CN103927690A - 远程能效评估系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种远程能效评估系统，包括数据量测模块，包括数据采集模块、能量平衡分析模块、设备能效评估模块及综合能效评估模块。本发明还涉及一种远程能效评估方法。本发明利用先进的通信技术、计算机及网络技术，为各类工业企业、高耗能企业提供了一个切实可行的远程能效评估解决方案。它可以充分利用各类通讯介质，使管理者可以随时随地的掌握每个耗能设备的用能情况和每个耗能设备的节能潜力等信息。

Description

远程能效评估系统及方法

技术领域

本发明涉及适用于电力领域的监督和预测目的的数据处理系统和方法，特别是涉及一种远程能效评估系统，还涉及一种远程能效评估方法。

背景技术

最近几年，我国的经济快速增长的同时，也伴随着产生了能源紧张和环境恶化的问题。同时，几乎所有的工商业企业都面临巨大的能源开支，各类能源的价格也居高不下，节约能源、减少排放已称为包括各类企业在内的全社会的共识。

对工商业的生产设备、生产线和整个企业进行能效分析和评估，建立科学、高效的能效评估系统，是分析节能潜力、采取节能措施、提高能源利用效率的有效途径。

远程能效评估系统，通过远程传输手段，对重点耗能企业主要用能设备的电气量和非电气量数据进行实时量测，并将计算和分析设备的能量平衡、能量转换效率，分析客户能耗情况，形成能效评估报告，为客户节能改造提供参考和建议，为能效项目实施效果提供验证。实现设备能效评估、企业综合能效评、提供节能决策支持等。

发明内容

基于此，有必要提供一种远程能效评估系统，通过远程传输手段，对重点耗能企业主要用能设备的电气量和非电气量数据进行实时量测，并计算和分析设备的能量平衡、能量转换效率，分析企业能耗情况，形成能效评估报告。

一种远程能效评估系统，包括：数据量测模块，包括用于测量企业的设备的电气量的电气量量测单元，和测量企业的设备的非电气量的非电气量量测单元；所述数据量测模块包括连接光纤、局域网、无线网、有线电视网及互联网中的一种或多种的物理接口；所述电气量包括设备的电压、电流、功率、功率因数的一种或多种，所述非电气量包括设备的电机转速、风机压力、蒸汽温度、蒸汽压力的一种或多种；数据采集模块，用于以密文的方式向所述数据量测模块发送采集指令，对所述数据量测模块量测得到的数据进行自动采集和传输；所述数据采集模块包括连接光纤、局域网、无线网、有线电视网及互联网中的一种或多种的物理接口；能量平衡分析模块，用于根据所述电气量，对企业的能量损耗情况和能源浪费点进行分析；设备能效评估模块，用于根据所述电气量和非电气量，结合企业的设备的额定信息，对企业设备的能量转换率进行计算和评估；所述额定信息包括额定功率、额定转速、额定效率中的一种或多种；综合能效评估模块，用于根据所述电气量及企业设备的能量转换率评估结果，得到企业的实时能效数据，并结合企业的历史能效数据和同类企业的能效数据，形成企业的整体能效评估结果。

在其中一个实施例中，所述数据量测模块还包括用于所述额定信息的额定信息量测单元。

在其中一个实施例中，所述数据量测模块包括由ARM和Linux组成的嵌入式终端。

在其中一个实施例中，所述数据量测模块包括RS485、ZigBee、小无线中的一种或多种的物理接口。

在其中一个实施例中，所述数据量测模块包括多个能效监测终端，所述能效监测终端设于所述电气量量测单元和非电气量量测单元集中的区域，用于收集所述电气量量测单元和非电气量量测单元测得的数据；在企业生产线集中的区域，多个所述能效监测终端之间进行级联并进行数据汇总。

在其中一个实施例中，所述数据量测模块包括计时单元，所述计时单元每日仅允许被校时一次。

还有必要提供一种远程能效评估方法。

一种远程能效评估方法，包括下列步骤：测量企业的设备的电气量和非电气量；所述电气量包括设备的电压、电流、功率、功率因数的一种或多种，所述非电气量包括设备的电机转速、风机压力、蒸汽温度、蒸汽压力的一种或多种；以密文的方式发送采集指令，在收到所述采集指令后返回测量得到的数据；根据所述电气量，对企业的能量损耗情况和能源浪费点进行分析；根据所述电气量和非电气量，结合企业的设备的额定信息，对企业设备的能量转换率进行计算和评估；根据所述电气量及设备的能量转换率评估结果，得到企业的实时能效数据，并结合企业的历史能效数据和同类企业的能效数据，形成企业的整体能效评估结果。

在其中一个实施例中，所述以密文的方式发送采集指令的步骤之后，还包括对采集到的数据按设备进行分类，并对设备的电能质量进行实时考核的步骤。

在其中一个实施例中，所述根据所述电气量，对企业的能量损耗情况和能源浪费点进行分析的步骤，包括实时形成企业的能量平衡图，实时展示企业的能量消耗情况和能源流向。

在其中一个实施例中，所述根据所述电气量及设备的能量转换率评估结果，得到企业的实时能效数据，并结合企业的历史能效数据和同类企业的能效数据，形成企业的整体能效评估结果的步骤，包括得到企业的有效输出功率，并与企业的实时生产总输入功率相比，形成企业的综合能效评估结果，最终记录形成企业的日、月、年综合能效曲线，以及综合能效诊断报告。

上述远程能效评估系统，利用先进的通信技术、计算机及网络技术，为各类工业企业、高耗能企业提供了一个切实可行的远程能效评估解决方案。它可以充分利用各类通讯介质，使管理者可以随时随地的掌握每个耗能设备的用能情况和每个耗能设备的节能潜力等信息。

附图说明

图1是一实施例中远程能效评估系统的结构图；

图2是一实施例中远程能效评估方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在本发明实施例中，远程能效评估系统通过远程传输手段，对工商业企业主要用能设备的电气量数据和非电气量数据进行量测和采集，计算设备的能量转换效率，评估企业的综合能效情况。实现能效市场潜力分析、客户能效项目在线预评估及能效信息发布和交流等。

请参阅图1，其为一实施例中远程能效评估系统的结构图，包括数据量测模块10、数据采集模块11、能量平衡分析模块12、设备能效评估模块13及综合能效评估模块14。

数据量测模块10采用嵌入式终端，在本实施例中为ARM和Linux组成的嵌入式终端，可以就地对各类电气量和非电气量进行实时量测，包括电量、电压、电流、功率、功率因数、电机转速、风机压力、蒸汽温度、蒸汽压力等。数据量测模块10可以适应各种不同的物理通道，包括RS485、ZigBee、小无线等。

在本实施例中，数据量测模块10包括电气量量测单元101、非电气量量测单元102及额定信息量测单元103。

电气量量测单元101用于对企业的设备或生产线的输入电压、电流、功率、功率因数等电气量进行量测。

非电气量量测单元102用于对设备或生产线的转速、温度、压力等非电气量进行量测。

额定信息量测模块103用于对设备或生产线的额定功率、额定转速、额定效率等进行量测。可以理解的，在其它实施例中，如果可以通过其它方式获得设备的额定信息，则额定信息量测模块103可以省略。

数据量测模块10设有计时单元，可被主站校时。计时单元的日计时误差≤±1秒/日，每天只允许被主站校时1次。每天只允许校时1次，是出于安全性考虑，防止被恶意反复修改时钟，导致计量错误。

在本实施例中，远程能效评估系统采用分级管理模式，在工商业企业现场，安装电气量和非电气量量测设备，对各类数据进行实时量测。在量测设备较集中的地方，安装能效监测终端，收集能效量测设备的数据。在企业生产线集中的区域，对多个能效监测终端进行级联和汇总，将数据进行局部汇总。在企业范围内，通过光纤、网络、无线等方式，将所有能效监测终端的数据采集到企业内部的小型主站；在整个区域范围内，通过有线或无线网络把所有企业的数据采集到系统主站，进行统一的分析和评估。

数据采集模块11采用数据指令，以密文的方式，安全可靠地将采集指令发送给数据量测模块10。数据量测模块10在接收到采集指令后将当前测量到的数据返回给数据采集模块11，再由数据采集模块11通过专用通道上报给能量平衡分析模块12。

数据采集模块11每隔一定的间隔采集设备的电气量和非电气量数据，并将采集到的数据按设备进行分类。在采集数据的同时，数据采集模块11对电能质量进行实时考核，及时发现电能质量不合格的情况，包括功率因数超标、谐波含量超标等。

远程能效评估系统支持多种方式进行数据采集，包括有线网络、无线网络、光纤、电力载波等。系统连接到量测终端，对数据量测模块10的采集指令以密文的方式进行发送。在网络的上层，数据采集模块11建立tcp socket连接，采用http和xml协议进行数据传输，保证传输方式的可靠性和易维护性。

远程能效评估系统在通讯通道上，跨越三大网络，即无线网络、有线网和电力网，将三者紧密联系，同时又各有分工。在数据传输指令从主站系统传出时，信号为局域网的方式；在进入数据量测模块10后，信号在RS232、RS485、M_BUS等通道上传输。正因为如此，系统在信号传输的可靠性、安全性上做了特别的处理，包括自动选择最优的通道、对信号报文进行加密、对使用者身份进行严格认证、对通讯报文进行CRC校验等，从而保证控制信号能准确、安全的传输，避免信号丢失、误传，避免数据被非法使用。

能量平衡分析模块12根据数据采集模块11采集的电气量，对企业的能量损耗情况和能源浪费点进行分析。包括将企业内部各个关键节点（各厂区关口点、车间、生产线、重点用能设备等处）的能量状态和能量流向绘制成能量平衡图，通过能量平衡图直观展示企业内部各部分的能量消耗情况及能量流向，并通过对各节点实时负荷的记录，形成企业的总体及各节点的负荷曲线，再经过统计分析，形成企业总体及各节点的电量统计信息表，分析企业的重点耗能环节、漏电环节、电能浪费环节等。从而实时了解企业的能源流向及电能使用情况，同时发掘企业具有节能潜力的重点耗能环节、漏电环节、电能浪费环节。

设备能效评估模块13利用数据采集模块11采集的设备的电气量和非电气量数据，对设备的电量数据和电机转速、风机压力、蒸汽温度、蒸汽压力等进行分析，计算能量转换率，分析设备的能效水平。

进一步地，为了更好地了解设备或生产线的负载率状况、实际运行能效状态，为设备或生产线的节能改造提供有力的依据，通过实时采集的设备的额定信息、设备的电气量信息、设备的非电气量信息，在能效评估模块13中进行设备运行能效的实时核算，并将设备的能效信息进行记录，形成设备的日、月、年能效曲线，最终形成设备的能效诊断统计报告。

综合能效评估模块14根据数据采集模块11采集的电气量及设备能效评估模块13得到的企业设备的能量转换率评估结果，分析企业的整体能量利用情况和能量转换率，并结合企业的历史能效数据、同类企业的能效数据，综合分析企业能效水平和能效趋势，形成整体能效评估报告。

由于设备能效的高低并不能全面代表企业整体能效的高低，为了更好地了解企业整体的能效状况，并与企业的历史评价及同类型企业的评价结果进行对比，了解企业目前的整体能效水平及趋势，通过对企业所有节点的功率输入及节点能效情况（即设备能效评估模块13得到的企业设备的能量转换率评估结果）进行统计，得出企业的有效输出功率，并与企业的实时生产总输入功率相比，形成企业的综合能效评估结果，最终记录形成企业的日、月、年综合能效曲线，以及综合能效诊断报告。

上述能效评估系统可显示整个区域能源消耗的分布图、拓扑图及各生产现场的接线图、设备状态、曲线、报表。可实时量测生产设备的电气量数据，包括电量、电压、电流、功率、功率因数等。可以通过通信网络，监控生产设备的非电气量数据，包括电机转速、风机压力、蒸汽温度、蒸汽压力等。

本发明还提供一种远程能效评估，如图2所示，包括下列步骤：

S210，测量企业的设备的电气量和非电气量。

在企业的各个节点，即各厂区关口点、车间、生产线、重点用能设备等处，安装电能计量和电能质量监测装置，必要时安装电压互感器和电流互感器，就地对各类电气量进行实时量测，包括电量、电压、电流、功率、功率因数等。类似的，安装非电气量量测设备，对各类设备的非电气量进行实时量测，包括电机转速、风机压力、蒸汽温度、蒸汽压力等。

在本实施例中，还需要获取设备的额定信息。

S220，以密文的方式发送采集指令，并在收到采集指令后返回测量得到的数据。

根据预先设置的规则，以密文的方式向电气量量测设备和非电气量发送采集指令，量测设备将当前测量得到的数据返回给系统，系统对这些数据进行存储，以供统计分析使用。

系统支持多种方式进行数据采集，包括有线网络、无线网络、光纤、电力载波等。系统连接到量测终端，将采集指令以密文的方式进行发送。在网络的上层，建立tcp socket连接，采用http和xml协议进行数据传输，保证传输方式的可靠性和易维护性。

远程能效评估系统在通讯通道上，跨越三大网络，即无线网络、有线网和电力网，将三者紧密联系，同时又各有分工。在数据传输指令从主站系统传出时，信号为局域网的方式；在进入量测终端后，信号在RS232、RS485、M_BUS等通道上传输。正因为如此，系统在信号传输的可靠性、安全性上做了特别的处理，包括自动选择最优的通道、对信号报文进行加密、对使用者身份进行严格认证、对通讯报文进行CRC校验等，从而保证控制信号能准确、安全的传输，避免信号丢失、误传，避免数据被非法使用。

在其中一个实施例中，步骤S220采集到数据之后，还包括对采集到的数据按设备进行分类，并对设备的电能质量进行实时考核的步骤，以及时发现电能质量不合格的情况，包括功率因数超标、谐波含量超标等。在发现电能质量不合格时，可以进行报警以通知相关的工作人员。

S230，能量平衡分析。

根据步骤S220集中采集的电气量，对企业的能量损耗情况和能源浪费点进行分析。包括将企业内部各个关键节点（各厂区关口点、车间、生产线、重点用能设备等处）的能量状态和能量流向绘制成能量平衡图，通过能量平衡图直观展示企业内部各部分的能量消耗情况及能量流向，并通过对各节点实时负荷的记录，形成企业的总体及各节点的负荷曲线，再经过统计分析，形成企业总体及各节点的电量统计信息表，分析企业的重点耗能环节、漏电环节、电能浪费环节等。从而实时了解企业的能源流向及电能使用情况，同时发掘企业具有节能潜力的重点耗能环节、漏电环节、电能浪费环节。

S240，设备能效评估。

利用步骤S220集中采集的设备的电气量和非电气量数据，对设备的电量数据和电机转速、风机压力、蒸汽温度、蒸汽压力等进行分析，计算能量转换率，分析设备的能效水平。

进一步地，为了更好地了解设备或生产线的负载率状况，实际运行能效状态，为设备或生产线的节能改造提供有力的依据，通过实时采集的设备的额定信息、设备的电气量信息、设备的非电气量信息，进行设备运行能效的实时核算，并将设备的能效信息进行记录，形成设备的日、月、年能效曲线，最终形成设备的能效诊断统计报告。

S250，企业综合能效评估。

根据步骤S220集中采集的电气量及步骤S240得到的设备的能量转换率评估结果，获得企业的实时能效数据，并结合企业的历史能效数据和同类企业的能效数据，形成企业的整体能效评估结果。

由于设备能效的高低并不能全面代表企业整体能效的高低，为了更好地了解企业整体的能效状况，并与企业的历史评价及同类型企业的评价结果进行对比，了解企业目前的整体能效水平及趋势，通过对企业所有节点的功率输入及节点能效情况（即步骤S240得到的企业设备的能量转换率评估结果）进行统计，得出企业的有效输出功率，并与企业的实时生产总输入功率相比，形成企业的综合能效评估结果，最终记录形成企业的日、月、年综合能效曲线，以及综合能效诊断报告。

上述远程能效评估系统的系统构架为J2EE数据服务技术，在架构与网络组织方式上具有一定的前瞻性，通信手段上采用无线通信网络和有线通信网络结合的方式，以保证系统的先进性和投资的有效性。

数据的并发传输是一般的网络应用系统的一大瓶颈，由于在实际应用中一个大的系统有数目巨大的数据量测设备，保证高传输成功率的前提是解决并发传输的通信阻塞。上述远程能效评估系统采用企业级的基于J2EE构架基础的数据采集和数据服务发布软件构架，该系统能支持高强度的数据并发传输和数据服务，支持海量数据查询，具有极高的实用性。

上述远程能效评估系统利用先进的通信技术、计算机及网络技术，为各类工业企业、高耗能企业提供了一个切实可行的远程能效评估解决方案。它可以充分利用各类通讯介质，使管理者可以随时随地的掌握每个耗能设备的用能情况和每个耗能设备的节能潜力等信息。

上述远程能效评估系统基于网络、光纤、小无线、ZigBee等通信方式来传递数据；并基于J2EE构架的数据服务，解决并发传输瓶颈问题，提供强大的基于J2EE的Web Data Service的数据服务和数据验证。采用本发明，可使工商业能效评估系统的运营成本极大的降低，可靠性和安全性得到极大的提高，使系统真正具有实用性，提高企业能效管理的自动化水平，促进企业节能和全社会节能减排的良性发展。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种远程能效评估系统，其特征在于，包括：

数据量测模块，包括用于测量企业的设备的电气量的电气量量测单元，和测量企业的设备的非电气量的非电气量量测单元；所述数据量测模块包括连接光纤、局域网、无线网、有线电视网及互联网中的一种或多种的物理接口；所述电气量包括设备的电压、电流、功率、功率因数的一种或多种，所述非电气量包括设备的电机转速、风机压力、蒸汽温度、蒸汽压力的一种或多种；

数据采集模块，用于以密文的方式向所述数据量测模块发送采集指令，对所述数据量测模块量测得到的数据进行自动采集和传输；所述数据采集模块包括连接光纤、局域网、无线网、有线电视网及互联网中的一种或多种的物理接口；

能量平衡分析模块，用于根据所述电气量，对企业的能量损耗情况和能源浪费点进行分析；

设备能效评估模块，用于根据所述电气量和非电气量，结合企业的设备的额定信息，对企业设备的能量转换率进行计算和评估；所述额定信息包括额定功率、额定转速、额定效率中的一种或多种；

综合能效评估模块，用于根据所述电气量及企业设备的能量转换率评估结果，得到企业的实时能效数据，并结合企业的历史能效数据和同类企业的能效数据，形成企业的整体能效评估结果。

2.根据权利要求1所述的远程能效评估系统，其特征在于，所述数据量测模块还包括用于所述额定信息的额定信息量测单元。

3.根据权利要求1所述的远程能效评估系统，其特征在于，所述数据量测模块包括由ARM和Linux组成的嵌入式终端。

4.根据权利要求1所述的远程能效评估系统，其特征在于，所述数据量测模块包括RS485、ZigBee、小无线中的一种或多种的物理接口。

5.根据权利要求1所述的远程能效评估系统，其特征在于，所述数据量测模块包括多个能效监测终端，所述能效监测终端设于所述电气量量测单元和非电气量量测单元集中的区域，用于收集所述电气量量测单元和非电气量量测单元测得的数据；在企业生产线集中的区域，多个所述能效监测终端之间进行级联并进行数据汇总。

6.根据权利要求1所述的远程能效评估系统，其特征在于，所述数据量测模块包括计时单元，所述计时单元每日仅允许被校时一次。

7.一种远程能效评估方法，包括下列步骤：

测量企业的设备的电气量和非电气量；所述电气量包括设备的电压、电流、功率、功率因数的一种或多种，所述非电气量包括设备的电机转速、风机压力、蒸汽温度、蒸汽压力的一种或多种；

以密文的方式发送采集指令，并在收到所述采集指令后返回测量得到的数据；

根据所述电气量，对企业的能量损耗情况和能源浪费点进行分析；

根据所述电气量和非电气量，结合企业的设备的额定信息，对企业设备的能量转换率进行计算和评估；

根据所述电气量及设备的能量转换率评估结果，得到企业的实时能效数据，并结合企业的历史能效数据和同类企业的能效数据，形成企业的整体能效评估结果。

8.根据权利要求7所述的远程能效评估方法，其特征在于，所述以密文的方式发送采集指令的步骤之后，还包括对采集到的数据按设备进行分类，并对设备的电能质量进行实时考核的步骤。

9.根据权利要求7所述的远程能效评估方法，其特征在于，所述根据所述电气量，对企业的能量损耗情况和能源浪费点进行分析的步骤，包括实时形成企业的能量平衡图，实时展示企业的能量消耗情况和能源流向。

10.根据权利要求7所述的远程能效评估方法，其特征在于，所述根据所述电气量及设备的能量转换率评估结果，得到企业的实时能效数据，并结合企业的历史能效数据和同类企业的能效数据，形成企业的整体能效评估结果的步骤，包括得到企业的有效输出功率，并与企业的实时生产总输入功率相比，形成企业的综合能效评估结果，最终记录形成企业的日、月、年综合能效曲线，以及综合能效诊断报告。