一种基于经济运行诊断分析的智能优化节能系统的制作方法

1.本发明涉及节能优化系统的技术领域，更具体地说是涉及用于提升电机变压器运行经济性的节能优化系统的技术领域。


背景技术：

2.各类工矿企业中，有大量的电机和变压器，在企业的发展过程中，生产工艺、产品、计划等都会随时间的变化而改变，电机和变压器的实际运行参数也会发生改变，电机变压器运行的经济性与实际运行参数紧密相关，为使电机变压器处于最佳运行状态，降低能耗，需要根据实际运行参数进行调整，而实际中，因电机变压器数量多，电机变压器的参数调整需参考的实际运行数据量大，进行人工的测量和计算工作量大，而且需要专门的专业人才，生产企业难于实现。随着能源监测系统中、能源管理系统、节能系统在企业的推广应用，完善了企业日常节能管理工作，提高了企业的能源使用效率和节能技术，系统获取了大量的数据，解决了电机变压器的运行数据获取问题，但在目前的各种能源监测管理系统中，对于企业的电机、变压器耗能设备，仅进行能耗数据的采集、统计，分析电机和变压器的总能耗和所在工序、区域之间的能耗关系，而无法对变压器和电机的经济运行特征分析，对运行方式给出改进建议。


技术实现要素：

3.本发明提出一种基于经济运行诊断分析的智能优化节能系统，解决了现有技术中的各种能源监测管理系统无法对电机和变压器的经济运行特征进行分析，对运行方式给出改进建议的问题。
4.本发明的技术方案是这样实现的：
5.一种基于经济运行诊断分析的智能优化节能系统，包括数据采集与存储模块、经济运行在线分析模块，
6.所述数据采集与存储模块用于采集和存储用电设备的实时运行数据、基本参数数据和历史运行数据，
7.所述经济运行在线分析模块根据用电设备的实时运行数据、基本参数数据和历史运行数据建立特征分析模型，通过特征分析模型得到用电设备的经济运行状态，并生成节能建议。
8.进一步地，所述用电设备包括电机，所述特征分析模型包括电机负荷特征分析模型、电机能耗特征分析模型和电机效率分析模型。
9.进一步地，所述用电设备包括变压器，所述特征分析模型包括变压器负荷特征分析模型、变压器输送电能特征分析模型和变压器损耗分析模型。
10.进一步地，所述电机负荷特征分析模型通过仪表获取电机的实时有功功率p，根据实时有功功率p得到电机的实时负载率β＝p/pn，其中pn为电机的额定功率，建立电机的实时负载率-时间即β-t曲线特征模型；
11.所述电机能耗特征分析模型根据电机的额定参数，得到电机的比较空载损耗
12.δp0＝30％*0.2*pn/pfav
13.其中，pn为电机的额定功率，pf
av
为电机的额定功率因数，
14.根据电机的额定参数，得到电机的额定负载损耗
[0015][0016]
其中，ηn为电机的额定效率，
[0017]
根据电机实时负载率、比较空载损耗和额定负载损耗，得到电机的实时损耗
[0018]
δp＝δp0 β2(δp
n-δp0)
[0019]
建立电机的实时损耗-时间即δp-t曲线特征模型；
[0020]
所述电机效率分析模型根据电机的实时损耗-时间曲线特征模型，并根据以下公式
[0021][0022]
得到电机的实时效率η，建立电机的实时效率-时间即η-t曲线特征模型；
[0023]
根据电机的实时效率η判定电机的经济运行状态：
[0024]
若η≥ηn，则电机处于最佳经济运行区间；
[0025]
若ηn＞η≥0.6ηn，则电机处于经济运行区间；
[0026]
若0＜η＜0.6ηn，则电机处于非经济运行区间；
[0027]
根据电机的实时负载率-时间曲线特征模型、实时损耗-时间曲线特征模型和实时效率-时间曲线特征模型，生成电机节能建议。
[0028]
进一步地，所述变压器负荷特征分析模型通过仪表获取变压器的实时视在功率s，得到变压器的实时负载率β＝s/sn，sn为变压器的额定容量，建立变压器的实时负载率-时间即β-t曲线特征模型，
[0029]
根据变压器的额定参数以及变压器的运行特征，计算得到变压器的最佳负载率
[0030][0031]
其中，k
τ
为变压器的负载波动损耗系数，取值1.05，
[0032]
p
0z
为变压器综合功率空载损耗，计算公式p
0z
＝p0 kqq0，式中p0为空载损耗，kq为无功经济当量，取值0.04，q0为变压器空载励磁功率，计算公式q0＝i0％sn×
0.01，式中i0％为变压器空载电流百分数，
[0033]
p
kz
为变压器综合功率额定负载功率损耗，计算公式p
kz
＝pk kqqk，式中pk为额定负载损耗，kq为无功经济当量，取值0.04，qk为变压器额定负载漏磁功率，计算公式qk＝uk％sn×
0.01，式中uk％为短路电压百分比；
[0034]
所述变压器输送电能特征分析模型通过仪表获取变压器的有功功率、无功功率、功率因数，建立变压器的实时有功功率、无功功率、功率因数曲线特征模型，
[0035]
通过仪表获取变压器的有功电量、无功电量，建立变压器的实时有功电量、无功电量曲线特征模型；
[0036]
所述变压器损耗分析模型根据变压器的实时负载率-时间曲线特征模型，并根据以下公式
[0037]
δp＝p0 β2pn[0038]
得到变压器的实时损耗，建立变压器的实时损耗-时间即δp-t曲线特征模型；
[0039]
根据变压器的实时负载率β判定变压器的经济运行状态：
[0040]
若则变压器处在最佳经济运行区间；
[0041]
若1≥β＞0.75或者则变压器处在经济运行区间；
[0042]
若则变压器处在非经济运行区间；
[0043]
根据变压器的实时负载率-时间曲线特征模型，变压器的实时有功功率、无功功率、功率因数曲线特征模型，变压器的实时有功电量、无功电量曲线特征模型，变压器的实时损耗-时间曲线特征模型，生成变压器节能建议。
[0044]
进一步地，还包括电机离线经济运行分析模块，所述电机离线经济运行分析模块根据用户所选的分析时间段，获取系统中存储的该时段内电机的所有历史运行数据，通过电机负荷特征分析模型、电机能耗特征分析模型和电机效率分析模型判定电机的经济运行状态，提示在该运行时段内处于非经济运行的具体时间段，并生成电机节能建议。
[0045]
进一步地，还包括变压器离线经济运行分析模块，所述变压器离线经济运行分析模块根据用户所选的分析时间段，获取系统中存储的该时段内变压器的所有历史运行数据，通过变压器负荷特征分析模型、变压器输送电能特征分析模型和变压器损耗分析模型判定变压器的经济运行状态，提示在该运行时段内处于非经济运行的具体时间段，并生成变压器节能建议。
[0046]
进一步地，还包括变压器单并列运行分析模块，所述变压器单并列运行分析模块在用户选择分析的变压器后，读取变压器历史运行数据，如果变压器当前处于单列运行，则模拟得到变压器在并列运行时各时段的运行数据，如果变压器当前处于并列运行，则模拟得到变压器各自单独运行时各时段的运行数据，比较实际运行数据和模拟数据，得到变压器在实际和模拟状态两种方式下的损耗差异，给出变压器并列运行方式切换建议。
[0047]
进一步地，所述电机节能建议包括更换电机型号和容量、增加电机变频调速装置、增加电机降压节电器、增加无功补偿装置。
[0048]
进一步地，所述变压器节能建议包括调整变压器容量、调整变压器功率因数、调整变压器的不同时段负荷大小、改变变压器分接头、增加无功补偿装置。
[0049]
本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：
[0050]
(1)本发明的基于经济运行诊断分析的智能优化节能系统利用数据采集与存储模块采集和存储的用电设备的实时运行数据、基本参数数据和历史运行数据，建立电机负荷特征分析模型、电机能耗特征分析模型、电机效率分析模型，以及变压器负荷特征分析模型、变压器输送电能特征分析模型和变压器损耗分析模型，对电机和变压器进行经济运行诊断，发现电机和变压器本身的运行经济性问题，并生成诊断结论和提出节能改进方案，从而扩展了节能系统的节能技术，增加了新的节能点，提升了节能效果。
[0051]
(2)本发明采用大量的历史数据，运用大数据算法，自动对所监测的所有电机和变
压器进行经济运行状态诊断，直接生成节能建议和方案，既解决了企业电机变压器数量多，计算量大，运行数据测量工作量大的问题，同时无需专业人员，解决了企业中无专业人员的问题。
[0052]
(3)本发明既包括经济运行在线分析模块，同时包括经济运行离线分析模块，经济运行在线分析模块进行实时监测，对重点设备进行实时监控，及时生成诊断结论和节能建议方案。经济运行离线分析模块提供分析工具，可逐一对关注的电机和变压器的历史数据进行分析，得到诊断结论和节能建议方案，为企业进行节能改进提供数据和方案参考。
附图说明
[0053]
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。
[0054]
图1为本发明的结构框图；
[0055]
图2为电机在线经济运行分析模块的结构框图；
[0056]
图3为变压器在线经济运行分析模块的结构框图。
具体实施方式
[0057]
下面将结合本发明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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0058]
参照图1，一种基于经济运行诊断分析的智能优化节能系统，包括数据采集与存储模块、经济运行在线分析模块和经济运行离线分析模块，
[0059]
所述数据采集与存储模块用于采集和存储用电设备的实时运行数据、基本参数数据和历史运行数据，按不同的时间间隔按时序存储，分别保存到实时数据库、设备参数配置表和历史数据库中，供经济运行在线分析模块和经济运行离线分析模块调用。
[0060]
所述经济运行在线分析模块根据用电设备的实时运行数据、基本参数数据和历史运行数据建立特征分析模型，通过特征分析模型得到用电设备的经济运行状态，并生成节能建议。
[0061]
参照图2，所述用电设备包括电机，即经济运行在线分析模块包括电机在线经济运行分析模块，所述特征分析模型包括电机负荷特征分析模型、电机能耗特征分析模型和电机效率分析模型。
[0062]
电机在线经济运行分析模块针对设置为在线分析的电机，按设定的时间间隔，从电机实时数据库中获取电机的电流、电压、有功功率、无功功率、有功电量、无功电量等数据，从电机参数配置表中获取电机额定功率、额定效率、额定功率因数等数据，从电机历史数据库中获取电机的有功功率、无功功率、有功电量、无功电量等历史数据，建立电机负荷特征分析模型、电机能耗特征分析模型和电机效率分析模型。
[0063]
所述电机负荷特征分析模型通过仪表获取电机的实时有功功率p，根据实时有功
功率p得到电机的实时负载率β＝p/pn，其中pn为电机的额定功率，建立电机的实时负载率-时间即β-t曲线特征模型；
[0064]
所述电机能耗特征分析模型根据电机的额定参数，得到电机的比较空载损耗
[0065]
δp0＝30％*0.2*pn/pfav
[0066]
其中，pn为电机的额定功率，pf
av
为电机的额定功率因数，
[0067]
根据电机的额定参数，得到电机的额定负载损耗
[0068][0069]
其中，ηn为电机的额定效率，
[0070]
根据电机实时负载率、比较空载损耗和额定负载损耗，得到电机的实时损耗
[0071]
δp＝δp0 β2(δp
n-δp0)
[0072]
建立电机的实时损耗-时间即δp-t曲线特征模型；
[0073]
所述电机效率分析模型根据电机的实时损耗-时间曲线特征模型，并根据以下公式
[0074][0075]
得到电机的实时效率η，建立电机的实时效率-时间即η-t曲线特征模型；
[0076]
根据电机的实时效率η判定电机的经济运行状态：
[0077]
若η≥ηn，则电机处于最佳经济运行区间；
[0078]
若ηn＞η≥0.6ηn，则电机处于经济运行区间；
[0079]
若0＜η＜0.6ηn，则电机处于非经济运行区间；
[0080]
按历史特征和最近一天电机经济运行特征的结果进行诊断，进行非经济运行判断及报警，得到当前电机运行是否经济的结论，不经济时自动生成报警，同时，根据电机的实时负载率-时间曲线特征模型、实时损耗-时间曲线特征模型和实时效率-时间曲线特征模型，生成电机节能建议和方案。所述电机节能建议和方案包括更换电机型号和容量、增加电机变频调速装置、增加电机降压节电器和增加无功补偿装置等。
[0081]
参照图3，所述用电设备包括变压器，即经济运行在线分析模块包括变压器在线经济运行分析模块，所述特征分析模型包括变压器负荷特征分析模型、变压器输送电能特征分析模型和变压器损耗分析模型。
[0082]
变压器在线经济运行分析模块针对设置为在线分析的变压器，按设定的时间间隔，从变压器实时数据库中获取变压器的电流、电压、有功功率、无功功率、有功电量、无功电量、功率因数等数据，从变压器参数配置表中获取变压器额定容量、空载损耗、负载损耗、空载电流百分比、阻抗电压百分比等数据，从变压器历史数据库中获取变压器有功功率、无功功率、有功电量、无功电量等历史数据，建立变压器负荷特征分析模型、变压器输送电能特征分析模型和变压器损耗分析模型。
[0083]
所述变压器负荷特征分析模型通过仪表获取变压器的实时视在功率s，得到变压器的实时负载率β＝s/sn，sn为变压器的额定容量，建立变压器的实时负载率-时间即β-t曲线特征模型，
[0084]
根据变压器的额定参数以及变压器的运行特征，计算得到变压器的最佳负载率
[0085][0086]
其中，k
τ
为变压器的负载波动损耗系数，取值1.05，
[0087]
p
0z
为变压器综合功率空载损耗，计算公式p
0z
＝p0 kqq0，式中p0为空载损耗，kq为无功经济当量，取值0.04，q0为变压器空载励磁功率，计算公式q0＝i0％sn×
0.01，式中i0％为变压器空载电流百分数，
[0088]
p
kz
为变压器综合功率额定负载功率损耗，计算公式p
kz
＝pk kqqk，式中pk为额定负载损耗，kq为无功经济当量，取值0.04，qk为变压器额定负载漏磁功率，计算公式qk＝uk％sn×
0.01，式中uk％为短路电压百分比；
[0089]
所述变压器输送电能特征分析模型通过仪表获取变压器的有功功率、无功功率、功率因数，建立变压器的实时有功功率、无功功率、功率因数曲线特征模型，
[0090]
通过仪表获取变压器的有功电量、无功电量，建立变压器的实时有功电量、无功电量曲线特征模型；
[0091]
所述变压器损耗分析模型根据变压器的实时负载率-时间曲线特征模型，并根据以下公式
[0092]
δp＝p0 β2pn[0093]
得到变压器的实时损耗，建立变压器的实时损耗-时间即δp-t曲线特征模型；
[0094]
根据变压器的实时负载率β判定变压器的经济运行状态：
[0095]
若则变压器处在最佳经济运行区间；
[0096]
若1≥β＞0.75或者则变压器处在经济运行区间；
[0097]
若则变压器处在非经济运行区间；
[0098]
按历史特征和最近一天变压器经济运行特征的结果进行诊断，进行非经济运行判断及报警，得到当前变压器运行是否经济的结论，不经济时自动生成报警，同时，根据变压器的实时负载率-时间曲线特征模型，变压器的实时有功功率、无功功率、功率因数曲线特征模型，变压器的实时有功电量、无功电量曲线特征模型，变压器的实时损耗-时间曲线特征模型，生成变压器节能建议和方案。所述变压器节能建议和方案包括调整变压器容量、调整变压器功率因数、调整变压器的不同时段负荷大小、改变变压器分接头和增加无功补偿装置等。
[0099]
所述经济运行离线分析模块包括电机离线经济运行分析模块、变压器离线经济运行分析模块和变压器单并列运行分析模块。
[0100]
所述电机离线经济运行分析模块根据用户所选的分析时间段，获取系统中存储的该时段内电机的所有历史运行数据，通过电机负荷特征分析模型、电机能耗特征分析模型和电机效率分析模型判定电机的经济运行状态，提示在该运行时段内处于非经济运行的具体时间段，并生成电机节能建议。
[0101]
所述变压器离线经济运行分析模块根据用户所选的分析时间段，获取系统中存储的该时段内变压器的所有历史运行数据，通过变压器负荷特征分析模型、变压器输送电能特征分析模型和变压器损耗分析模型判定变压器的经济运行状态，提示在该运行时段内处
于非经济运行的具体时间段，并生成变压器节能建议。
[0102]
所述变压器单并列运行分析模块在用户选择分析的变压器后，读取变压器历史运行数据，如果变压器当前处于单列运行，则模拟得到变压器在并列运行时各时段的运行数据，如果变压器当前处于并列运行，则模拟得到变压器各自单独运行时各时段的运行数据，比较实际运行数据和模拟数据，得到变压器在实际和模拟状态两种方式下的损耗差异，给出变压器并列运行方式切换建议。
[0103]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。