CN102467129B - 一种照明灯节能计量监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种照明灯节能计量监控系统，现有技术中一般仅根据用电量的增加或减少来确定节能情况，但由于导致用电量变化的因素很多，包括开灯时间长短变化、灯管能耗变化等，仅通过用电量无法明确体现节能产品实际带来节能量和能耗实际产生的原因。本发明通过引入灯时量，可以从整体上将照明灯的使用时间量化，通过监控灯时量可以确定用电量的变化是由于开灯时长变化引起的，或是由于灯管能耗变化引起的，从而无需实地考察即能对监控区域的电能耗和照明灯使用情况进行监测和管控，将照明灯的整体使用时间量化，将节能产品带来的节能量与照明时间变化产生的能耗分离，明确节能量和能耗产生原因。

Description

一种照明灯节能计量监控系统

技术领域

本发明涉及一种监控技术，尤其涉及一种照明节能计量监控技术。

背景技术

世界能源需求不断攀升，自然资源日益枯竭，对能源供应商和企业都提出了新的挑战，尽可能以高效和可持续的方式来使用能源成为了当务之急。有的企业可以靠自己的实力来实现节能减排的目的，然而许多企业因为开展节能项目缺乏资金、技术、人员、管理经验等问题，节能的积极性不是很高。在这种情况下，一种新型的市场化节能机制——“合同能源管理”应运而生。概括地说，合同能源管理模式是节能服务公司通过与客户签订节能服务合同，为客户提供包括：能源审计、项目设计、项目融资、设备采购、工程施工、设备安装调试、人员培训、节能量确认和保证等一整套的节能服务，并从客户进行节能改造后获得的节能效益中收回投资和取得利润的一种商业运作模式。

大型连锁经营企业（包括电器卖场、大型超市、连锁商场等等）需要大量的照明设备长期照明，其能耗非常庞大。因此，对于这类企业，提高其照明系统的能源利用率，是其实现节能减排的关键。

本发明的发明人发现，现有的节能减排技术，只能明确应用节能灯后的总的节电量，而没有明确影响节能效果的因素，以及将各个因素的影响量化，从而可能出现企业虽然采用了节能产品，起到一定节能效果，但是会无意识的延长了照明时间，从而使能耗相对增高。现有技术无法帮助企业找到能耗变化的具体原因，也缺乏对企业节能系统进行实时的监控和调控，从而企业不能有针对性地采取节能措施，以达到更好的节能效果，而且管理难度和管理成本也相应的增加了。

而对于许多提供“照明合同能源管理”的企业，其收益经常与受管理的连锁经营企业的节能量绑定，即与节能产品所带来的节能量相绑定，而企业延长用电时间造成的能耗浪费不算入其中。因此这些提供“照明合同能源管理”的公司需要精确计算受管理企业的节能量，明确能耗变化的具体原因，以确定其收益，现有的节能减排技术只能明确应用节能灯后的总的节电量，无法满足这部分企业的需求。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种照明灯节能计量监控系统，使得监控区域的电能耗得到实时的监测和管控，并且能够将照明灯的整体使用时间量化，将节能产品带来的节能量与照明时间变化产生的能耗分离，帮助企业分析能耗产生的原因及其合理性，明确节能效果、选择最优的节能模式。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种照明灯节能计量监控系统，在监控区域各个营业场所的每个楼层设置至少一个监控群，每个监控群包含一电能表；

电能表实时读取监控群中照明灯的电能数据，电能数据至少包括用电量和电功率，并将所读取的电能数据上报到能量监控网关；

每个营业场所中设置一个能量监控网关，接收并存储该监控区域中各电能表传输的实时电能数据，根据监控区域实时的总电功率确定该监控区域在当前时间段内的灯时量，灯时量由实时总电功率除以标准数量照明灯总功率乘以时间长度得到，将实时电能数据和当前时间段的灯时量汇总后通过网络定期上报到控制中心；

每个监控区域对应一个控制中心，控制中心中保存该监控区域的标准灯时量，标准灯时量由该监控区域在一固定期限内的标准用电量除以标准数量照明灯总功率得到，控制中心接收并存储能量监控网关传输的实时电能数据和各时间段的灯时量，汇总各个时间段的灯时量，得到监控区域在该固定期限内的实际灯时量，根据固定期限内的用电量、和实际灯时量与标准灯时量的差值，确定节能量和能耗产生原因。

作为上述技术方案的改进，每个监控群还可以包含一输入输出I/O通信模块；

I/O通信模块与该监控群中各照明灯电路的开关相连，实时获取照明灯开关状态，并将照明灯开关状态信息上报到能量监控网关；

能量监控网关还用于接收并存储该营业场所中各I/O通信模块传输的开关状态信息，汇总后通过网络定期上报到控制中心；

控制中心还用于根据收到的电能数据和开关状态信息对管辖范围内的照明灯进行监测和管控。

作为上述技术方案的改进，每个监控群包含至少两路电路，各监控群的I/O通信模块分别连接本群中各路电路；

每路电路上连接一组照明灯，并与一交流接触器连接，由该交流接触器控制该路电路的接通和断开；

在每个交流接触器与I/O通信模块之间连接两个继电器，I/O通信模块通过各交流接触器连接的两个继电器分别控制该交流接触器的接通和断开。

作为上述技术方案的改进，控制中心在能量监控网关预设置各监控群的用电权限，包括各监控群中每路电路的接通和断开时间段；能量监控网关按照所设置的各监控群的用电权限，在指定时间向对应的I/O通信模块发送指令，打开或关闭对应监控群中相应电路的交流接触器；或者

控制中心根据调控需求，向能量监控网关发送实时指令，控制该能量监控网关辖下各监控群中任意电路的接通和断开。

作为上述技术方案的改进，控制中心还可以用于计算在固定期限内实际灯时量与标准灯时量的差值，在差值大于预定值、且该固定期限内监控区域照明灯开关状态正常时，生成故障记录，根据故障记录评估管辖范围内照明灯损耗情况和使用寿命。

作为上述技术方案的改进，每个监控群还可以包含一状态管理模块，该状态管理模块预先统计本监控群中各路电路上照明灯正常工作时、各路电路的功率，以及各路电路上不同数量照明灯发生故障时、该路电路的功率；

状态管理模块定期对各路电路的功率进行检测，并与预先统计的功率值进行比较，确定各路电路上各照明灯的工作状态，在确定电路上照明灯故障时，发出告警提示，并生成故障记录；

I/O通信模块将故障记录发送到所属能量监控网关，由能量监控网关对故障记录进行上报。

作为上述技术方案的改进，控制中心还可以包含：

报表生成模块，用于将监控区域的用电量、和/或灯时量、和/或故障记录、和/或照明灯损耗情况生成报表；

搜索模块，根据需求搜索指定区域中监控组的用电量、和/或灯时量、和/或故障记录、和/或照明灯损耗情况。

作为上述技术方案的改进，各I/O通信模块、电能表与能量监控网关之间通过内网连接；能量监控网关与控制中心之间通过公共网络连接。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：设置一能量监控网关，接收并存储该监控区域中各电能表传输的实时电能数据（包括用电量、电功率等），根据监控区域实时的总电功率确定该监控区域在当前时间段内的灯时量，当前时间段灯时量=实时总电功率/标准数量照明灯总功率×时间长度，将实时电能数据和当前时间段的灯时量汇总后通过网络定期上报到控制中心；控制中心中保存该监控区域的标准灯时量，标准灯时量=该监控区域在一固定期限内的标准用电量/标准数量照明灯总功率，控制中心接收并存储该能量监控网关传输的实时电能数据和各时间段的灯时量，汇总各个时间段的灯时量，得到该监控区域在该固定期限内的实际灯时量，根据固定期限内的用电量、和实际灯时量与标准灯时量的差值，确定节能产品带来的节能量和能耗实际分布情况。现有技术中一般仅根据用电量的增加或减少来确定节能情况，但由于导致用电量变化的因素很多，包括开灯时间长短变化、灯管能耗变化等，仅通过用电量无法明确体现节能产品实际带来节能量和能耗实际产生的原因，还需要根据实际开灯时间来综合确定，而一个监控区域通常包括众多照明灯，其能耗各不相同，无法一一统计其使用时间。通过引入灯时量，可以从整体上将照明灯的使用时间量化，通过监控灯时量可以确定用电量的变化是由于开灯时长变化引起的，或是由于灯管能耗变化引起的，如在灯时量不变的情况下，可以通过用电量体现节能量，同等灯时量下，用电量越小，灯管节能效果越好；如果灯时量发生变化，则可以通过其发现原因，是由于人为使用时间发生变化导致灯时量变化，或因为灯管故障等原因导致灯时量变化，从而无需实地考察即能对监控区域的电能耗和照明灯使用情况进行监测和管控，将照明灯的整体使用时间量化，将节能产品带来的节能量与照明时间变化产生的能耗分离，明确节能量和能耗产生原因，帮助企业明确节能效果，从而可以选择最优的节能模式。对于实行“合同能源管理”的服务公司，灯时量还可以作为其计费的一个基础，如果实际灯时量超过标准灯时量，超出的部分可以另行约定收费标准，从而保证自身的利益，更好地为企业提供节能服务。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明一较佳实施方式的连锁经营企业远程照明灯计量监控系统结构图；

图2是本发明一较佳实施方式中一个监控群中各器件的连接示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明一较佳实施方式涉及一种照明灯节能计量监控系统。本实施方式以连锁经营企业为例进行说明，如图1所示，在连锁经营企业营业场所的每个楼层设置一个或多个监控群（可以由楼层大小决定），每个监控群包含一电能表、一输入输出I/O通信模块。在每个营业场所中设置一个能量监控网关，各电能表、I/O通信模块与所在营业场所中的能量监控网关相连。本实施方式的节能计量监控系统中包含一个远程的控制中心，各营业场所的能量监控网关通过网络与该控制中心相连。

其中，电能表用于实时读取监控群中照明灯的电能数据，电能数据包括用电量和电功率等，并将所读取的电能数据上报到能量监控网关。

I/O通信模块与该监控群中各照明灯电路的开关相连，实时获取照明灯开关状态，并将照明灯开关状态信息上报到能量监控网关。

能量监控网关用于接收并存储该营业场所中各电能表传输的实时电能数据，根据营业场所实时的总电功率确定该营业场所在当前时间段内的灯时量，灯时量由实时总电功率除以标准数量照明灯总功率乘以当前时间段的时间长度得到，将实时电能数据和当前时间段的灯时量汇总后通过网络定期上报到控制中心。

其中，标准数量照明灯总功率的理论值为该营业场所内所有照明灯额定功率之和。在实际应用中，为了准确起见，一般采用实际测量的方法来获得标准数量照明灯总功率，举例而言：

1.确认一个时间段。

2.在标准数量照明灯全开的状态下，测试该时间段内的照明灯的用电量。

3.根据测得的用电量和测量的时间长度计算标准数量照明灯总功率。标准照明灯总功率等于测得的用电量除以测量的时间长度。

能量监控网关确定当前时间段内的灯时量时，当前时间段的时间长度是系统预先设定的，可以是半个小时、一个小时或其他。每隔该时间长度，系统会自动采集一次电能数据来计算该时间段内的灯时量。

能量监控网关定期上报实时电能数据和灯时量，可以是在每次接收并汇总电能数据和灯时量之后上报，也可以是每两次或更多次接收并汇总电能数据和灯时量后一并上报到控制中心。

能量监控网关还用于接收并存储该营业场所中各I/O通信模块传输的开关状态信息，汇总后通过网络定期上报到控制中心。

控制中心用于保存该监控区域内连锁经营企业各个营业场所的标准灯时量和原用电量，标准灯时量由各个营业场所在一固定期限（一般为一个月或一周）内的标准用电量除以标准数量照明灯总功率得到，标准用电量可以在该固定期限内测量得到，或者根据实际情况协商得到，控制中心接收并存储能量监控网关传输的实时电能数据和各时间段的灯时量，汇总各个时间段的灯时量，得到该监控区域在该固定期限内的实际灯时量，根据实际灯时量、标准灯时量、实际用电量、标准用电量确定节能量和能耗产生原因，包括该固定期限内节能照明设备所带来的节能量和照明时间变化引起的节能量变化量，以方便企业明确使用节能照明设备后具体的节能效果以及该节能效果是否还有可提升的空间。

以连锁经营企业的一个营业场所为例，假设该营业场所原有100盏功率为60W的照明灯，200盏功率为40W的照明灯，一周的原用电量为1170度。其后，该企业节能改造，在亮度不变的情况下，照明灯更换为100盏功率为20W和200盏功率为10W的节能灯管，测量得到一周的标准用电量为360度、标准数量照明灯总功率为4000W，在一周内该企业的标准灯时量=（标准用电量×1000×60）÷标准数量照明灯总功率=（360×1000×60）÷4000=5400（分钟）。控制中心汇总一周内能量监控网关上报的实时电能数据、和各时间段的灯时量，确定该企业一周实际用电量为400度，实际灯时量为6000分钟，可以看出在一周内该企业最终节电量=原用电量-实际用电量=1170-400=770度，其中，在标准灯时量下，由于更换节能灯节约的用电量=原用电量-实际用电量×（标准灯时量÷实际灯时量）=1170-400×（5400÷6000）=810（度）；由于灯时量增加而多产生的耗电量=实际用电量×[（实际灯时量-标准灯时量）÷实际灯时量]=400×[（6000-5400）÷6000]=40（度）；从而可以分别确定企业一周内的照明时长，以及一周内节能照明设备所带来的节能量和照明时间变化引起的节能量变化量，以方便企业明确使用节能照明设备后具体的节能效果以及该节能效果是否还有可提升的空间。根据上述例子，该营业场所一周的灯时量比标准超出600分钟，灯时量的增加表明用电时间增加了，企业可以明确用电时间增加的原因，是因实际需求而增加用电时间，还是因为忘记关闭照明灯等原因而增加用电时间，从而明确是否要合理控制用电时间以达到更好的节能效果。对于实行“合同能源管理”的服务公司，灯时量还可以作为其计费的一个基础，如果实际灯时量超过标准灯时量，超出的部分可以另行约定收费标准，从而保证服务公司自身的利益，更好地为企业提供节能服务。

控制中心还用于计算在固定期限内实际灯时量与标准灯时量的差值，在此差值大于预定值、且该固定期限内营业场所所有照明灯开关状态正常时，生成故障记录，根据故障记录评估管辖范围内照明灯损耗情况和使用寿命，以便及时更换新的照明灯，从而维护照明系统的正常运行和更好的节约能源。

本实施方式中控制中心还用于根据收到的电能数据和开关状态信息对管辖范围内的照明灯进行监测和管控。

具体地说，每个监控群包含至少两路电路，如图2所示，各监控群的I/O通信模块分别连接本群中各路电路；每路电路上连接一组照明灯，并与一交流接触器连接，由该交流接触器控制该路电路的接通和断开；在实际应用中，工作人员可以手动开关该交流接触器，实现各路电路的接通和断开。在每个交流接触器与I/O通信模块之间连接两个继电器，I/O通信模块通过各交流接触器连接的两个继电器分别控制该交流接触器的接通和断开。

控制中心可以在能量监控网关预设置各监控群的用电权限，包括各监控群中每路电路的接通和断开时间段；能量监控网关按照所设置的各监控群的用电权限，在指定时间向对应的I/O通信模块发送指令，打开或关闭对应监控群中相应电路的交流接触器。

或者，控制中心可以根据调控需求，参考其收到的电能数据和开关状态信息，决策当前是否需要调整营业场所各楼层照明灯的开关状态，向能量监控网关发送实时指令，控制该能量监控网关辖下各监控群中任意电路的接通和断开。

在实际应用中，连锁经营企业可以根据各营业场所的营业时间，设置各监控群中电路接通和断开的自动控制模式，便于管理者对各营业场所用电的精准化管理。

每个监控群还包含一状态管理模块，该状态管理模块预先统计本监控群中各路电路上照明灯正常工作时、各路电路的功率，以及各路电路上不同数量照明灯发生故障时、该路电路的功率；状态管理模块定期对各路电路的功率进行检测，并与预先统计的功率值进行比较，确定各路电路上各照明灯的工作状态，在确定电路上照明灯故障时，发出告警提示，并生成故障记录；该功率比较方式能够精确判别发生故障的照明灯的数量和类别，及时提醒现场工作人员进行维修。

I/O通信模块将故障记录发送到所属能量监控网关，由能量监控网关在定期上报电能监控数据的同时上报故障记录。

通过该照明灯节能计量监控系统，大型连锁经营企业的管理人员能够实现自动化管理辖下各营业场所的照明系统、进行统一和实时的监测和管控，根据监测的数据方便准确获知节能量、能耗产生原因和照明系统的运行情况，在发生重大故障时能够及时处理。通过统计不同阶段照明灯的损耗情况，从而评估各种照明灯质量和性价比，从中选择节能效果更好、使用寿命更长的照明灯，进一步降低能耗。

控制中心还可以包含：报表生成模块，用于将监控区域的用电量、和/或灯时量、和/或故障记录、和/或照明灯损耗情况生成报表；搜索模块，根据需求搜索指定区域中监控组的用电量、和/或灯时量、和/或故障记录、和/或照明灯损耗情况。

本实施方式中，各I/O通信模块、电能表与能量监控网关之间通过内网连接；能量监控网关与控制中心之间通过公共网络连接。

本实施方式不仅适用于帮助大型连锁经营企业的管理人员明确本企业的用电节能情况和产生能耗的原因，从而采取合理的节能方案，实施统一的监控以帮助企业提高能源管理水平，还适用于帮助提供合同能源管理的公司明确受管控企业的用电节能情况和产生能耗的原因，从而保证合同能源管理公司的利益，更好地为受管控企业提供节能服务，提高其服务对象的能源利用率，从而进一步提高自身的收益。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种照明灯节能计量监控系统，其特征在于，

在监控区域各个营业场所的每个楼层设置至少一个监控群，每个监控群包含一电能表；

所述电能表实时读取所述监控群中照明灯的电能数据，所述电能数据至少包括用电量和电功率，并将所读取的电能数据上报到能量监控网关；

每个营业场所中设置一个所述能量监控网关，接收并存储该监控区域中各电能表传输的实时电能数据，根据所述监控区域实时的总电功率确定该监控区域在当前时间段内的灯时量，所述灯时量由实时总电功率除以标准数量照明灯总功率乘以当前时间段的时间长度得到，将所述实时电能数据和当前时间段的灯时量汇总后通过网络定期上报到控制中心；

每个监控区域对应一个所述控制中心，所述控制中心中保存该监控区域的标准灯时量，所述标准灯时量由该监控区域在一固定期限内的标准用电量除以标准数量照明灯总功率得到，所述控制中心接收并存储所述能量监控网关传输的实时电能数据和各时间段的灯时量，汇总各个时间段的灯时量，得到所述监控区域在该固定期限内的实际灯时量，根据所述固定期限内的用电量、和所述实际灯时量与标准灯时量的差值，确定节能量和能耗产生原因。

2.根据权利要求1所述的照明灯节能计量监控系统，其特征在于，每个监控群还包含一输入输出I/O通信模块；

所述I/O通信模块与该监控群中各照明灯电路的开关相连，实时获取所述照明灯开关状态，并将所述照明灯开关状态信息上报到所述能量监控网关；

所述能量监控网关还用于接收并存储该营业场所中各I/O通信模块传输的开关状态信息，汇总后通过网络定期上报到所述控制中心；

所述控制中心还用于根据所述收到的电能数据和开关状态信息对管辖范围内的照明灯进行监测和管控。

3.根据权利要求2所述的照明灯节能计量监控系统，其特征在于，所述每个监控群包含至少两路电路，各监控群的I/O通信模块分别连接本群中各路电路；

每路电路上连接一组照明灯，并与一交流接触器连接，由该交流接触器控制该路电路的接通和断开；

在每个交流接触器与I/O通信模块之间连接两个继电器，所述I/O通信模块通过各交流接触器连接的两个继电器分别控制该交流接触器的接通和断开。

4.根据权利要求3所述的照明灯节能计量监控系统，其特征在于，

所述控制中心在能量监控网关预设置各监控群的用电权限，包括各监控群中每路电路的接通和断开时间段；所述能量监控网关按照所设置的各监控群的用电权限，在指定时间向对应的I/O通信模块发送指令，打开或关闭对应监控群中相应电路的交流接触器；或者

所述控制中心根据调控需求，向所述能量监控网关发送实时指令，控制该能量监控网关辖下各监控群中任意电路的接通和断开。

5.根据权利要求4所述的照明灯节能计量监控系统，其特征在于，所述控制中心还用于计算在所述固定期限内实际灯时量与标准灯时量的差值，在所述差值大于预定值、且该固定期限内所述监控区域照明灯开关状态正常时，生成故障记录，根据所述故障记录评估管辖范围内照明灯损耗情况和使用寿命。

6.根据权利要求5所述的照明灯节能计量监控系统，其特征在于，所述每个监控群还包含一状态管理模块，该状态管理模块预先统计本监控群中各路电路上照明灯正常工作时、各路电路的功率，以及各路电路上不同数量照明灯发生故障时、该路电路的功率；

所述状态管理模块定期对各路电路的功率进行检测，并与预先统计的功率值进行比较，确定各路电路上各照明灯的工作状态，在确定电路上照明灯故障时，发出告警提示，并生成故障记录；

所述I/O通信模块将所述故障记录发送到所属能量监控网关，由能量监控网关对所述故障记录进行上报。

7.根据权利要求6所述的照明灯节能计量监控系统，其特征在于，所述控制中心还包含：

报表生成模块，用于将监控区域的用电量、和/或灯时量、和/或故障记录、和/或照明灯损耗情况生成报表；

搜索模块，根据需求搜索指定区域中监控组的用电量、和/或灯时量、和/或故障记录、和/或照明灯损耗情况。

8.根据权利要求2至7中任意一项所述的照明灯节能计量监控系统，其特征在于，所述I/O通信模块、电能表与能量监控网关之间通过内网连接；

所述能量监控网关与控制中心之间通过公共网络连接。