CN103197628A - 用于燃气分布式能源的远程能效实时检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于燃气分布式能源的远程能效检测装置及方法，该装置的检测设备（1）的输出端与无线发射设备（2）连接，无线发射设备（2）通过加密系统（3）与无线接收设备（4）连接，无线接收设备（4）与数据处理器（5）连接，数据处理器（5）与输出装置（6）连接；该方法包括能效数据的检测、发送、接收、处理、计算和修正的过程。本发明通过对燃气分布式能源能效的检测分析，可以判断出机组的运行能效状况。

Description

用于燃气分布式能源的远程能效实时检测装置及方法

技术领域

本发明涉及分布式能源的无线远程分系统能效实时检测技术领域，特别是涉及一种燃气分布式（燃气轮机）能源的能效检测方法。

背景技术

燃气分布式能源是以热电冷联产技术为基础，与大电网和天然气管网相连接的，向一定区域的用户同时提供电力、蒸汽、热水和空调冷水（或风）等能源服务的系统。它是20世纪70年代在国外发展起来的洁净高效、小型分散为主的第二代能源技术。因其灵活的变负荷，较低的初投资，供电的可靠性，很小的输电损失和适合清洁能源应用等特点在世界能源领域越来越受到重视。

随着我国大力开发和引进天然气资源、优化能源结构的能源策略的执行，燃气分布式能源在我国正快速发展。国务院《关于发展天然气分布式能源的指导意见》中指出：“十二五”初期启动一批天然气分布式能源示范项目，“十二五”期间建设1000个左右天然气分布式能源项目，并拟建设10个左右各类典型特征的分布式能源示范区域。

由于燃气价格较高，上网电价不明朗。燃气分布式能源面临着愈加激烈的市场竞争，为了加强生产设备性能管理与能耗管理，提高机组节能降耗和运行优化的管理工作。在保证机组安全运行的条件下，协调控制冷热电负荷，实现良好的环保性能和经济效益，这对于中国燃气分布式能源的发展意义非常重大。

如何能准确快速的检测燃气分布式能源的能效情况，是实现机组经济性运行不可或缺的组成环节。当前燃气分布式能源能效检测方法主要是对机组各个设备数据采集后，将数据带回去，进行处理。而这种方法数据采集效率低，不具有检测实时性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于燃气分布式能源的远程能效检测装置及方法，本发明通过对燃气分布式能源能效的检测分析，可以判断出机组的运行能效状况。

本发明所采用的技术方案是：用于燃气分布式能源的远程能效检测装置，包括检测设备、无线通信装置和远程数据处理装置，它们依次相连。

所述的装置，检测设备包括温度、流量、压力和功率传感器。

所述的装置，无线通信装置包括无线发射设备和无线接收设备，它们通过无线信道进行通信；检测设备与无线发射设备相连，无线接收设备与远程数据处理装置相连。

所述的装置，无线信道上设有加密系统。

所述的装置，远程数据处理装置包括相连的远程数据处理器和输出装置，远程数据处理器与无线通信装置相连。

所述的装置，输出装置为打印机或绘图仪。

用于燃气分布式能源的远程能效检测方法，包括：

S1）统计需要检测的燃气分布式能源的分系统参数；

S2）根据所述分系统参数的性质，选用适当的检测设备；

S3）在燃气分布式能源的分系统检测测点上安装好检测设备，将燃气分布式能源机组按照一定的负荷运行，利用检测设备实现所有数据的同步采集；

S4）将采集所得数据流依次由无线发射设备、加密系统和无线接收设备传输至远程数据处理器，远程数据处理器接收数据流后，进行解密、自动剔除坏点、计算和修正，并给出分析结果；

S5）输出装置将分析结果以可读的形式进行输出。

所述的方法，步骤S4中，远程数据处理器采用基于Hough变换的自动剔除坏点方法，将不稳定、不合理的取值舍弃，选择稳定合理的值以进行计算和修正。

所述的方法，远程数据处理器进行计算和修正的方法包括：

S41）远程数据处理器运行计算得出冷热电负荷量，发电、供冷、供暖系统的运行效率，以及系统的整体效率；

S42）考虑地区气候差异及机组性能，对上一步得出的各结果参数的目标值进行偏离设计工况的修正（如气温差异和机组性能差异的修正），得出更为准确的数值。

所述的方法，步骤S3的工况包括25%THA、50%THA、75%THA和100%THA（热耗率验收工况）的负荷。

本发明的优点：

1、利用无线检测设备，可以实现所有数据的同步采集与传输；

2、采用加密传输系统，保证了数据传输的安全性和稳定性；

3、加入自动剔除坏点的程序，保证后来数据计算的准确性；

4、由于采用无线传输，数据处理器可远程实现对燃气分布式能源的实时在线能效情况的检测与计算处理；

5、考虑地区气候差异及机组性能，对目标值进行气温差异和机组差异的修正，得出更为准确的数值。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。

图2是燃气分布式能源能量流向概图

具体实施方式

本发明涉及一种燃气分布式能源的无线远程分系统能效实时检测方法，它包括如下步骤：

1）统计检测量；

2）根据检测量的性质，选用适当的检测设备；

3）安装好检测测点，选用机组25%THA、50%THA、75%THA、100%THA的负荷运行，利用检测设备，实现所有数据的同步采集；

4）采集所得数据流加密后经由无线发射装置传输（传输技术）至数据处理器，对数据流解密后，数据处理器自动剔除坏点，并对数据进行计算，修正，并给出分析结果；

5）由于是无线传输，数据处理器可以实现远程运行，得出实时在线冷热电负荷量，发电、供冷、供暖系统的运行能效情况及整机的能效情况；

6）考虑地区气候差异及机组性能，对目标值进行气温差异和机组差异的修正，得出更为准确的数值；

针对现有燃气分布式能源检测方法可以实现在线监测，但由于监测传感器运行一段时间后，由于校验不及时、灵敏度下降等情况，会使监测到的能效数据不够精确，且无法实时在线对机组的能效情况进行检测，以及缺乏修正的现状，燃气分布式能源的无线远程分系统实时能效检测方法主要分为三部分：检测设备数据的采集，数据的无线传输和接收，数据的远程自动剔除坏点、计算、修正与结果分析。通过对燃气分布式能源能效的检测分析，可以判断出机组的运行能效状况。

以下通过具体实施方式的描述对本发明专利作进一步详细的说明，但这不能用于限定本发明专利的保护范围，本领域技术人员根据发明专利的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明专利的基本思想，均在本发明专利的范围之内。

如图1所示，本发明专利的检测装置结构如下：检测设备1的输出端与无线发射设备2连接，无线发射设备2通过加密系统3与无线接收设备4连接，无线接收设备4与数据处理器5连接，数据处理器5与输出装置6连接，输出装置6为打印机或绘图仪；通过此通道，实现数据流的采集、传输与处理。

上述的检测装置1为温度、流量、压力等传感器。检测装置1可以为1个、2个或3个。如果1个检测设备，则需要反复多次进行测量。如果是2-3个检测点也要多次测量，多个探头可以提高测量精度；

数据处理器运行计算得出冷热电负荷量，发电、供冷、供暖系统的运行效率、以及整机的效率；考虑地区气候差异及机组性能，对目标值进行气温差异和机组差异的修正，得出更为准确的值。

在具体实施时，本发明所采用的设备具体包括：

计算燃气分布式能源能效情况，需要检测的参数种类主要有：温度、压力、气流量、水流量、功率等。用到的检测传感器主要有：温度传感器，采用热电偶温度传感器；压力传感器，采用电气式压力传感器；流量传感器，采用速度式流量传感器；功率传感器，采用发电机功率传感器、制冷机功率传感器。

无线传输方案：采用GE MDS公司的MDS iNET300无线解决方案，它是一个长距离、高速率、工业级无线解决方案。该方案采用开放式的标准结构，可升级的软件。它工作在336-344MHz，传输距离在视距情况下最大可达100公里，支持512Kbps的空中通信速率，支持移动和漫游。客户可以通过以太网关或串口网关轻松的从基础网络上得到信息。该方案同时支持多个用户，多种应用，多种协议；其核心网管系统采用独立的Java应用平台，它的集中式SNMP（简单网络管理协议）网管服务器还集成了多种用户平台。该方案的系统具有多级安全保护，包括900兆调频扩频物理层保护，WEP（有线等效保密）128位密钥（即加密系统3），无法窃听和非法接入该系统。该系统采用即插即用的标准配置，几乎不需要设置，可以立刻安装开通。

该无线传输方案包括：

AP（无线接入点）/双口RB（远端站）：提供串口和以太连接器（以太网口），用户可以配置成一个AP或双口网关，方便移植和扩展串口设备到以太网；

串口：使用UDP或TCP数据封装的2个串口；

以太网桥：提供以太连接器到多种设备之间的连接；

P21双机备份：用于网管系统，更好的保护网络配置。

其中AP用作无线发射设备和无线接收设备，在无线信道上设置RB用作中继。AP和RB上还设有加密系统3。

数据处理器：可采用小型机。

数据处理器的计算步骤：接收数据，剔除坏点，按计算方法进行计算，修正后，给出结果。以图2的燃气轮机为例，该燃气分布式能源系统包括依次相连的燃烧室、动力系统、余热回收装置、分流装置和制冷装置。

基于Hough变换的自动坏点剔除算法分以下四步：

(0)将数据处理器接收到的数据分布在一个二维或更多维的坐标系中，然后过原点按照不同的斜率角度θ画出参照直线L；

(1)对于特定角度θ，求出所有数据点到直线L的距离R_θ(i)，其中i为数据点的序号。然后计算所有R_θ(i)的平均值

令δ_θ(i)为R_θ(i)和

的差，最后，对所有δ_θ(i)取绝对值求和得到∑|δ|。

(2)对预设范围内的所有角度重复第(1)步，找到∑|δ|最小的斜率角度α。

(3)对所有δ_α(i)计算其均值

如果存在某点（序号为N）的

则R_α(N)是一个坏值，其对应的点应被删除。如果在一轮判断中存在两个或两个以上的坏值，那么偏差最大的那一个将被选择，并删除其对应的点。

(4)重复第(3)步，直到在角度α上不存在

数据处理器的计算过程包括：

发电量W（不带下标）：

W=W_JQ-W_ZF-W_CQ-W_PQ

W_JQ=G₀h₀

W_ZF=∑G_ih_i(i=1,2,3,...)(a)

W_CQ=∑G_jh_j(j=1,2,3,...)

W_PQ＝G_p1h_p1

式中：W表示功，单位为kW；下角标JQ、ZF、CQ、PQ分别表示汽缸、总进汽、轴封漏汽、抽汽和排汽；G为流量，单位为t/h；h为焓，单位为kJ/kg；下角标0、i、j、p分别表示新汽进汽点、轴封漏汽点、加热器抽汽点和排汽点；p1表示第1排汽点，p2表示第2排汽点，依次类推。图2中的Q_p1表示动力系统排出的热量，Q_p2表示余热回收装置排出的热量。

制冷量（冷电负荷量）：

Q_L=Q_L-JQ-Q_L-ZF-Q_L-P

Q_L-JQ=∑G_mh_m(m=1,2,3,...)(b)

Q_L-ZF=∑G_nh_n(n=1,2,3,...)

供暖量（热电负荷量）：

Q_R=Q_R-JQ-Q_R-ZF-Q_R-P

Q_R-JQ=∑G_uh_u(u=1,2,3,...)(c)

Q_R-ZF=∑G_vh_v(v=1,2,3,...)

式中：Q为热量，单位为kW；η为效率，采用百分比的形式；G为流量，单位为kg/s；h为焓值，单位为kJ/kg；下标R为热的量；下标L为冷的量；下标m、n为冷端进出口序号，u、v为热端进出口序号。下标L-JQ表示用于制冷的热量，L-ZF表示制冷热量的轴封漏汽；R-JQ表示用于制热的热量，R-ZF表示制热热量的轴封漏汽。图2中的Q_R-P表示换热器排出的热量，Q_L-P表示制冷装置排出的热量。

选用某燃气轮机为例，偏离设计工况的修正分为3类（对应下述3类修正系数）：

第一类为燃气轮机本身终端运行条件偏离规定的设计工况的修正，对燃气轮机主要有主汽压力、主汽温度、排气压力等，这些修正曲线，设备厂商的热力计算书都会提供。

第二类为主要影响给水加热系统和制冷系统的变量影响因素：例如凝结水过冷度增加，记为正值；过热减温水流量增加，记为正值；给水泵焓升比设计值增加，记为正值。

第三类修正是关于燃气分布式机组运行条件，有空气温度湿度因素、机组运行时间因素、机组性能因素等。

修正系数：

δ_z＝f(δ₁,δ_2-l,δ_2-r,δ₃)

δ₁＝f(η_i1,η_i2,η_i3......)

δ_2-l＝f(η_l1,η_l2,η_l3......)

δ_2-r＝f(η_r1,η_r2,η_r3......)

δ₃＝f(η_s1,η_s2,η_s3......)(4)

其中，δ_z表示总修正系数，δ₁为1类修正系数，δ_2-l为2类冷量修正系数、δ_2-r为2类热量修正系数，δ₃为3类修正系数，f表示函数关系（具体关系式根据产品手册、环境和设备状况试验测定）；η表示相应修正系数的自变量参数，下标i1为1类修正因子的第1个量，l1为2类冷量修正因子的第1个量、r1为2类热量修正因子的第1个量，s1为3类修正因子的第1个量，其余符号依次类推。

效率计算：

${\mathrm{\η}}_z=\frac{W+Q_L+Q_R}{Q_z+Q_b}\×{\mathrm{\δ}}_z$

${\mathrm{\η}}_e=\frac{W\×{\mathrm{\δ}}_1\×{\mathrm{\δ}}_3}{Q_z+Q_b}$

${\mathrm{\η}}_l=\frac{Q_L\×{\mathrm{\δ}}_{2-l}\×{\mathrm{\δ}}_3}{Q_z+Q_b}$

${\mathrm{\η}}_r=\frac{Q_R\×{\mathrm{\δ}}_{2-t}\×{\mathrm{\δ}}_3}{Q_z+Q_b}---\left(d\right)$

上式中，η_z、η_e、η_l、η_r分别表示总效率、发电效率、制冷效率和制热效率，Q_z、Q_b分别表示燃气热量和补充燃料的热量。

此计算过程为理想计算示意过程，实际计算过程要考虑根据机组设备的实际运行情况、检测点数据及各设备的能量传递效率。

本发明通过对燃气分布式能源的能效的检测分析，可以判断出机组的运行状况，输出端实现处理结果的输出。

Claims (10)

1.用于燃气分布式能源的远程能效检测装置，其特征在于：包括检测设备（1）、无线通信装置和远程数据处理装置，它们依次相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：检测设备（1）包括温度、流量、压力和功率传感器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：无线通信装置包括无线发射设备（2）和无线接收设备（4），它们通过无线信道进行通信；检测设备（1）与无线发射设备（2）相连，无线接收设备（4）与远程数据处理装置相连。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：无线信道上设有加密系统（3）。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：远程数据处理装置包括相连的远程数据处理器（5）和输出装置（6），远程数据处理器（5）与无线通信装置相连。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：输出装置（6）为打印机或绘图仪。

7.用于燃气分布式能源的远程能效检测方法，其特征在于包括：

S1）统计需要检测的燃气分布式能源的分系统参数；

S2）根据所述分系统参数的性质，选用适当的检测设备（1）；

S3）在燃气分布式能源的分系统检测测点上安装好检测设备（1），将燃气分布式能源机组按照一定的负荷运行，利用检测设备（1）实现所有数据的同步采集；

S4）将采集所得数据流依次由无线发射设备（2）、加密系统（3）和无线接收设备（4）传输至远程数据处理器（5），远程数据处理器（5）接收数据流后，进行解密、自动剔除坏点、计算和修正，并给出分析结果；

S5）输出装置（6）将分析结果以可读的形式进行输出。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤S4中，远程数据处理器（5）采用基于Hough变换的自动剔除坏点方法。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，远程数据处理器（5）进行计算和修正的方法包括：

S41）远程数据处理器（5）运行计算得出冷热电负荷量，发电、供冷、供暖系统的运行效率，以及系统的整体效率；

S42）考虑地区气候差异及机组性能，对上一步得出的各结果参数的目标值进行修正，得出更为准确的数值。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤S3的工况包括25%THA、50%THA、75%THA和100%THA的负荷。

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