一种用于空压站的余功回收与无功补偿系统的制作方法

1.本发明涉及空压站技术领域，具体是一种用于空压站的余功回收与无功补偿系统。


背景技术：

2.空压站就是压缩空气站，由空气压缩机、储气罐(分为一级、二级储气罐)、空气处理净化设备、冷干机组成；空气压缩机是指将电能转化为空气动能的一种装置，用于各种需要提供加压空气的场景；
3.部分场景中空压站用电状况比较恶劣，供电不足，电压波动很大，功率因数尤其低，加装回收补偿设备是改善供电状况、提高电能利用率的有效措施；然而现有技术中，存在无法根据回收补偿设备的使用情况来反馈更改空压站的配置或对空压站内设备进行维修更新，从源头上提高空压站的功率因数，减少无用功，避免资源浪费的问题，为此，我们提出一种用于空压站的余功回收与无功补偿系统。


技术实现要素：

4.为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种用于空压站的余功回收与无功补偿系统，能够根据回收补偿模块的使用情况来反馈更改空压站的配置或对空压站内设备进行维修更新，从源头上提高空压站的功率因数，减少无用功，避免资源浪费。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种用于空压站的余功回收与无功补偿系统，包括数据分析模块、控制器、回收补偿模块以及预警分析模块；
7.所述数据分析模块用于对数据采集模块采集的空压站运行过程中的周期功率值进行分析，判断是否需要对空压站进行余功回收或无功补偿，其中，周期功率值是指对采集到的连续多个电压信号和电流信号的对应功率进行累加并求平均值所得到的值；
8.所述回收补偿模块用于接收功率异常信号后对空压站进行余功回收或无功补偿，调整空压站功率与电压或电流的比值，使功率与电压或电流相匹配，达到平衡点，并生成辅助处理记录存储至存储模块；
9.所述预警分析模块分别与存储模块、回收补偿模块相连接，用于对存储模块存储的带有时间戳的辅助处理记录进行预警分析，判断对应空压站的功率因数是否正常。
10.进一步地，所述数据分析模块的具体分析步骤为：
11.s1：数据分析模块按照空压站对应的采集间隔时长获取空压站的周期功率值，若周期功率值处于合法阈值范围外，则在数据分析模块中创建功率元素队列，继续采集周期功率值并将周期功率值存储入功率元素队列；
12.s2：若功率元素队列中的当前状态中的最后一个元素位于合法阈值范围内或功率元素队列的元素个数达到预设第一阈值，则对功率元素队列的中元素作进一步分析；
13.s3：在预设时间区间内，若处于合法阈值范围外的元素个数达到预设第二阈值或
达到预定比例时，判定此时空压站功率异常，生成功率异常信号；数据分析模块用于将功率异常信号经控制器传输至回收补偿模块。
14.进一步地，所述数据采集模块用于采集空压站运行的周期功率值并将采集的周期功率值传输至数据分析模块；所述数据采集模块包括多个电压电流互感器、多个放大器、多个耦合器、多路模拟开关、采样保持单元、a/d转换器和预处理单元；
15.每个电压电流互感器分别与对应的放大器连接，其中采用放大器对电压电流互感器采集的信号进行放大；所述放大器依次与耦合器、多路模拟开关、采样保持单元、a/d转换器、预处理单元相连接，所述预处理单元用于根据电压信号和电流信号计算得到空压站的周期功率值。
16.进一步地，所述回收补偿模块的具体步骤为：
17.将回收补偿模块的余功回收操作和无功补偿操作统一标记为辅助处理；
18.当接收到功率异常信号时，获取此时空压站的周期功率值，将此时的周期功率值与合法阈值范围相比较，得到功率差值；
19.根据功率差值对回收补偿模块的辅助处理进行等级评定；将回收补偿模块开始运行时刻与结束运行时刻进行时间差计算得到辅助处理时长；
20.所述回收补偿模块用于将辅助处理级别和辅助处理时长融合形成辅助处理记录并将辅助处理记录传输至控制器，所述控制器用于将辅助处理记录打上时间戳并传输至存储模块进行实时存储。
21.进一步地，所述辅助处理级别包括高级辅助处理、中级辅助处理和低级辅助处理。
22.进一步地，所述预警分析模块的具体分析方法为：
23.根据时间戳，获取到系统当前时间前一周内的辅助处理记录；
24.根据辅助处理记录统计得到对应空压站一周内的辅助处理频率以及各级别辅助处理的次数占比；按照辅助处理的级别将同一级别的辅助处理时长进行累加形成级别总时长；根据辅助处理频率、各级别辅助处理的次数占比以及对应的级别总时长对空压站的辅助系数进行评估；
25.将辅助系数与设定系数阈值相比较，若辅助系数≥设定系数阈值，则判定对应空压站的功率因数异常，生成预警信号。
26.进一步地，所述预警分析模块用于将预警信号传输到控制器，所述控制器接收到预警信号控制报警模块发出警报，并自动驱动显示模块显示“空压站功率因数问题严重，建议维护”，提示工作人员更改空压站的配置或对空压站内设备进行维修更新。
27.进一步地，所述控制器还电性连接有红外传感器和语音提示模块，红外传感器用于检测空压站预设范围内是否有人，当红外传感器检测到有人时，控制器会控制语音提示模块工作，向周围人播报离开提醒信息。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.1、本发明中数据分析模块用于对周期功率值进行分析，判断是否需要对空压站进行余功回收或无功补偿；通过数据分析模块与回收补偿模块的配合，及时对空压站进行余功回收或无功补偿，使功率与电压或电流相匹配，达到平衡点；确保空压站在额定电压或额定电流下工作，避免出现过载或空载现象，提高空压站的使用寿命和工作效率；同时本发明中数据分析模块按照空压站对应的采集间隔时长多次采样，能够防止采样点的不确定性引
起误判，并保证余功回收或无功补偿的可靠性；
30.2、本发明中回收补偿模块用于对空压站进行余功回收或无功补偿，根据空压站的周期功率值，对回收补偿模块的辅助处理进行等级评定，并将辅助处理级别和辅助处理时长融合形成辅助处理记录，预警分析模块用于对存储模块存储的带有时间戳的辅助处理记录进行预警分析，判断对应空压站的功率因数是否正常，能够根据回收补偿模块的使用情况来反馈更改空压站的配置或对空压站内设备进行维修更新，从源头上提高空压站的功率因数，减少无用功，避免资源浪费。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
32.图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
33.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
34.如图1所示，一种用于空压站的余功回收与无功补偿系统，包括数据采集模块、数据分析模块、控制器、回收补偿模块、存储模块、预警分析模块、报警模块以及显示模块；
35.数据采集模块用于采集空压站运行的周期功率值并将采集的周期功率值传输至数据分析模块；
36.数据采集模块包括多个电压电流互感器、多个放大器、多个耦合器、多路模拟开关、采样保持单元、a/d转换器和预处理单元；
37.电压电流互感器用于采集空压站通电后的电压信号和电流信号；每个电压电流互感器分别与对应的放大器连接，其中采用放大器对电压电流互感器采集的信号进行放大，提高分辨率；
38.由于数据采集模块与信号地之间有电位差，如果不进行隔离处理，就有可能形成接地回路，造成测量误差；
39.放大器连接耦合器，通过设置耦合器，避免数据采集模块和信号地直接电连接，使系统更加安全，避免电压信号和电流信号受地电位和输入模式的影响，提高测量精度；
40.耦合器连接多路模拟开关，多路模拟开关连接采样保持单元，采样保持单元连接a/d转换器，保证了经过a/d转换后的数字信号能够正确的反应原先的模拟信号，提高测量精度；
41.a/d转换器连接预处理单元，预处理单元用于根据电压信号和电流信号计算得到空压站的周期功率值，其中周期功率值是指对采集到的连续多个电压信号和电流信号的功率进行累加并求平均所得到的值。
42.数据分析模块用于接收空压站的周期功率值并对周期功率值进行分析，判断是否需要对空压站进行余功回收或无功补偿，具体分析步骤为：
43.s1：数据分析模块按照空压站对应的采集间隔时长获取空压站的周期功率值，若周期功率值处于合法阈值范围外，则在数据分析模块中创建功率元素队列，以便于继续采集周期功率值并将周期功率值存储入功率元素队列；
44.s2：若功率元素队列中的当前状态中的最后一个元素位于合法阈值范围内或功率元素队列的元素个数达到预设第一阈值，则对功率元素队列的中元素作进一步分析；
45.s3：获取功率元素队列中的元素，在预设时间区间内，若处于合法阈值范围外的元素个数达到预设第二阈值或者达到预定比例时，判定此时空压站功率异常，生成功率异常信号；
46.数据分析模块用于将功率异常信号经控制器传输至回收补偿模块，回收补偿模块用于接收异常信号后对空压站进行余功回收或无功补偿，调整空压站功率与电压或电流的比值，使功率与电压或电流相匹配，达到平衡点；
47.本发明通过数据分析模块和回收补偿模块及时对空压站进行余功回收或无功补偿，使功率与电压或电流相匹配，达到平衡点；确保空压站在额定电压或额定电流下工作，避免出现过载或空载现象，提高空压站的使用寿命和工作效率；同时本发明中数据分析模块按照空压站对应的采集间隔时长多次采样，能够防止采样点的不确定性引起误判，并保证余功回收或无功补偿的可靠性。
48.回收补偿模块的具体步骤为：
49.v1：将回收补偿模块的余功回收操作和无功补偿操作统一标记为辅助处理；当接收到功率异常信号后，回收补偿模块开始运行，将接收到功率异常信号的时刻标记为辅助处理开始时刻；
50.v2：当接收到功率异常信号时，获取此时空压站的周期功率值，将此时的周期功率值与合法阈值范围相比较，得到功率差值；
51.例如t1、t2分别为合法阈值范围的上下限，t1＞t2；若周期功率值＞t1，则功率差值＝周期功率值
‑
t1；若周期功率值＜t2，则功率差值＝t2
‑
周期功率值；其中若周期功率值＞t1，则回收补偿模块对空压站进行余功回收操作；若周期功率值＜t2，则回收补偿模块对空压站进行无功补偿操作；其中t1、t2均为预设值；
52.v3：根据功率差值对回收补偿模块的辅助处理进行等级评定；设置等级阈值为y1、y2；其中y1＞y2，y1、y2均为预设值；
53.当功率差值≥y1时，则将此时进行的辅助处理级别标记为高级辅助处理；
54.当y2≤功率差值＜y1时，则将此时进行的辅助处理级别标记为中级辅助处理；
55.当功率差值＜y2时，则将此时进行的辅助处理级别标记为低级辅助处理；
56.v4：继续关注周期功率值，当周期功率值处于合法阈值范围内且周期功率值处于合法阈值范围内的持续时长超过预设时长时，回收补偿模块结束运行，将回收补偿模块结束运行的时刻标记为辅助处理结束时刻；
57.将辅助处理结束时刻与辅助处理开始时刻进行时间差计算得到辅助处理时长；
58.回收补偿模块用于将辅助处理级别和辅助处理时长融合形成辅助处理记录并将辅助处理记录传输至控制器，控制器用于将辅助处理记录打上时间戳并传输至存储模块进
行实时存储。
59.预警分析模块用于对存储模块存储的带有时间戳的辅助处理记录进行预警分析，判断对应空压站的功率因数是否正常；其中，功率因数是指交流电路有功功率对视在功率的比值；具体分析方法为：
60.根据时间戳，获取到系统当前时间前一周内的辅助处理记录；
61.根据辅助处理记录统计得到对应空压站一周内的辅助处理频率以及高级辅助处理、中级辅助处理、低级辅助处理的次数占比；按照辅助处理的等级将同一级别的辅助处理时长进行累加形成级别总时长；
62.根据辅助处理频率、各级别辅助处理的次数占比以及对应的级别总时长对空压站的辅助系数进行评估；具体为：
63.将对应空压站一周内的辅助处理频率标记为p1，将高级辅助处理、中级辅助处理、低级辅助处理的次数占比依次标记为zb1、zb2、zb3；
64.将对应高级辅助处理、中级辅助处理、低级辅助处理的级别总时长依次标记为g1、g2、g3；
65.利用公式f1＝zb1
×
a1 g1
×
a2计算得到高级影响值f1，其中a1、a2均为系数因子；利用公式f2＝zb2
×
a3 g2
×
a4计算得到中级影响值f2，其中a3、a4均为系数因子；利用公式f3＝zb3
×
a5 g3
×
a6计算得到低级影响值f3，其中a5、a6均为系数因子；
66.将辅助处理频率、高级影响值、中级影响值和低级影响值进行归一化处理并取其数值；
67.利用公式fz＝p1
×
b1 f1
×
b2 f2
×
b3 f3
×
b4计算得到对应空压站的辅助系数fz，其中b1、b2、b3、b4均为系数因子；
68.将辅助系数fz与设定系数阈值相比较，若fz≥设定系数阈值，则生成预警信号，预警分析模块用于将预警信号传输到控制器，控制器接收到预警信号控制报警模块发出警报，并自动驱动显示模块显示“空压站功率因数问题严重，建议维护”，提示工作人员更改空压站的配置或对空压站内设备进行维修更新，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境，从源头上提高空压站的率因数，减少无用功，避免资源浪费。
69.控制器还电性连接有红外传感器和语音提示模块，红外传感器用于检测空压站预设范围内是否有人，当红外传感器检测到有人时，控制器会控制语音提示模块工作，向周围人播报离开提醒信息，提高人员安全。
70.上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
71.本发明的工作原理：
72.一种用于空压站的余功回收与无功补偿系统，在工作时，数据采集模块用于采集空压站运行的周期功率值，数据分析模块用于对周期功率值进行分析，判断是否需要对空压站进行余功回收或无功补偿；按照空压站对应的采集间隔时长获取空压站的周期功率值，若周期功率值处于合法阈值范围外，则创建功率元素队列，在预设时间区间内，若处于合法阈值范围外的元素个数达到预设第二阈值或者达到预定比例时，则判定此时空压站功率异常，生成功率异常信号，回收补偿模块接收异常信号后对空压站进行余功回收或无功
补偿，调整空压站功率与电压或电流的比值，使功率与电压或电流相匹配，达到平衡点，能够避免出现过载或空载现象，提高空压站的使用寿命和工作效率；同时本发明中数据分析模块按照空压站对应的采集间隔时长多次采样，能够防止采样点的不确定性引起误判，并保证余功回收或无功补偿的可靠性；
73.回收补偿模块用于对空压站进行余功回收或无功补偿，根据空压站的周期功率值，对回收补偿模块的辅助处理进行等级评定，并将辅助处理级别和辅助处理时长融合形成辅助处理记录；预警分析模块用于对存储模块存储的带有时间戳的辅助处理记录进行预警分析，判断对应空压站的功率因数是否正常，根据辅助处理频率、各级别辅助处理的次数占比以及对应的级别总时长对空压站的辅助系数进行评估，若辅助系数≥设定系数阈值，则生成预警信号，提示工作人员更改空压站的配置或对空压站内设备进行维修更新，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境，从源头上提高空压站的率因数，减少无用功，避免资源浪费。
74.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
75.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。