CN108152620B - 一种用电设备的效能监控分析仪器、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用电设备的效能监控分析仪器，直接串联在用电设备的电源回路中，所述仪器包括：采集模块、监控分析模块和通信模块；所述采集模块，用于对用电设备的电参数进行采集并发送给监控分析模块；所述电参数包括电压和电流；所述监控分析模块，用于对获取的电参数进行分析处理，获取用电设备的状态及时长，根据通过用电设备在每个状态阶段内的功率和时长计算出用电设备在每个阶段内的消耗电能和累积电能，并对设备是否发生电流超限或电压超差故障进行判断；所述通信模块，用于通过接入的网络接口与服务器之间进行通信，将所述监控分析模块的计算出的设备参数和故障判断结果发送给服务器。

Description

一种用电设备的效能监控分析仪器、系统和方法

技术领域

本发明涉及用电设备运行效能分析与评估领域，特别是涉及一种用电设备的效能监控分析仪器、系统和方法。

背景技术

目前的电能参数监测设备，大多是局限在通过对设备的当前电功率或者统计时间段内的总电能消耗以反映用电设备的能耗情况，并采用本地示数显示的方式呈现监测结果。这种方式往往用于用电设备电能参数监测计量，获得的电参数信息有限，无法实现对用电设备的运行状况进行较全面监控及记录，且信息输出主要用于本地显示；而且接口功能不足，无法实现大规模设备组网统计监控，极大限制了该类产品的在工业、商业领域的推广使用。

发明内容

本发明的目的在于，克服目前用电效能分析设备存在的上述缺陷，提供一种用电设备的效能监控分析仪器，以解决目前用电效能分析设备在应用、推广上的不便。

为了实现上述目的，本发明提出了一种用电设备的效能监控分析仪器，直接串联在用电设备的电源回路中，所述仪器包括：采集模块、监控分析模块和通信模块；

所述采集模块，用于对用电设备的电参数进行采集并发送给监控分析模块；所述电参数包括电压和电流；

所述监控分析模块，用于对获取的电参数进行分析处理，获取用电设备的状态及时长，根据通过用电设备在每个状态阶段内的功率和时长计算出用电设备在每个阶段内的消耗电能和累积电能，并对设备是否发生电流超限或电压超差故障进行判断；

所述通信模块，用于通过接入的网络接口与服务器之间进行通信，将所述监控分析模块的计算出的设备参数和故障判断结果发送给服务器。

作为上述装置的一种改进，所述仪器还包括：电源模块，用于从供电线路取电，进行电源转换并供给其他功能模块使用。

作为上述装置的一种改进，所述监控分析模块包括：

用电设备状态判断单元，用于通过电压和电流矢量关系计算出当前用电设备实时有功功率、无功功率和功率因子，根据设置的状态监控阈值，得到用电设备的状态，所述状态包括：开机、关机、待机或运行，并记录各个状态的时长；

开机率计算单元，用于根据用电设备开机、关机、待机、运行的状态和时间，评估设备的开机使用率h＝T3/T1,其中T1是用电设备开机时长，T3是运行时长；

电能计算单元，用于通过用电设备在每个状态阶段内的功率和时长，计算出用电设备在每个阶段内的消耗电能以及累计电能；

设备故障诊断单元，用于通过比较电源任意单相电压与三相平均电压的关系，并根据设置的电压阈值，判读用电设备电压是否为电压超差故障；同时通过比较电源任意单相电流与三相平均电流的关系，并根据设置的电流阈值，判读用电设备电流是否为电流超限故障，从而形成设备故障信息。

本发明还提供了一种用电设备的效能监控分析系统，包括若干个所述的用电设备的效能监控分析仪器和数据监控服务器，每套监控分析仪器串联在不同用电设备的电源回路中；通过无线网络WIFI或者有线网络WLAN把若干套监控分析仪器和数据监控服务器连接在一起；所述数据监控服务器端，用于对每套监控分析仪器的用电设备参数进行配置，采集各个用电设备的监控仪器实时上传的用电设备的效能监控分析参数，显示多个监控分析仪器的数据信息。

基于上述系统，本发明还提供了一种用电设备的效能监控分析方法，所述方法包括：

步骤1)将若干个效能监控分析仪器分别串接入不同用电设备的供电线路；

步骤2)所述数据监控服务器扫描在IP同一网段的网络的所有仪器，在数据监控服务器上使用在线仪器配置软件，远程获取及修改仪器数据访问端口；

步骤3)每个效能监控分析仪器的监控分析模块的用电设备状态判断单元启动，通过获取到的电压和电流矢量关系计算出当前用电设备实时有功功率、无功功率和功率因数；实时监测功率变化，根据设置的状态监控阈值，得到用电设备的运行状态及时长；

步骤4)每个效能监控分析仪器的监控分析模块的设备故障诊断单元启动，通过比较电源任意单相电压与三相平均电压的关系，并根据设置的电压阈值，判读用电设备电压是否为电压超差故障；同时通过比较电源任意单相电流与三相平均电流的关系，并根据设置的电流阈值，判读用电设备电流是否为电流超限故障，从而形成设备故障信息；

步骤5)每个效能监控分析仪器的监控分析模块的开机率计算单元启动，根据用电设备开机、关机、待机、运行的状态和时间，评估设备的开机使用率h＝T3/T1,其中T1是用电设备开机时长，T3是运行时长；

步骤6)每个效能监控分析仪器的监控分析模块的电能计算单元启动，通过用电设备在每个状态阶段内的功率和时长，计算出用电设备在每个阶段内消耗电能以及累计电能；

步骤7)在数据监控服务器上运行在线数据监控软件，启动轮询任务，定时访问在线监控仪器以获取用电设备效能信息机设备故障信息，所述用电设备效能信息包括：实时电压、电流、有/无功功率、功率因数、消耗电能和累计电能。

作为上述方法的一种改进，所述状态监控阈值的取值过程为：通过功率预估计算或者功率实测验证，得到设备开机、关机、待机和运行状态时的各种状态的功率特征值，并将此特征值的上下5％设置为状态监控阈值。

作为上述方法的一种改进，所述步骤4)的电流阈值为均值电流的上下10％，电压阈值为均值电压的上下10％。

作为上述方法的一种改进，所述步骤4)的电流阈值为均值电流的上下20％，电压阈值为均值电压的上下20％。

本发明有益效果在于：

本发明的用电设备的效能监控分析仪器，可通过有线、无线等方式构建任何规模级的用电设备效能分析网络，采集监测多种类设备电参数，分析提取特征状态，记录状态变化，并可以监控用电设备异常并故障报警。所发明的仪器无需额外系统供电，网络接入方式灵活，具有很好的易用性。

附图说明

图1是本发明的用电设备的效能监控分析仪器的组成示意图；

图2是本发明的用电设备的效能监控分析仪器的网络架构示意图；

图3是本发明的用电设备的效能监控分析方法的流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段和功效，以下结合附图及较佳实施例，

如图1所示，一种用电设备的效能监控分析仪器，直接串联在用电设备的电源回路中，包括：采集模块、监控分析模块、通信模块和电源模块。

所述采集模块，用于对用电设备的电参数进行采集，电参数包括电压和电流；该单元支持多种配电环境、多种电参数量程的用电设备接入与多种类电参数信息实时采集。

所述监控分析模块，通过电压和电流矢量关系计算出当前用电设备实时有功功率和无功功率；通过实时监测功率变化并结合用电设备运行状态的功率差异，设置监控阈值门限，根据功率所在范围，获取设备运行状态特征，得到用电设备开机、关机、待机、运行等状态；通过提取开机、关机、待机、运行状态的发生的的特征时刻和设备阶段功率计算出设备阶段消耗电能和累计电能；通过比较电源任意单相电压与三相平均电压的关系，并设置阈值门限范围，根据超差情况判读获取设备电源电压是否超差故障；通过比较电源任意单相电流与三相平均电流的关系，并设置阈值门限范围，根据超差情况判读获取用电设备电流是否超差故障，形成设备故障信息；

所述通信模块，用于通过接入的有线、无线网络接口与服务器之间进行通信；

所述电源模块，用于从供电线路取电，进行电源转换并供给其他功能单元使用。

进一步的由多个监控分析仪器组成系统如图2所示，针对多台用电设备的监控分析需求，对每台用电设备安装一套效能监控分析仪器，通过无线网络WIFI或者有线网络WLAN，把若干套监控分析仪器和数据监控服务器组成网络系统，在服务器端配置好每套监控分析仪器的设备参数后，各个设备的监控仪器开始不断的把用电设备的效能监控分析参数实时上传到数据监控服务器，在服务器端运行系统监控软件，可以实时得到并显示多个监控分析仪器数据信息。进一步的这些用电设备的效能分析数据，通过企业管理网可以上传推送给ERP、MES、PCS等系统，为用于企业的管理决策提供支撑。

该仪器的使用及软件分析方法如下：

步骤1)将效能监控分析仪器串接入用电设备的供电线路；

步骤2)客户端扫描在同一网段的网络的所有仪器的IP地址；

步骤3)远程获取仪器的访问端口并配置参数；

步骤4)开启服务器监控软件，轮询在线仪器以获取用电设备效能信息。

步骤5)配置监控分析软件的状态监控功率门限参数，实时监测及自主判断，获取用电设备的工作状态及用电设备电源异常；

步骤6)通过监控分析软件实时状态监测，确定工况消耗时长及电能；

步骤7)通过监控分析软件工况统计及核算，评估设备的开机及使用率；

步骤8)通过监控分析软件设备工况统计核算、使用率评估，实现用电设备效能监控。

如图3所示，实施具体步骤如下：

步骤1)将效能监控分析仪器串接入用电设备的供电线路；

例如，针对三相交流380V用电设备，将供电输入线的各个相线L1、L2、L3及接地线PEN依次套接端子连接器并接入效能监控分析仪器的电源输入端子接线柱固定。将用电设备的取电线对应的三个相线依次接入效能监控分析仪器的端圆输出端子接线柱固定。

步骤2)扫描与服务器在IP同一网段的网络的所有仪器，并可修改仪器的网络接入方式及地址；

如修改有线以太网或者无线Wi-Fi接入，设置动态获取IP地址或者静态IP等。

步骤3)在服务器上使用在线仪器配置软件，远程获取及修改仪器数据访问端口；

如设置数据访问TCP端口号设置为4000，并配置电参数参考值以及故障阈值等，如初始化电能统计值为0千瓦时，设置电流超限值为30A，电压超差值阈值为均值电压的10％等。

步骤4)在服务器上运行在线数据监控软件，启动轮询任务，定时访问在线仪器以获取用电效能信息，如实时电压、电流、有/无功功率、功率因数、累计电能等。

步骤5)配置监控分析软件的状态监控功率门限参数，通过功率预估计算或者功率实测验证等方法，得到设备开机、关机、待机、运行等状态时的各种状态的功率特征值，并将此特征值的上下5％范围(5％可调整)设置为门限阈值，依次设置关机、开机、待机、运行等多档门限阈值，据此得到用电设备的运行状态。

步骤6)通过比较电源任意单相电压与三相平均电压的关系，并设置阈值门限范围，如均值上下20％(20％可调整)，根据超差情况判读获取设备电源电压是否超差故障；通过比较电源任意单相电流与三相平均电流的关系，并设置阈值门限范围，如均值上下20％(20％可调整)，根据超差情况判读获取用电设备电流是否超差故障，形成电流超限、电压超差、电源缺相等设备故障信息。

步骤7)通过提取用电设备的开机、关机、待机、运行等状态的发生的特征时刻t1、t2、t3…，进一步得到开机时长，待机时长，运行时长等，并更加设备在每个阶段内的功率和时长，计算出用电设备在每个阶段内消耗电能以及累计电能。

步骤7)进一步通过在监控分析仪器中，根据工况统计及核算，基于开机、关机和待机、运行等状态和时间，评估设备的开机使用率h＝T3/T1,其中T1是用电设备开机时长，T2是待机时长，T3是运行时长。

步骤8)进一步的在服务器端，在获取到每台用电设备的效能监控分析参数后，通过对整个厂区的多台用电设备的开机、关机、待机、运行状态监控，以及各个设备的开机使用率情况监控，通过统计核算和评估，实现厂区多个用电设备效能监控。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种用电设备的效能监控分析仪器，直接串联在用电设备的电源回路中，其特征在于，所述仪器包括：采集模块、监控分析模块和通信模块；

所述采集模块，用于对用电设备的电参数进行采集并发送给监控分析模块；所述电参数包括电压和电流；

所述监控分析模块，用于对获取的电参数进行分析处理，获取用电设备的状态及时长，根据通过用电设备在每个状态阶段内的功率和时长计算出用电设备在每个阶段内的消耗电能和累积电能，并对设备是否发生电流超限或电压超差故障进行判断；

所述通信模块，用于通过接入的网络接口与服务器之间进行通信，将所述监控分析模块的计算出的设备参数和故障判断结果发送给服务器；

所述监控分析模块包括：

用电设备状态判断单元，用于通过电压和电流矢量关系计算出当前用电设备实时有功功率、无功功率和功率因子，根据设置的状态监控阈值，得到用电设备的状态，所述状态包括：开机、关机、待机或运行，并记录各个状态的时长；

开机率计算单元，用于根据用电设备开机、关机、待机、运行的状态和时间，评估设备的开机使用率h＝T3/T1,其中T1是用电设备开机时长，T3是运行时长；

电能计算单元，用于通过用电设备在每个状态阶段内的功率和时长，计算出用电设备在每个阶段内的消耗电能以及累计电能；

设备故障诊断单元，用于通过比较电源任意单相电压与三相平均电压的关系，并根据设置的电压阈值，判读用电设备电压是否为电压超差故障；同时通过比较电源任意单相电流与三相平均电流的关系，并根据设置的电流阈值，判读用电设备电流是否为电流超限故障，从而形成设备故障信息。

2.根据权利要求1所述的用电设备的效能监控分析仪器，其特征在于，所述仪器还包括：电源模块，用于从供电线路取电，进行电源转换并供给其他功能模块使用。

3.一种用电设备的效能监控分析系统，其特征在于，包括若干个权利要求1-2之一所述的用电设备的效能监控分析仪器和数据监控服务器，每套监控分析仪器串联在不同用电设备的电源回路中；通过无线网络WIFI或者有线网络WLAN把若干套监控分析仪器和数据监控服务器连接在一起；所述数据监控服务器端，用于对每套监控分析仪器的用电设备参数进行配置，采集各个用电设备的监控仪器实时上传的用电设备的效能监控分析参数，显示多个监控分析仪器的数据信息。

4.一种基于权利要求3所述的用电设备的效能监控分析系统实现的用电设备的效能监控分析方法，所述方法包括：

步骤1)将若干个效能监控分析仪器分别串接入不同用电设备的供电线路；

步骤2)所述数据监控服务器扫描在IP同一网段的网络的所有仪器，在数据监控服务器上使用在线仪器配置软件，远程获取及修改仪器数据访问端口；

步骤3)每个效能监控分析仪器的监控分析模块的用电设备状态判断单元启动，通过获取到的电压和电流矢量关系计算出当前用电设备实时有功功率、无功功率和功率因数；实时监测功率变化，根据设置的状态监控阈值，得到用电设备的运行状态及时长；

步骤4)每个效能监控分析仪器的监控分析模块的设备故障诊断单元启动，通过比较电源任意单相电压与三相平均电压的关系，并根据设置的电压阈值，判读用电设备电压是否为电压超差故障；同时通过比较电源任意单相电流与三相平均电流的关系，并根据设置的电流阈值，判读用电设备电流是否为电流超限故障，从而形成设备故障信息；

步骤5)每个效能监控分析仪器的监控分析模块的开机率计算单元启动，根据用电设备开机、关机、待机、运行的状态和时间，评估设备的开机使用率h＝T3/T1,其中T1是用电设备开机时长，T3是运行时长；

步骤6)每个效能监控分析仪器的监控分析模块的电能计算单元启动，通过用电设备在每个状态阶段内的功率和时长，计算出用电设备在每个阶段内消耗电能以及累计电能；

步骤7)在数据监控服务器上运行在线数据监控软件，启动轮询任务，定时访问在线监控仪器以获取用电设备效能信息机设备故障信息，所述用电设备效能信息包括：实时电压、电流、有/无功功率、功率因数、消耗电能和累计电能。

5.根据权利要求4所述的用电设备的效能监控分析方法，其特征在于，所述状态监控阈值的取值过程为：通过功率预估计算或者功率实测验证，得到设备开机、关机、待机和运行状态时的各种状态的功率特征值，并将此特征值的上下5％设置为状态监控阈值。

6.根据权利要求4所述的用电设备的效能监控分析方法，其特征在于，所述步骤4)的电流阈值为均值电流的上下10％，电压阈值为均值电压的上下10％。

7.根据权利要求4所述的用电设备的效能监控分析方法，其特征在于，所述步骤4)的电流阈值为均值电流的上下20％，电压阈值为均值电压的上下20％。

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