设备的报警信息,并根据若干设备的报警信息执行对应的保护逻辑。
8.根据权利要求7所述储能系统中心管理方法,其特征在于,所述根据若干设备的报警信息执行对应的保护逻辑,包括:
根据若干设备在储能系统中的功能、故障情况和故障情况对储能系统的影响,执行相对应的保护逻辑。
9.根据权利要求8所述储能系统中心管理方法,其特征在于,还包括:记录若干设备在出现故障后,储能系统中心管理系统的执行动作。
10.一种储能系统,包括EMS和若干储能柜;其特征在于:还包括交换机,以及若干权利要求1至6任一所述储能系统中心管理系统;
所述储能柜与所述储能系统中心管理系统的数量相等,且一一对应;
若干储能系统中心管理系统的一端分别连接对应储能柜中的若干设备,另一端均连接交换机的一端;所述交换机的另一端连接EMS。
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