一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核算方法及監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核算方法，利用動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)各設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)回歸動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)負(fù)載率?效率曲線，再利用效率與能耗之間關(guān)系求解獲得改造前后技術(shù)節(jié)能量、管理節(jié)能量。本發(fā)明還公開(kāi)了一種應(yīng)用上述核算方法的動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，包括設(shè)備層、智能儀表層、控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、智能網(wǎng)關(guān)及信息和監(jiān)控平臺(tái)。本發(fā)明的方法能對(duì)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)中管理節(jié)能、技術(shù)節(jié)能量精確核算，對(duì)節(jié)能潛力進(jìn)行預(yù)測(cè)和估算，并形成節(jié)能減排控制策略，結(jié)合動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，可對(duì)企業(yè)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)耗能。
【專利說(shuō)明】
-種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核算方法及監(jiān)控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能減排領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核 算方法及監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電機(jī)系統(tǒng)指由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制（調(diào)速)裝置、被拖動(dòng)裝置和系統(tǒng)功能組 件所組成的總體。系統(tǒng)通過(guò)電動(dòng)機(jī)將電能裝換為機(jī)械能，再通過(guò)被拖動(dòng)裝置做功實(shí)現(xiàn)各種 功能。
[0003] 目前我國(guó)電機(jī)系統(tǒng)的用電量約占我國(guó)總用電量的60%，其中風(fēng)機(jī)、累類、壓縮機(jī)和 空調(diào)制冷機(jī)的用電量分別占全國(guó)用電量的10.4% ,20.9% ,9.4%，6%。工業(yè)領(lǐng)域電機(jī)系統(tǒng) 用電量約占全國(guó)工業(yè)總用電總量75%，然而我國(guó)電機(jī)系統(tǒng)效率比發(fā)達(dá)國(guó)家低10-30%，相當(dāng) 于國(guó)際20世紀(jì)70-80年代水平。
[0004] 電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能已成為工業(yè)節(jié)能關(guān)鍵。未來(lái)電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)必須是高效節(jié)能，提高 效率節(jié)省資源，減少環(huán)境污染。國(guó)家非常重視電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能，早在2008年就將電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能 列入國(guó)家十大節(jié)能工程之一，2009年又把高效、超高效電機(jī)應(yīng)用列入惠民工程，2015年出臺(tái) 了《全國(guó)電機(jī)能效提升計(jì)劃》等，使用高效節(jié)能電機(jī)及電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造是國(guó)家要求，同時(shí) 巨大的節(jié)能量也十分吸引企業(yè)對(duì)現(xiàn)有電機(jī)進(jìn)行改造。同時(shí)，"十=五計(jì)劃"節(jié)能減排規(guī)劃中 也提到鼓勵(lì)第=方、節(jié)能服務(wù)公司開(kāi)展節(jié)能改造項(xiàng)目。
[0005] 我國(guó)電機(jī)市場(chǎng)主流系列為:J02系列、Y系列、Y2系列、YX系列，效率遠(yuǎn)不及永磁電機(jī) 及磁阻電機(jī)等高效電機(jī)、超高效電機(jī)等產(chǎn)品的能效，而運(yùn)類高效電機(jī)的使用率不超過(guò)15%， 從調(diào)研情況得知，企業(yè)及用戶均了解運(yùn)類技術(shù)，但是他們也指出目前已有的系統(tǒng)或擬定新 建的系統(tǒng)是否需要運(yùn)類高效電機(jī)，使用高效電機(jī)是否能夠獲得滿意的節(jié)能量等問(wèn)題。由此 可見(jiàn)，盡管目前節(jié)能改造或者新建高效電機(jī)系統(tǒng)的市場(chǎng)潛力非常巨大，推動(dòng)高效電機(jī)系統(tǒng) 及節(jié)能改造非常重要，但是更重要的是如何讓電機(jī)系統(tǒng)用戶精確了解目前系統(tǒng)的節(jié)能潛力 及精確核算系統(tǒng)節(jié)能量。
[0006] 目前，針對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能量計(jì)算及能效核定方法的研究方向有基準(zhǔn)單耗對(duì)比法 (產(chǎn)品/產(chǎn)值）、累計(jì)和法?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)常用的節(jié)能量計(jì)算方法為基準(zhǔn)單耗對(duì)比法，該方法分 為產(chǎn)品單耗對(duì)比法和產(chǎn)值單耗對(duì)比法，技術(shù)方法類似。其表達(dá)式為：
[0007] A E= (e(t+At)-et)Q
[000引其中，e(t+At)表示進(jìn)行某種技術(shù)或措施改造后的單位產(chǎn)品能耗，et表示企業(yè)單位產(chǎn) 品能耗，A t表示測(cè)算時(shí)間，Q表示產(chǎn)品生產(chǎn)量/企業(yè)產(chǎn)值。
[0009] 累積和法在歐美國(guó)家中應(yīng)用的較為廣泛，是一種統(tǒng)計(jì)學(xué)中的方法，為若干個(gè)樣本 值與某個(gè)預(yù)設(shè)值之間的差值的累積之和。選取某項(xiàng)節(jié)能技術(shù)和措施在實(shí)施前固定周期內(nèi)的 能源消耗和產(chǎn)品產(chǎn)量作為數(shù)據(jù)樣本，記錄并生成能耗與產(chǎn)量圖化-P)，運(yùn)用一元線性回歸模 型的相關(guān)理論和方法，能夠求得節(jié)能技術(shù)實(shí)施前后兩者之間的相互關(guān)系。
[0010] E=mP+e
[0011]式中，E表示的能能源消耗量，P表示的是企業(yè)某種產(chǎn)品的產(chǎn)量，m代表的含義為產(chǎn) 品產(chǎn)量與能耗量之間的彈性系數(shù)，也即每增加一單位的產(chǎn)品產(chǎn)量，所需要投入的能源量，e 表示在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中和產(chǎn)品的產(chǎn)量沒(méi)有固定關(guān)系的能源的消耗量，運(yùn)是一個(gè)額外變動(dòng) 值。
[0012] 技術(shù)措施法、結(jié)構(gòu)措施法均基于基準(zhǔn)單耗對(duì)比法而衍生。比較過(guò)程中均采用報(bào)告 期前后的節(jié)能量對(duì)應(yīng)的指標(biāo)值作差而得。
[0013] 對(duì)于基準(zhǔn)單耗對(duì)比法(產(chǎn)品/產(chǎn)值）、技術(shù)措施法、結(jié)構(gòu)措施法而言，雖然方法在應(yīng) 用操作過(guò)程中較為簡(jiǎn)便易行，但卻存在著技術(shù)措施實(shí)施前后，一旦產(chǎn)品產(chǎn)量變化較大，其衡 量值便會(huì)不準(zhǔn)確的缺陷。此外，不利于企業(yè)實(shí)施項(xiàng)目建設(shè)的源頭治理，可能導(dǎo)致項(xiàng)目建設(shè)的 高能耗、高污染及低水平重復(fù)建設(shè)。運(yùn)類方法不能適應(yīng)與收到多種因素影響的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。還 有，針對(duì)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)，采用單耗法難W做到報(bào)告期與基期基準(zhǔn)完全一致，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不 準(zhǔn)確。
[0014] 對(duì)于累積和法而言，由于產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中和產(chǎn)品的產(chǎn)量沒(méi)有固定關(guān)系的能源的消 耗量是一個(gè)額外變動(dòng)值，無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量，彈性系數(shù)完全依靠線性回歸模型擬合值獲得，獲得 結(jié)果不能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)能效情況。
[0015] 上述計(jì)算中采用的產(chǎn)品產(chǎn)量是指合格產(chǎn)品，不包括次品和廢品，但能源消耗量應(yīng) 包括廢品、次品所消耗的能源數(shù)量。所W計(jì)算存在缺陷。
[0016] 除了上述問(wèn)題外，針對(duì)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)，上述節(jié)能量計(jì)算方法的最大局限在于無(wú)法 在計(jì)算結(jié)果中體現(xiàn)企業(yè)的整體節(jié)能管理水平，技術(shù)措施法計(jì)算節(jié)能量只限于通過(guò)節(jié)能技術(shù) 改造提高生產(chǎn)工序和設(shè)備的能源利用效率、降低能源消耗而實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約。而不包括擴(kuò)大 生產(chǎn)能力、調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等途徑產(chǎn)生的節(jié)能效果。運(yùn)些方面可能對(duì)降低企業(yè)能耗總量方面 貢獻(xiàn)很大，但在技術(shù)措施法計(jì)算過(guò)程中卻體現(xiàn)不出來(lái);二是現(xiàn)行的技術(shù)措施節(jié)能量計(jì)算方 法中仍然不能及時(shí)、動(dòng)態(tài)的涵蓋企業(yè)節(jié)能技術(shù)改造的全部?jī)?nèi)容，難W反映實(shí)際節(jié)能量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0017] 本發(fā)明要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核算方法， 能對(duì)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)中管理節(jié)能、技術(shù)節(jié)能進(jìn)行精確核算，對(duì)節(jié)能潛力進(jìn)行預(yù)測(cè)和估算。
[0018] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0019] -種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核算方法，利用動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)各設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù) 回歸動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)負(fù)載率-效率曲線，再利用效率與能耗之間關(guān)系求解獲得改造前后技術(shù) 節(jié)能量、管理節(jié)能量。
[0020] 進(jìn)一步地，包括如下步驟：
[0021] (I)W時(shí)間t為變量實(shí)時(shí)采集獲得電機(jī)系統(tǒng)各設(shè)備輸入功率及輸出功率數(shù)據(jù)信息， 計(jì)算得到各設(shè)備負(fù)載率e;
[0022] (2)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)計(jì)算得到的負(fù)載率0分析動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)工作類型；
[0023] (3)確定系統(tǒng)工作類型，選取設(shè)備典型負(fù)載情況確定采集周期進(jìn)行定向數(shù)據(jù)采集 并計(jì)算得到各設(shè)備負(fù)載率和效率；
[0024] (4)在某個(gè)工作類型下，考慮各設(shè)備之間的影響求解各個(gè)設(shè)備效率表達(dá)式在某個(gè) 負(fù)載率條件下的變量關(guān)系；
[0025] (5)整合各個(gè)設(shè)備表達(dá)式組成效率表達(dá)式并求解；
[0026] (6)利用效率與能耗之間關(guān)系求解獲得改造前后技術(shù)節(jié)能量、管理節(jié)能量。
[0027] 進(jìn)一步地，所述工作類型為:連續(xù)工作方式、短時(shí)工作方式、斷續(xù)周期性工作方式、 啟停斷續(xù)周期工作方式、連續(xù)周期工作方式、長(zhǎng)周期連續(xù)工作方式、非周期連續(xù)工作方式或 非周期斷續(xù)工作方式。
[0028] 進(jìn)一步地，所述步驟(5)中的效率表達(dá)式為：
[0029]
[0030] 式中，Ilqi-Pj (t)表示在負(fù)載率扣下隨時(shí)間變化的設(shè)備qi的效率值，該值隨時(shí)間變化 而變化;fqi-W表示在對(duì)應(yīng)的負(fù)載率扣條件下的實(shí)時(shí)效率曲線函數(shù);其中i變化范圍為I-N表 示N個(gè)電機(jī)設(shè)備;j變化范圍為I-L表示返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)候?qū)?yīng)的L種工作類型的不同負(fù)載。
[0031] 進(jìn)一步地，所述步驟(6)中的技術(shù)節(jié)能量、管理節(jié)能量，針對(duì)任一電機(jī)系統(tǒng)的單個(gè) 設(shè)備時(shí)用下面的方式計(jì)算設(shè)備qi的管理節(jié)能量和技術(shù)節(jié)能量：：
[0032]
[0033]
[0034] 上式中，ti為初始計(jì)算節(jié)能量的時(shí)刻，A t為考核期長(zhǎng)度，Esys-qi和Etee-qi表示設(shè)備 qi的系統(tǒng)管理節(jié)能量和技術(shù)節(jié)能量，和巧fc表示ti時(shí)刻含有變量設(shè)備qi效率和負(fù)載率 的系統(tǒng)管理節(jié)能量表達(dá)式和技術(shù)節(jié)能量表達(dá)式，該表達(dá)式通過(guò)實(shí)時(shí)反饋結(jié)果擬合生成， 表示設(shè)備qi的效率;當(dāng)ti取值為O時(shí)表示電機(jī)系統(tǒng)為新建系統(tǒng)。
[0035] 進(jìn)一步地，所述步驟(6)中的技術(shù)節(jié)能量、管理節(jié)能量，針對(duì)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的所有 電機(jī)系統(tǒng)，用下面的方式計(jì)算：
[0036]
[0037]
[003引式中，Esys和Etec表示企業(yè)級(jí)系統(tǒng)管理節(jié)能量和技術(shù)節(jié)能量，n表示系統(tǒng)效率，化-也 表示設(shè)備1至設(shè)備N的效率及至n/N表示電機(jī)系統(tǒng)設(shè)備間傳動(dòng)效率;J表示設(shè)備個(gè)數(shù)，N表示 當(dāng)前電機(jī)系統(tǒng)中的設(shè)備總量;ti表示初始計(jì)算節(jié)能量的時(shí)刻，At表示考核期長(zhǎng)度；齡表示 在ti時(shí)刻對(duì)應(yīng)的負(fù)載率表達(dá)式;G合YfSf和巧馬表示時(shí)刻第J設(shè)備的系統(tǒng)管理節(jié)能量表達(dá)式和 技術(shù)節(jié)能量表達(dá)式，該表達(dá)式通過(guò)實(shí)時(shí)反饋結(jié)果擬合生成。
[0039] 本發(fā)明要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種可對(duì)企業(yè)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)、實(shí) 時(shí)監(jiān)控、調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)能耗的動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。
[0040] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0041] -種動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用上述實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核算方法， 包括設(shè)備層、智能儀表層、控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、智能網(wǎng)關(guān)及信息和監(jiān)控平臺(tái)；智能儀表層用 于采集設(shè)備層內(nèi)各個(gè)設(shè)備的輸入功率、輸出功率并計(jì)算實(shí)時(shí)電機(jī)系統(tǒng)中不同設(shè)備負(fù)載率、 效率;數(shù)據(jù)傳輸層用于傳輸采集的數(shù)據(jù)和計(jì)算得到的實(shí)時(shí)負(fù)載率、效率數(shù)據(jù)，為雙向傳輸結(jié) 構(gòu)，同時(shí)接收智能儀表層上傳的數(shù)據(jù)，發(fā)送給智能網(wǎng)關(guān)，也將智能網(wǎng)關(guān)發(fā)來(lái)的控制數(shù)據(jù)下傳 給控制層;信息和監(jiān)控平臺(tái)用于將智能網(wǎng)關(guān)傳輸來(lái)的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并形成相應(yīng)的節(jié)能 減排控制策略，并通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)、控制層對(duì)設(shè)備層進(jìn)行控制;還用于實(shí)時(shí)顯示，實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng) 態(tài)電機(jī)系統(tǒng)。
[0042] 通過(guò)采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0043] 1、本發(fā)明的方法能及時(shí)、動(dòng)態(tài)的涵蓋企業(yè)節(jié)能技術(shù)改造的全部?jī)?nèi)容，讓電機(jī)系統(tǒng) 用戶精確了解目前系統(tǒng)的節(jié)能潛力及精確核算系統(tǒng)節(jié)能量(包括管理節(jié)能量和技術(shù)節(jié)能 量）。通過(guò)計(jì)算管理節(jié)能量和技術(shù)節(jié)能量，能有效地劃分節(jié)能改造后的效益分享;企業(yè)能夠 及時(shí)的通過(guò)管理節(jié)能數(shù)據(jù)分析對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行規(guī)劃，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能;通過(guò)技術(shù)節(jié) 能數(shù)據(jù)分析了解系統(tǒng)、工藝方面存在的問(wèn)題，如電動(dòng)機(jī)發(fā)熱、電流過(guò)載、超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)等問(wèn)題； 本發(fā)明的適用性極強(qiáng)，在各種動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)中均可使用，擁有廣大的使用空間。
[0044] 2、本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)ζ髽I(yè)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng)最優(yōu)能耗。
【附圖說(shuō)明】
[0045] 上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，W下 結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0046] 圖I是節(jié)能減排策略獲得方法流程圖；
[0047] 圖2是不同運(yùn)行方式下的動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)示意圖；
[0048] 圖3是電機(jī)系統(tǒng)(風(fēng)機(jī)/累系統(tǒng))數(shù)據(jù)采集示意圖；
[0049] 圖4是技術(shù)節(jié)能量、管理節(jié)能量求解示意圖；
[0050] 圖5是本發(fā)明一種動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】 [0化1]實(shí)施例1
[0052] 本發(fā)明將實(shí)時(shí)采集動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過(guò)核算方法精確計(jì)算整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中 的管理節(jié)能量、技術(shù)節(jié)能量。不僅可W針對(duì)單個(gè)電機(jī)系統(tǒng)，也能針對(duì)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的所有電 機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行核算。
[0053] 為了將節(jié)能量精確計(jì)算，通過(guò)大量的行業(yè)比對(duì)及分析，將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)劃分為 如下幾種裝置運(yùn)行模式，W便于精確有針對(duì)性的分析節(jié)能量及提出節(jié)能減排策略。
[0054] 1)運(yùn)行方式一:采用節(jié)能裝置，且節(jié)能裝置可W關(guān)閉(節(jié)能裝置不發(fā)生作用）；
[0055] 2)運(yùn)行方式二：沒(méi)有采用節(jié)能裝置，也沒(méi)有更換高效電動(dòng)機(jī)或高效設(shè)備（風(fēng)機(jī)、 累），僅通過(guò)調(diào)整(提高)負(fù)載率獲得節(jié)能量；
[0056] 3)運(yùn)行方式更換高效電動(dòng)機(jī)和高效風(fēng)機(jī)(或累），或采用不可關(guān)閉的節(jié)能設(shè)備；
[0057] 4)運(yùn)行方式四：既更換高效設(shè)備，又采用管理手段提高機(jī)組(系統(tǒng))運(yùn)行負(fù)載率；
[0058] 上述四種方式是最常見(jiàn)的電機(jī)實(shí)際運(yùn)行方式，只有詳細(xì)區(qū)分上述不同情況運(yùn)行的 電機(jī)系統(tǒng)，才能有效地精確計(jì)算節(jié)能量，進(jìn)而使用此節(jié)能量計(jì)算管理節(jié)能和技術(shù)節(jié)能。
[0059] 本發(fā)明的一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核算方法，主要設(shè)計(jì)構(gòu)思為:利用動(dòng)態(tài)電 機(jī)系統(tǒng)各設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)回歸動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)負(fù)載率-效率曲線，再利用效率與能耗之間 關(guān)系求解獲得改造前后技術(shù)節(jié)能量、管理節(jié)能量。
[0060] 下面結(jié)合圖1所示，具體說(shuō)明實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核算方法，包括如下步驟：
[0061] (I)W時(shí)間t為變量實(shí)時(shí)采集獲得電機(jī)系統(tǒng)各設(shè)備輸入功率及輸出功率數(shù)據(jù)信息， 計(jì)算得到各設(shè)備負(fù)載率e;
[0062] (2)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)計(jì)算得到的負(fù)載率0分析動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)工作類型；
[0063] (3)確定系統(tǒng)工作類型，分析未知數(shù)個(gè)數(shù)(電機(jī)系統(tǒng)中不同設(shè)備的個(gè)數(shù)），選取設(shè)備 典型負(fù)載情況確定采集周期進(jìn)行定向數(shù)據(jù)采集并計(jì)算得到各設(shè)備負(fù)載率和效率；
[0064] (4)在某個(gè)工作類型下，考慮各設(shè)備之間的影響求解各個(gè)設(shè)備效率表達(dá)式在某個(gè) 負(fù)載率條件下的變量關(guān)系；
[0065] (5)整合各個(gè)設(shè)備表達(dá)式組成效率表達(dá)式并求解；
[0066] (6)利用效率與能耗之間關(guān)系求解獲得改造前后技術(shù)節(jié)能量、管理節(jié)能量。
[0067] 上述步驟(2)中，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況將電機(jī)系統(tǒng)細(xì)分為8種情況，如圖2,分別為連 續(xù)工作方式、短時(shí)工作方式、斷續(xù)周期性工作方式、啟停斷續(xù)周期工作方式、連續(xù)周期工作 方式、長(zhǎng)周期連續(xù)工作方式、非周期連續(xù)工作方式或非周期斷續(xù)工作方式。
[0068] 其中根據(jù)測(cè)試時(shí)間劃分為基期測(cè)試值、報(bào)告期測(cè)試值(注:根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋可自 動(dòng)選擇生成時(shí)間段）。
[0069] 步驟（1)、步驟(3)采集數(shù)據(jù)如圖3所示，直接采集各設(shè)備輸入功率、輸出功率，圖3 中反映了整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)各個(gè)耗能部件(風(fēng)機(jī)/累系統(tǒng)為例）。數(shù)據(jù)采集返回后通過(guò)計(jì)算獲得 有負(fù)載率、效率、修正值。針對(duì)系統(tǒng)而言，本發(fā)明是將所有的采集數(shù)據(jù)及計(jì)算數(shù)據(jù)都在采集 運(yùn)個(gè)環(huán)節(jié)中完成，并通過(guò)儀表反饋到可視化設(shè)備上顯示;修正值是指對(duì)采集精度的調(diào)整值； 由于采集設(shè)備傳輸及計(jì)算過(guò)程導(dǎo)致時(shí)間滯后W及精度較低，在運(yùn)種情況下，會(huì)根據(jù)設(shè)備情 況，計(jì)入修正值，將傳輸?shù)娇梢暬O(shè)備上顯示的信息調(diào)整為實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)。注：圖3中僅為示意 圖，采集數(shù)據(jù)不僅限于下述數(shù)據(jù)。
[0070]另外，需要注意的是系統(tǒng)計(jì)算的邊界設(shè)定，電機(jī)系統(tǒng)包括電源，電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)、拖動(dòng) 設(shè)備等，其中可能包含多個(gè)機(jī)組、多個(gè)傳動(dòng)及多個(gè)拖動(dòng)設(shè)備，邊界設(shè)定就是指，測(cè)試輸入輸 出功率時(shí)只是針對(duì)系統(tǒng)的輸入及輸出，還有單一機(jī)組的輸入和輸出，而不能將多個(gè)機(jī)組同 時(shí)測(cè)試，運(yùn)樣在計(jì)算中不能體現(xiàn)出多個(gè)機(jī)組之間的相互影響，可能導(dǎo)致計(jì)算不精確。
[0071 ]目前計(jì)算過(guò)程中設(shè)置計(jì)算邊界條件為：
[0072]
[0073] 注:此外系統(tǒng)效率100%時(shí)，可W不加（直接用小于1的小數(shù)表示）。但需全系統(tǒng)統(tǒng) 一。系統(tǒng)效率與組件效率合計(jì)(各單體組件效率的乘積)形成的系統(tǒng)鏈比對(duì)，W確認(rèn)效率影 響環(huán)節(jié)或因素。
[0074] W時(shí)間t為變量:系統(tǒng)中有N個(gè)設(shè)備，每個(gè)設(shè)備的負(fù)載率為扣，其中i取值為1至N。每 臺(tái)設(shè)備通過(guò)測(cè)試返回?cái)?shù)據(jù)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)效率rU。上述值均為實(shí)時(shí)值，隨著時(shí)間在 變化而變化，計(jì)為ei(t)，化(t)。系統(tǒng)在計(jì)算中動(dòng)態(tài)選取不同的時(shí)間段作為計(jì)算周期表示為 Ti(t)。根據(jù)分析，0i(t)，ru(t)超過(guò)100%的數(shù)據(jù)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)在下面所述的監(jiān)控平臺(tái)上會(huì) 出現(xiàn)報(bào)警。整個(gè)系統(tǒng)的效率可用矩陣表示，為了求解矩陣需要在信息平臺(tái)輸入相應(yīng)要求。表 達(dá)式反映了電機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。表達(dá)式如下。
[0075]
[0076] 式中，riqi-w(t)表示在負(fù)載率扣下隨時(shí)間變化的設(shè)備qi的效率值，該值隨時(shí)間變化 而變化;fql-W表示在對(duì)應(yīng)的負(fù)載率扣條件下的實(shí)時(shí)效率曲線函數(shù)，由于考核企業(yè)級(jí)整體的 效率節(jié)能量，就需要考慮不同電機(jī)系統(tǒng)之間的相互影響，所W需要聯(lián)合考察N臺(tái)設(shè)備的影 響，本方法中影響程度的影響通過(guò)負(fù)載率e浪映。負(fù)載率e欄著時(shí)間變化而變化，此外，在同 一負(fù)載率條件下還受到不同設(shè)備qi的影響。注，其中i變化范圍為I-N表示N個(gè)電機(jī)設(shè)備；j變 化范圍為I-L表示返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)候?qū)?yīng)的L種工作類型的不同負(fù)載。目前動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)中分為 8種工作類型，分別在時(shí)域中對(duì)應(yīng)不同的負(fù)載變化情況。
[0077] W節(jié)能量E為變量:N個(gè)設(shè)備的效率及負(fù)載率均與輸入功率和輸出功率直接相關(guān)， 而輸入和輸出功率直接反應(yīng)到節(jié)能量上，該部分會(huì)有管理節(jié)能量Esys和技術(shù)節(jié)能量Etec產(chǎn) 生。通過(guò)上述產(chǎn)生的效率計(jì)算不同類型的輸入、輸出功率及相關(guān)主要變量將會(huì)獲得對(duì)應(yīng)的 節(jié)能量表達(dá)式。節(jié)能量可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)煤換算也可選擇通過(guò)其他方式表示。不同節(jié)能策略的提 出則是通過(guò)計(jì)算最優(yōu)化值得到。
[0078] 電機(jī)系統(tǒng)效率與輸入輸出功率的關(guān)系為：
[0079]
[0080] W累系統(tǒng)為例，功率與流量Qv、揚(yáng)程H等有關(guān)系，可將表達(dá)式改寫為：
[0081]
[0082] 其中，輸入功率Pin可換算為電費(fèi)或者標(biāo)準(zhǔn)煤用量，表達(dá)式可寫為：
[0083]
[0084] 上面W累系統(tǒng)舉例。通過(guò)采集到的輸入輸出功率計(jì)算到效率與相關(guān)數(shù)值之間的關(guān) 系，再通過(guò)換算求解節(jié)能量。
[0085] 通過(guò)上述方式求解ti時(shí)刻的能耗并預(yù)測(cè)同樣條件下運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)At時(shí)的節(jié)能量，管 理節(jié)能量Esys和技術(shù)節(jié)能量Ete。計(jì)算可通過(guò)圖4表示。
[0086] 通過(guò)圖4可見(jiàn)不同的改造策略可獲得不同的負(fù)載率和效率曲線，對(duì)應(yīng)的管理節(jié)能 量Esys和技術(shù)節(jié)能量Ete。不同。針對(duì)任一電機(jī)系統(tǒng)的單個(gè)設(shè)備時(shí)用下面的方式計(jì)算設(shè)備qi的 管理節(jié)能量和技術(shù)節(jié)能量。
[0089] 上式中，ti為初始計(jì)算節(jié)能量的時(shí)刻，A t為考核期長(zhǎng)度，Esys-qi和Etee-qi表示設(shè)備qi的系統(tǒng)管理節(jié)能量和技術(shù)節(jié)能量，符Gff表示時(shí)刻含有變量設(shè)備qi效率和負(fù)載率
[0087]
[008引 的系統(tǒng)管理節(jié)能量表達(dá)式和技術(shù)節(jié)能量表達(dá)式，該表達(dá)式通過(guò)實(shí)時(shí)反饋結(jié)果擬合生成（需 要通過(guò)上面的矩陣進(jìn)行計(jì)算化簡(jiǎn)后才能得到對(duì)應(yīng)的表達(dá)式，表達(dá)式通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)反饋 回的結(jié)果擬合得出，其中包含的變量包括效率及負(fù)載率），屯1表示設(shè)備qi的效率。當(dāng)ti取值 為0時(shí)表示電機(jī)系統(tǒng)為新建系統(tǒng)。
[0090] 上述圖4僅為舉例的一個(gè)機(jī)組曲線對(duì)應(yīng)的情況，整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)則是通過(guò)多個(gè)類似 的曲線計(jì)算出來(lái)求極限再求和得到。
[0091 ]計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能量時(shí)需要考察整個(gè)系統(tǒng)的：
[0092]
[0093]
[0094] 式中，Esys和Ete。表示企業(yè)級(jí)系統(tǒng)管理節(jié)能量和技術(shù)節(jié)能量，n表示系統(tǒng)效率，m-riN 表示設(shè)備1至設(shè)備N的效率及至N表示電機(jī)系統(tǒng)設(shè)備間傳動(dòng)效率;J表示設(shè)備個(gè)數(shù)，N表示 當(dāng)前電機(jī)系統(tǒng)中的設(shè)備總量;ti表示初始計(jì)算節(jié)能量的時(shí)刻，At表示考核期長(zhǎng)度;攝表示 在ti時(shí)刻對(duì)應(yīng)的負(fù)載率表達(dá)式；和駕馬表示ti時(shí)刻第J設(shè)備的系統(tǒng)管理節(jié)能量表達(dá)式和 技術(shù)節(jié)能量表達(dá)式，該表達(dá)式通過(guò)實(shí)時(shí)反饋結(jié)果擬合生成。通過(guò)積分和求極限后獲得設(shè)備 各個(gè)設(shè)備的節(jié)能量，通過(guò)求和獲得整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能量。
[0095] 獲得企業(yè)級(jí)系統(tǒng)節(jié)能量后利用壽命周期成本核算，求解壽命周期成本數(shù)值作為參 考，評(píng)價(jià)不同節(jié)能減排策略的優(yōu)劣。節(jié)能減排策略提出流程圖如圖1所示。
[0096] 實(shí)施例2
[0097] 本發(fā)明的動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，屬于基于智能網(wǎng)關(guān)及無(wú)線傳輸測(cè)試儀表開(kāi) 發(fā)的節(jié)能減排控制系統(tǒng)?；趯?shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)分析管理節(jié)能量及技術(shù)節(jié)能量，對(duì)技術(shù)、管理、 生產(chǎn)強(qiáng)度等提出最優(yōu)化節(jié)能減排控制策略，系統(tǒng)框架圖如圖5所示。圖5中將動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng) 分為生產(chǎn)線、設(shè)備層、智能儀表層、控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、智能網(wǎng)關(guān)、信息和監(jiān)控平臺(tái)。
[0098] 生產(chǎn)線指的是使用邊界劃分范圍內(nèi)的電機(jī)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)部分。
[0099] 設(shè)備層指的是在邊界劃分范圍內(nèi)的電機(jī)系統(tǒng)設(shè)及的設(shè)備，包括累、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)等 設(shè)備。同一電機(jī)系統(tǒng)內(nèi)可能包含多種不同類型的設(shè)備。
[0100] 智能儀表層用于采集設(shè)備層內(nèi)各個(gè)設(shè)備的輸入功率、輸出功率并計(jì)算實(shí)時(shí)電機(jī)系 統(tǒng)中不同設(shè)備負(fù)載率和效率。
[0101] 數(shù)據(jù)傳輸層用于傳輸采集的數(shù)據(jù)和計(jì)算得到的實(shí)時(shí)負(fù)載率、效率數(shù)據(jù)，該層為雙 向傳輸結(jié)構(gòu)，同時(shí)接收儀表層上傳的數(shù)據(jù)，也將智能網(wǎng)關(guān)發(fā)來(lái)的控制數(shù)據(jù)下傳給控制層。
[0102] 智能網(wǎng)關(guān)是一種多業(yè)務(wù)、多端口的網(wǎng)絡(luò)化控制網(wǎng)關(guān)，它用于數(shù)據(jù)在IP網(wǎng)絡(luò)/無(wú)線控 制協(xié)議實(shí)時(shí)傳輸，可W實(shí)現(xiàn)其管理的智能儀表層和控制層的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程發(fā)送控制信 號(hào)。
[0103] 信息和監(jiān)控平臺(tái)用于采集數(shù)據(jù)的分析并形成相應(yīng)的節(jié)能減排控制策略，并通過(guò)智 能網(wǎng)關(guān)、控制層對(duì)設(shè)備層進(jìn)行控制;還用于實(shí)時(shí)顯示，實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)。其中的信息 平臺(tái)部分具有實(shí)時(shí)處理返回?cái)?shù)據(jù)并用發(fā)明的算法計(jì)算管理節(jié)能和技術(shù)節(jié)能量，與返回的數(shù) 據(jù)同時(shí)反映到監(jiān)控平臺(tái)部分上。信息平臺(tái)部分還具有分析功能，能夠?qū)π袠I(yè)平均指標(biāo)及當(dāng) 前企業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)或設(shè)定的指標(biāo)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，發(fā)現(xiàn)超過(guò)基準(zhǔn)會(huì)在監(jiān)控平臺(tái)部分反映。 監(jiān)控平臺(tái)部分對(duì)電機(jī)系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)做實(shí)時(shí)顯示。通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)部分可對(duì)智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送控制 信息，調(diào)節(jié)電機(jī)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能減排策略，獲得相應(yīng)的節(jié)能量。
[0104] W上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，本 領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述掲示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡(jiǎn)單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā) 明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核算方法，其特征在于，利用動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)各設(shè)備實(shí) 時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)回歸動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)負(fù)載率-效率曲線，再利用效率與能耗之間關(guān)系求解獲得改 造前后技術(shù)節(jié)能量、管理節(jié)能量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核算方法，其特征在于，包括如下步 驟： (1) 以時(shí)間t為變量實(shí)時(shí)采集獲得電機(jī)系統(tǒng)各設(shè)備輸入功率及輸出功率數(shù)據(jù)信息，計(jì)算 得到各設(shè)備負(fù)載率β; (2) 根據(jù)采集的數(shù)據(jù)計(jì)算得到的負(fù)載率β分析動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)工作類型； (3) 確定系統(tǒng)工作類型，選取設(shè)備典型負(fù)載情況確定采集周期進(jìn)行定向數(shù)據(jù)采集并計(jì) 算得到各設(shè)備負(fù)載率和效率； (4) 在某個(gè)工作類型下，考慮各設(shè)備之間的影響求解各個(gè)設(shè)備效率表達(dá)式在某個(gè)負(fù)載 率條件下的變量關(guān)系； (5) 整合各個(gè)設(shè)備表達(dá)式組成效率表達(dá)式并求解； (6) 利用效率與能耗之間關(guān)系求解獲得改造前后技術(shù)節(jié)能量、管理節(jié)能量。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核算方法，其特征在于，所述工作類 型為:連續(xù)工作方式、短時(shí)工作方式、斷續(xù)周期性工作方式、啟停斷續(xù)周期工作方式、連續(xù)周 期工作方式、長(zhǎng)周期連續(xù)工作方式、非周期連續(xù)工作方式或非周期斷續(xù)工作方式。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核算方法，其特征在于，所述步 驟(5)中的效率表達(dá)式為：式中，nql-w(t)表示在負(fù)載率比下隨時(shí)間變化的設(shè)gqi的效率值，該值隨時(shí)間變化而變 化;fql-W表示在對(duì)應(yīng)的負(fù)載率比條件下的實(shí)時(shí)效率曲線函數(shù);其中i變化范圍為I-N表示N個(gè) 電機(jī)設(shè)備;j變化范圍為I-L表示返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)候?qū)?yīng)的L種工作類型的不同負(fù)載。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核算方法，其特征在于，所述步驟 (6)中的技術(shù)節(jié)能量、管理節(jié)能量，針對(duì)任一電機(jī)系統(tǒng)的單個(gè)設(shè)備時(shí)用下面的方式計(jì)算設(shè)備 qi的管理節(jié)能量和技術(shù)節(jié)能量：上式中，ti為初始計(jì)算節(jié)能量的時(shí)刻，△ t為考核期長(zhǎng)度，Esys-qjPEte。-<^表示設(shè)備qi的系 統(tǒng)管理節(jié)能量和技術(shù)節(jié)能』良示h時(shí)刻含有變量設(shè)備qi效率和負(fù)載率的系統(tǒng) 管理節(jié)能量表達(dá)式和技術(shù)節(jié)能量表達(dá)式，該表達(dá)式通過(guò)實(shí)時(shí)反饋結(jié)果擬合生成，nql表示設(shè) 備qi的效率;當(dāng)ti取值為O時(shí)表示電機(jī)系統(tǒng)為新建系統(tǒng)。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核算方法，其特征在于，所述步驟 (6)中的技術(shù)節(jié)能量、管理節(jié)能量，針對(duì)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的所有電機(jī)系統(tǒng)，用下面的方式計(jì)算：式中，Esys和Ete。表示企業(yè)級(jí)系統(tǒng)管理節(jié)能量和技術(shù)節(jié)能量，η表示系統(tǒng)效率，ni-nN表示 設(shè)備1至設(shè)備N的效率及!!、至^~表示電機(jī)系統(tǒng)設(shè)備間傳動(dòng)效率^表示設(shè)備個(gè)數(shù)"表示當(dāng)前 電機(jī)系統(tǒng)中的設(shè)備總量;ti表示初始計(jì)算節(jié)能量的時(shí)刻，Δ t表示考核期長(zhǎng)度;A表示在ti 時(shí)刻對(duì)應(yīng)的負(fù)載率表達(dá)式;和表示t時(shí)刻第J設(shè)備的系統(tǒng)管理節(jié)能量表達(dá)式和技術(shù) 節(jié)能量表達(dá)式，該表達(dá)式通過(guò)實(shí)時(shí)反饋結(jié)果擬合生成。7. 應(yīng)用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能量核算方法的監(jiān)控系統(tǒng)，其 特征在于，包括設(shè)備層、智能儀表層、控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、智能網(wǎng)關(guān)及信息和監(jiān)控平臺(tái)； 智能儀表層用于采集設(shè)備層內(nèi)各個(gè)設(shè)備的輸入功率、輸出功率并計(jì)算實(shí)時(shí)電機(jī)系統(tǒng)中 不同設(shè)備負(fù)載率、效率； 數(shù)據(jù)傳輸層用于傳輸采集的數(shù)據(jù)和計(jì)算得到的實(shí)時(shí)負(fù)載率、效率數(shù)據(jù)，為雙向傳輸結(jié) 構(gòu)，同時(shí)接收智能儀表層上傳的數(shù)據(jù)，發(fā)送給智能網(wǎng)關(guān)，也將智能網(wǎng)關(guān)發(fā)來(lái)的控制數(shù)據(jù)下傳 給控制層； 信息和監(jiān)控平臺(tái)用于將智能網(wǎng)關(guān)傳輸來(lái)的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并形成相應(yīng)的節(jié)能減排 控制策略，并通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)、控制層對(duì)設(shè)備層進(jìn)行控制;還用于實(shí)時(shí)顯示，實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)態(tài)電 機(jī)系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK106019946SQ201610590149
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月25日
【發(fā)明人】劉韌, 趙躍進(jìn), 丁晴
【申請(qǐng)人】中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究所