CN112884459A - 一种能源消耗过程监控系统及其节能分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的一种能源消耗过程监控系统及其节能分析方法，它包括依次连接的数据采集模块、数据传输模块、数据处理平台和数据监管平台，所述数据采集模块的输出端与所述数据传输模块的输入端相连接，所述数据传输模块的输出端与所述数据处理平台的输入端相连接，所述数据处理平台的输出端与所述数据监管平台的输入端相连接。本发明帮助企业掌握设备的运行工况，保证能源的稳定供应和设备的经济运行，实现设备节能，掌握能源消耗情况，实时探测电气火灾隐患，预防火灾事故；对数据进行预测，帮助企业制定更加切实有效的能源消耗和成本计划；降低人力成本，提高电能质量，降低设备故障率，节省用能成本，优化生产工艺，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及能源管控技术领域，尤其涉及一种能源消耗过程监控系统及其节能分析方法。
背景技术
现有的能源消耗监控方案以RS485能耗计量终端、中间层数据网关和B/S架构的能源监控系统为主。RS485能耗计量终端需通过RS485总线连接至中间层数据网关，中间层数据网关在将数据转发至服务器。传统方案所带来的问题有无法及时发现和定位设备故障隐患，预防事故，保障用电和能源供应安全；难以有效监测和评估主要耗能设备的用能效率和电能质量，无法降低设备故障率、提高设备利用率和实现设备经济运行；缺少决策数据支持，对于节能评估无法提供可靠参考数据，造成能源和成本浪费；缺乏有效的企业能效评估指标和考核体系，能耗管理措施难以落地；缺乏生产数据支撑，无法对生产进行有效安排调度调优等问题。
经过检索中国专利公开号CN200910228838.5公开了一种能源消耗监控系统，采用软件和硬件两方面来实现的，通过利用电脑与XLF-60H智能流量显示仪相连接，中间通过RS485转RS232的通信模块，把数据传到流量表监控软件上，然后又通过RS232转RS485的通信模块发送到每个车间的控制箱内，然后通过发光LED显示器显示出来，解决了现有的能源消耗监控方案无法提供的车间水、蒸汽、天然气等能源用量实时监控和降低不合格品的产生，降低企业的生产成本的技术问题。但是该现有技术还是存在无法及时发现和定位设备故障隐患，预防事故，保障用电和能源供应安全；难以有效监测电能质量，无法降低设备故障率、提高设备利用率和实现设备经济运行；缺乏有效的企业能效评估指标和考核体系，能耗管理措施难以落地等问题。
经过检索中国专利公开号CN201710333927.0公开了能效监控系统，包括至少一个能耗计量表，用于采集能源消耗系统的各能源设备的能源消耗数据；云服务器，用于获取所采集的各能源设备的能源消耗数据进行存储，并分析输出能效运行优化方案；能效监控平台，用于对各能源设备进行运行实时状态监控，以及对各能源设备进行优化控制；所述能耗计量表通过有线或无线通信方式与云服务器连接，所述云服务器与能效监控平台连接，解决了现有的能源消耗监控方案无法提供的设备运行工况、能效的实时监控和能源设备优化控制的技术问题。但是该现有技术还是存在缺乏有效的企业能效评估指标和考核体系，能耗管理措施难以落地；缺乏生产数据支撑，无法对生产进行有效安排调度调优等问题。
经过检索中国专利公开号CN201610045382.9公开了一种能耗监控应用系统及能耗监控的方法，所述能耗监控应用系统包括：监测控制单元、机台设备、设备计算机系统BC和服务器；监测控制单元用于监测机台设备消耗的能源数据，BC用于将能源数据的格式转换成服务器支持的格式并向服务器发送转换后的能源数据；服务器用于根据转换后的能源数据确定机台设备的当前能源消耗值，根据当前能源消耗值和机台设备当前的加工状态信息确定控制指令，向监测控制单元发送所述控制指令，监测控制单元还用于根据控制指令控制机台设备的能源消耗，解决了现有的能源消耗监控方案无法提供的远程动态控制机台设备能源消耗的技术问题。但是该现有技术还是存在无法及时发现和定位设备故障隐患，预防事故，保障用电和能源供应安全；难以有效监测电能质量，无法降低设备故障率、提高设备利用率和实现设备经济运行；缺乏有效的企业能效评估指标和考核体系，能耗管理措施难以落地等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能源消耗过程监控系统及其节能分析方法，运用物联网技术、电力参数传感技术、自动化技术、云计算、大数据分析和集中管理模式，对企业变配电设备的运行、不同种类能源的消耗、生产组织的运行、能源费用的支出各环节进行动态监控，通过数据分析和数据挖掘，帮助企业掌握能源、成本的消耗情况以及设备的运行状况，量化企业各级能源利用差距，加强智能化管理水平；同时为提高能源和设备利用效率、挖掘节能潜力提供基础数据和支持，为节能技改指明方向。
本发明的目的是这样实现的：
一种能源消耗过程监控系统，它包括依次连接的数据采集模块、数据传输模块、数据处理平台和数据监管平台，所述数据采集模块的输出端与所述数据传输模块的输入端相连接，所述数据传输模块的输出端与所述数据处理平台的输入端相连接，所述数据处理平台的输出端与所述数据监管平台的输入端相连接；所述数据处理平台包括数据接收模块、数据甄别模块、数据计算模块、数据存储模块和数据交互模块，所述数据接收模块的输出端与所述数据甄别模块的输入端相连接，所述数据甄别模块的输出端与所述数据计算模块的输入端相连接，所述数据计算模块的输出端与所述数据存储模块的输入端相连接，所述数据存储模块的输出端与所述数据交互模块的输入端相连接；所述数据监管平台包括能源管理子系统、设备管理子系统、生产管理子系统、数据分析子系统、数据统计子系统、异常管理子系统、权限管理子系统、辅助管理子系统和指令管理子系统。
进一步地，所述数据采集模块包括电流互感器、电压互感器、温度传感器、湿度传感器、智能电气仪表、智能远传水表、燃气表、冷热量表、Lora无线通讯模块、全网通4G通讯模组、RS485通讯接口和RJ45通讯网口，采集全电力参数测量、电压及电流不平衡度、电压、电流2-31次分次谐波测量及总谐波含量、正反向有功/无功电能计量、三相电压/电流/功率/合相功率的极大值和极小值及发生时间、开关断路器状态、水量、燃气量、冷量、热量、蒸汽、氧气、氮气、压缩空气、切割气、煤气、转速、压力、温度、角度，并通过470Mhz~510MhzLora无线通讯或RS485串口通讯，将采集到的数据每分钟1次传输至数据传输模块。
进一步地，所述数据传输模块包括高集成ARM芯片、Lora无线通讯模块、全网通4G通讯模组、RS485通讯接口、RJ45通讯网口、TF卡标准插槽和嵌入式Linux平台，通过LORA无线或RS485串口接收数据采集模块采集的能源数据、电力数据和生产数据，全网通4G通讯模组的输出端通过4G网络、RJ45通讯网口的输出端通过以太网与所述数据处理平台的输入端相连接，将数据传输至数据处理平台。
进一步地，所述数据接收模块用于接收数据传输模块传输过来的企业各级用能回路的不同种类的能源数据、用电回路的电力数据及生产组织运行的生产数据，然后将数据传输至数据甄别模块；所述数据甄别模块用于对能源数据、电力数据和生产数据进行解析，并对数据的真实性和可靠性进行判别与筛选，然后将筛选后的结果传输至数据计算模块；所述数据计算模块用于对企业各级不同时间维度的能源消耗量、能源转换量、单位产品能耗强度、能源利用效率、设备运行效率、用电质量、电气故障、设备异常、用能异常进行计算、分析和预测，并将分析和预测结果传输至数据存储模块；所述数据存储模块用于对数据计算模块形成的分析结果、能源数据、电力数据、生产数据和预测数据进行高效处理，然后将处理后的结果存储到数据库中；所述数据交互模块用于从数据存储模块中提取数据分析结果、能源数据、电力数据、生产数据和预测数据，数据监管平台再从数据交互模块中提取数据。
进一步地，所述能源管理子系统用于对不同种类的能源消耗、能源消耗成本、能源指标考核、单位产品能源消耗、单位产品能源消耗成本、能源流向进行监控，并提供不同时间维度、空间维度、同一维度多节点的数据查询和比较；
所述设备管理子系统用于对变配电设备的全电力参数及开关断路器状态、重点用能设备的运行状态、运行效率和能源消耗进行监控，管理设备档案、巡检和维修计划；
所述生产管理子系统用于对产品产量、生产数据、工艺运行、班次能源消耗进行监控，并提供不同时间维度的数据查询和统计；
所述数据分析子系统用于对能源损耗、单位产品能耗水准、能源指标完成情况、费用支出情况、重要电气设备损耗和经济运行情况、重点耗能设备运行工况进行分析，提出调整变压器间负载、平衡变压器各相间负载、调整变压器负荷率、进行削峰填谷、更新变压器和电动机、无功功率补偿的节能技改建议以及容改需的降本建议，并通过数据分析和建模验证基期和报告的节能量，采用预测算法对未来的能耗消耗和能源消耗成本进行预测；
所述数据统计子系统用于对能源消耗、能源消耗成本、能源指标考核结果、产品产量、设备异常、用能异常进行统计，并提供不同时间维度、空间维度、同一维度多节点的数据查询、比较和自动生成报表；
所述异常管理子系统用于对终端采集设备通讯、企业设备运行异常、用能异常产生之后的异常流程进行管控，包括异常分时提醒、异常分级提醒、工单多人派发、工单多级派发、工单催办、工单处理和异常闭环；
所述权限管理子系统用于根据数据上传到不同节点指定不同的数据监管平台管理人员和企业运维人员；
所述辅助管理子系统用于对企业重要文档进行归档，支持快速查找，并对数据监管平台正常运行的系统参数进行配置；
所述指令管理子系统用于创建控制指令，并向数据处理平台发送控制指令，数据处理平台根据指令管理子系统下发的控制指令执行。
进一步地，所述不同种类能源包括电、水、燃气、冷量、热量、蒸汽、氧气、氮气、压缩空气、切割气、煤气中的一种或几种；所述时间维度包括实时、分钟、小时、天、周、月、季、年。
进一步地，所述全电力参数包括相电压、线电压、电流、频率、有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能、功率因数、三相不平衡度、谐波。
进一步地，所述生产数据包括生产设备运行过程的转速、压力、温度、角度中的一种或几种。
进一步地，所述控制指令包括设备分闸指令、设备合闸指令、电气故障指令、设备异常指令、用能异常指令、异常分级提醒指令、异常分时提醒指令、数据预测计算指令、能源消耗计算指令、能源成本计算指令、单位产品能源消耗计算指令、设备损耗计算指令、设备运行效率计算指令、设备运行工况指令。
一种能源消耗过程监控系统的节能分析方法，包括以下内容：
步骤SS1：数据采集，数据采集模块实时采集企业各级用能回路的不同种类的能源数据和用电回路的电力数据，转入步骤SS2；
步骤SS2：数据传输，数据传输模块将数据采集模块采集到的能源数据和电力数据，经由以太网传输给数据处理平台的数据接收模块，当数据传输模块与数据接收模块无法连接时，数据采集模块采集的数据存储在数据传输模块中，等数据传输模块与数据接收模块连接正常时再将存储在数据传输模块中的数据传输至数据接收模块，转入步骤SS3；
步骤SS3：数据接收，数据接收模块接收能源数据和电力数据之后将数据输出给数据甄别模块，转入步骤SS4；
步骤SS4：数据甄别，数据甄别模块对能源数据和电力数据进行解析，并对数据的真实性和可靠性进行判别与筛选之后将筛选之后的数据输出给数据计算模块，转入步骤SS5；
步骤SS5：数据计算，数据计算模块按照数据监管平台中指令管理子系统创建的设备损耗计算指令、设备运行效率计算指令和设备运行工况指令,采用变压器节能潜力计算方法，对企业内运行的变压器的损耗、变压器的配变负载系数、变压器的经济运行区间和变压器的最佳负载分配进行计算，判断变压器的运行效率和电能损耗量，并根据基期和报告期计算变压器经济运行之后的节电效果，挖掘节能潜力，转入步骤SS6；
步骤SS6：数据计算模块按照数据监管平台中指令管理子系统创建的设备损耗计算指令、设备运行效率计算指令和设备运行工况指令,采用电动机节能潜力计算方法，对企业内运行的电动机的损耗、电动机的配变负载系数和电动机的经济运行区间进行计算，判断电动机的运行效率和电能损耗量，并判断是否需要进行无功功率就地补偿，根据基期和报告期计算电动机经济运行之后和进行无功功率就地补偿之后的节电效果，挖掘节能潜力，转入步骤SS7；
步骤SS7：数据计算模块按照数据监管平台中指令管理子系统创建的能源消耗计算指令，对企业各级不同时间维度的能源消耗量、能源转换量和能源损耗率进行计算和分析，追踪能源消耗问题节点和薄弱环节，判断是否存在能源消耗浪费，并按照数据监管平台中指令管理子系统创建的用能异常指令，将数据计算模块的计算结果与数据监管平台中指令管理子系统设置的能源使用阈值进行比对，如果未超出阈值界限，则判定企业无能源浪费，否则判定企业有能源浪费，如果数据计算模块分析的结果判定为企业有能源浪费，则按照数据监管平台中指令管理模块创建的分级异常提醒指令和分时异常提醒指令控制的时间、对象、方式，执行其中的一种或者多种指令，转入步骤SS8；
步骤SS8：数据计算模块按照数据监管平台中指令管理子系统创建的能源成本计算指令，对企业各级不同时间维度的能源消耗成本进行计算和分析，判断是否存在能源成本浪费，转入步骤SS9；
步骤SS9：数据计算模块按照数据监管平台中指令管理子系统创建的单位产品能源消耗计算指令,对企业生产的单位产品能源消耗进行计算，并将计算结果与数据监管平台中辅助管理子系统设置的单位产品能耗行业标准进行比对，判断是否需要优化企业的生产工艺，转入步骤SS10；
步骤SS10：数据计算模块根据报告期环比数据获取最大需量和峰、平、谷时刻的用电量，比较容量和需量计费模式下的电费哪个更省钱，节省电费支出，转入步骤SS11；
步骤SS11：数据计算模块根据基期和报告的产品产量和能源消耗数据，采用归一化和回归分析，计算节能量，验证节能技改措施的有效性；数据计算模块将计算结果输出给数据存储模块，转入步骤SS12；
步骤SS12：数据存储，数据存储模块将数据计算模块形成的分析结果、能源数据、电力数据、生产数据和预测数据进行高效处理，然后将处理后的结果存储到数据库中，转入步骤SS13；
步骤SS13：数据监管平台的数据分析子系统通过数据处理平台的数据交互模块提取存储在数据存储模块中的能源损耗、单位产品能耗水准、能源指标完成情况、费用支出情况、重要电气设备损耗和经济运行情况、重点耗能设备运行工况数据，以数据为基础，分析并提出调整变压器间负载、平衡变压器各相间负载、调整变压器负荷率、进行削峰填谷、更新变压器和电动机、无功功率补偿的节能技改建议以及容改需的降本建议，并通过数据分析和建模验证基期和报告的节能量，采用预测算法对未来的能耗消耗和能源消耗成本进行预测。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明依托物联网技术、电力参数传感技术、自动化技术、云计算、大数据分析和集中管理模式，企业各级人员可以远程集中监控现场变配电设备的实时运行情况、不同种类能源的消耗情况、生产组织的运行情况和能源费用的支出情况，加强智能化管理水平，实现能源供应、消费和服务的数字化和一体化系统集成，为企业提供综合能源服务的新业态；
（2）本发明依托大数据分析，企业可以实时掌握设备的运行效率和能源损耗情况，及时发现能源在使用过程中的跑冒滴漏和异常用能等浪费的问题，挖掘节能潜力，提出相应的节能技改建议，为企业节能降耗和提高设备运行效率及质量提供决策依据，保证设备经济运行，实现设备节能；
（3）本发明依托物联网技术和电力参数传感技术，实时监控电能质量情况，可以减小设备宕机的风险，并及时发现和定位故障隐患，快速干预切除，保证能源供应和设备运行的稳定，避免因设备停运对企业生产造成影响。同时实时探测用电回路的电气火灾隐患，提前预警消除隐患，预防火灾事故；
（4）本发明依托大数据分析，企业可以根据用电情况实现容改需，降低基本电费、实现削峰填谷，优化用能策略，节省用能成本；
（5）本发明依托大数据分析，以生产数据为支撑，对生产进行有效安排调度调优，从而优化生产工艺，提高生产效率；
（6）本发明依托大数据分析，通过数据分析和建模，对数据进行预测，帮助企业制定更加切实有效的能源和成本计划；
（7）本发明依托自动化技术和集中管理模式，可以系统自动抄表、自动生成多种复杂的统计报表和管理设备台账，实现少人或者无人值守，节省工作量，降低人力成本。通过数据分析，针对各级建立有效数据考核机制，可实现办公节能10%左右。
（8）本发明依托大数据分析，指导后续对谐波源进行集中或针对性治理，有效提高功率因数，改善三相不平衡，降低零序电流，避免供电局罚款，降低设备故障率，实现节能10-13%。
附图说明
图1为本发明的功能组成示意图。
其中：
数据采集模块1、数据传输模块2、数据处理平台3、数据接收模块31、数据甄别模块32、数据计算模块33、数据存储模块34、数据交互模块35、数据监管平台4、能源管理子系统41、设备管理子系统42、生产管理子系统43、数据分析子系统44、数据统计子系统45、异常管理子系统46、权限管理子系统47、辅助管理子系统48、指令管理子系统49。
具体实施方式
为更好地理解本发明的技术方案，以下将结合相关图示作详细说明。应理解，以下具体实施例并非用以限制本发明的技术方案的具体实施态样，其仅为本发明技术方案可采用的实施态样。需先说明，本文关于各组件位置关系的表述，如A部件位于B部件上方，其系基于图示中各组件相对位置的表述，并非用以限制各组件的实际位置关系。
实施例1：
参见图1，图1绘制了本发明的结构示意图。如图所示，本发明涉及的一种能源消耗过程监控系统，它包括依次连接的数据采集模块1、数据传输模块2、数据处理平台3以及数据监管平台4，所述数据采集模块1的输出端与所述数据传输模块2的输入端相连接，所述数据传输模块2的输出端与所述数据处理平台3的输入端相连接，所述数据处理平台3的输出端与所述数据监管平台4的输入端相连接；所述数据处理平台3包括数据接收模块31、数据甄别模块32、数据计算模块33、数据存储模块34和数据交互模块35，所述数据监管平台4包括能源管理子系统41、设备管理子系统42、生产管理子系统43、数据分析子系统44、数据统计子系统45、异常管理子系统46、权限管理子系统47、辅助管理子系统48和指令管理子系统49。
所述数据采集模块1主要由电流互感器、电压互感器、温度传感器、湿度传感器、智能电气仪表、智能远传水表、燃气表、冷热量表、Lora无线通讯模块、全网通4G通讯模组、RS485通讯接口和RJ45通讯网口等硬件设备组成，采集全电力参数测量（相电压、线电压、电流、频率、有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能、功率因数）、电压及电流不平衡度、电压、电流2-31次分次谐波测量及总谐波含量、正反向有功/无功电能计量、三相电压/电流/功率/合相功率的极大值和极小值及发生时间、开关断路器状态、水量、燃气量、冷量、热量、蒸汽、氧气、氮气、压缩空气、切割气、煤气、转速、压力、温度、角度，并通过470Mhz~510Mhz Lora无线通讯或RS485串口通讯，将采集到的数据传输至数据传输模块2。
所述数据传输模块2主要由高集成ARM芯片、Lora无线通讯模块、全网通4G通讯模组、RS485通讯接口、RJ45通讯网口、TF卡标准插槽和嵌入式Linux平台组成，通过LORA无线或RS485串口接收数据采集模块1采集的能源数据、电力数据和生产数据，能够本地存储1年数据，全网通4G通讯模组的输出端通过4G网络、RJ45通讯网口的输出端通过以太网与所述数据处理平台3的输入端相连接，将数据通过4G网络或者以太网以DGJ08-2068-2012上海建筑能耗、DGJ32/TJ111-2010 江苏建筑能耗或MQTT数据传输标准传输至数据处理平台3。
所述数据处理平台3包括数据接收模块31、数据甄别模块32、数据计算模块33、数据存储模块34和数据交互模块35，所述数据传输模块2的输出端与所述数据接收模块31的输入端相连接，所述数据接收模块31的输出端与所述数据甄别模块32的输入端相连接，所述数据甄别模块32的输出端与所述数据计算模块33的输入端相连接，所述数据计算模块33的输出端与所述数据存储模块34的输入端相连接，所述数据存储模块34的输出端与所述数据交互模块35的输入端相连接；
所述数据接收模块31用于接收数据传输模块2传输过来的企业各级用能回路的不同种类的能源数据、用电回路的电力数据及生产组织运行的生产数据，然后将数据传输至数据甄别模块32；
所述数据甄别模块32用于对能源数据、电力数据和生产数据进行解析，并对数据的真实性和可靠性进行判别与筛选，然后将筛选后的结果传输至数据计算模块33；
所述数据计算模块33用于对企业各级不同时间维度的能源消耗量、能源转换量、单位产品能耗强度、能源利用效率、设备运行效率、用电质量、电气故障、设备异常、用能异常进行计算、分析和预测，并将分析和预测结果传输至数据存储模块34；
所述数据存储模块34用于对数据计算模块形成的分析结果、能源数据、电力数据、生产数据和预测数据进行高效处理，然后将处理后的结果存储到数据库中；
所述数据交互模块35用于从数据存储模块34中提取数据分析结果、能源数据、电力数据、生产数据和预测数据，数据监管平台4再从数据交互模块35中提取数据。
所述数据监管平台4包括能源管理子系统41、设备管理子系统42、生产管理子系统43、数据分析子系统44、数据统计子系统45、异常管理子系统46、权限管理子系统47、辅助管理子系统48和指令管理子系统49；
所述能源管理子系统41用于对不同种类的能源消耗、能源消耗成本、能源指标考核、单位产品能源消耗、单位产品能源消耗成本、能源流向进行监控，并提供不同时间维度、空间维度、同一维度多节点的数据查询和比较；所述不同种类能源包括电、水、燃气、冷量、热量、蒸汽、氧气、氮气、压缩空气、切割气、煤气中的一种或几种；所述时间维度包括实时、分钟、小时、天、周、月、季、年；
所述设备管理子系统42用于对变配电设备的全电力参数及开关断路器状态、重点用能设备的运行状态、运行效率和能源消耗进行监控，管理设备档案、巡检和维修计划；所述全电力参数包括相电压、线电压、电流、频率、有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能、功率因数、三相不平衡度、谐波；
所述生产管理子系统43用于对产品产量、生产数据、工艺运行、班次能源消耗进行监控，并提供不同时间维度的数据查询和统计；所述生产数据包括生产设备运行过程的转速、压力、温度、角度中的一种或几种；
所述数据分析子系统44用于对能源损耗、单位产品能耗水准、能源指标完成情况、费用支出情况、重要电气设备损耗和经济运行情况、重点耗能设备运行工况进行分析，提出调整变压器间负载、平衡变压器各相间负载、调整变压器负荷率、进行削峰填谷、更新变压器和电动机、无功功率补偿的节能技改建议以及容改需的降本建议，并通过数据分析和建模验证基期和报告的节能量，采用预测算法对未来的能耗消耗和能源消耗成本进行预测；
所述数据统计子系统45用于对能源消耗、能源消耗成本、能源指标考核结果、产品产量、设备异常、用能异常进行统计，并提供不同时间维度、空间维度、同一维度多节点的数据查询、比较和自动生成报表；
所述异常管理子系统46用于对终端采集设备通讯、企业设备运行异常、用能异常产生之后的异常流程进行管控，包括异常分时提醒、异常分级提醒、工单多人派发、工单多级派发、工单催办、工单处理和异常闭环；
所述权限管理子系统47用于根据数据上传到不同节点指定不同的数据监管平台管理人员和企业运维人员；
所述辅助管理子系统48用于对企业重要文档进行归档，支持快速查找，并对数据监管平台正常运行的系统参数进行配置；
所述指令管理子系统49用于创建控制指令，并向数据处理平台3发送控制指令，数据处理平台3根据指令管理子系统49下发的控制指令执行，控制指令包括设备分闸指令、设备合闸指令、电气故障指令、设备异常指令、用能异常指令、异常分级提醒指令、异常分时提醒指令、数据预测计算指令、能源消耗计算指令、能源成本计算指令、单位产品能源消耗计算指令、设备损耗计算指令、设备运行效率计算指令、设备运行工况指令。
参见图1，本发明涉及的一种能源消耗过程监控系统的节能分析方法，包括以下内容：
步骤SS1：数据采集，数据采集模块1实时采集企业各级用能回路的不同种类的能源数据和用电回路的电力数据，转入步骤SS2；
步骤SS2：数据传输，数据传输模块2将数据采集模块1采集到的能源数据和电力数据，经由以太网传输给数据处理平台3的数据接收模块31，当数据传输模块2与数据接收模块31无法连接时，数据采集模块1采集的数据存储在数据传输模块2中，等数据传输模块2与数据接收模块31连接正常时再将存储在数据传输模块2中的数据传输至数据接收模块31，转入步骤SS3；
步骤SS3：数据接收，数据接收模块31接收能源数据和电力数据之后将数据输出给数据甄别模块32，转入步骤SS4；
步骤SS4：数据甄别，数据甄别模块32对能源数据和电力数据进行解析，并对数据的真实性和可靠性进行判别与筛选之后将筛选之后的数据输出给数据计算模块33，转入步骤SS5；
步骤SS5：数据计算，数据计算模块33按照数据监管平台4中指令管理子系统49创建的设备损耗计算指令、设备运行效率计算指令和设备运行工况指令,采用变压器节能潜力计算方法，对企业内运行的变压器的损耗、变压器的配变负载系数、变压器的经济运行区间和变压器的最佳负载分配进行计算，判断变压器的运行效率和电能损耗量，并根据基期和报告期计算变压器经济运行之后的节电效果，挖掘节能潜力，转入步骤SS6；
步骤SS6：数据计算模块33按照数据监管平台4中指令管理子系统49创建的设备损耗计算指令、设备运行效率计算指令和设备运行工况指令,采用电动机节能潜力计算方法，对企业内运行的电动机的损耗、电动机的配变负载系数和电动机的经济运行区间进行计算，判断电动机的运行效率和电能损耗量，并判断是否需要进行无功功率就地补偿，根据基期和报告期计算电动机经济运行之后和进行无功功率就地补偿之后的节电效果，挖掘节能潜力，转入步骤SS7；
步骤SS7：数据计算模块33按照数据监管平台4中指令管理子系统49创建的能源消耗计算指令,对企业各级不同时间维度的能源消耗量、能源转换量和能源损耗率进行计算和分析，追踪能源消耗问题节点和薄弱环节，判断是否存在能源消耗浪费，并按照数据监管平台4中指令管理子系统49创建的用能异常指令，将数据计算模块33的计算结果与数据监管平台4中指令管理子系统49设置的能源使用阈值进行比对，如果未超出阈值界限，则判定企业无能源浪费，否则判定企业有能源浪费，如果数据计算模块33分析的结果判定为企业有能源浪费，则按照数据监管平台4中指令管理模块49创建的分级异常提醒指令和分时异常提醒指令控制的时间、对象、方式，执行其中的一种或者多种指令，转入步骤SS8；
步骤SS8：数据计算模块33按照数据监管平台4中指令管理子系统49创建的能源成本计算指令,对企业各级不同时间维度的能源消耗成本进行计算和分析，判断是否存在能源成本浪费，转入步骤SS9；
步骤SS9：数据计算模块33按照数据监管平台4中指令管理子系统49创建的单位产品能源消耗计算指令,对企业生产的单位产品能源消耗进行计算，并将计算结果与数据监管平台4中辅助管理子系统48设置的单位产品能耗行业标准进行比对，判断是否需要优化企业的生产工艺，转入步骤SS10；
步骤SS10：数据计算模块33根据报告期环比数据获取最大需量和峰、平、谷时刻的用电量，比较容量和需量计费模式下的电费哪个更省钱，节省电费支出，转入步骤SS11；
步骤SS11：数据计算模块33根据基期和报告的产品产量和能源消耗数据，采用归一化和回归分析，计算节能量，验证节能技改措施的有效性；数据计算模块33将计算结果输出给数据存储模块34，转入步骤SS12；
步骤SS12：数据存储，数据存储模块34将数据计算模块33形成的分析结果、能源数据、电力数据、生产数据和预测数据进行高效处理，然后将处理后的结果存储到数据库中，转入步骤SS13；
步骤SS13：数据监管平台4的数据分析子系统44通过数据处理平台3的数据交互模块35提取存储在数据存储模块34中的能源损耗、单位产品能耗水准、能源指标完成情况、费用支出情况、重要电气设备损耗和经济运行情况、重点耗能设备运行工况数据，以数据为基础，分析并提出调整变压器间负载、平衡变压器各相间负载、调整变压器负荷率、进行削峰填谷、更新变压器和电动机、无功功率补偿的节能技改建议以及容改需的降本建议，并通过数据分析和建模验证基期和报告的节能量，采用预测算法对未来的能耗消耗和能源消耗成本进行预测。
所述变压器节能潜力计算方法指根据变压器的额定容量、空载功率损耗、额定负载功率损耗、空载电流、阻抗电压等额定参数，结合变压器的有功功率、有功电能、无功电能等电参量，先计算变压器的有功功率损耗及损耗率、无功功率损耗及损耗率、综合功率损耗及损耗率，然后计算综合功率经济负载系数βJZ和平均负载系数β，根据βJZ和β判断变压器是否经济运行，变压器的经济运区包括经济运行区、最佳经济运行区和非经济运行区，如果βJZ 2≤β≤1则表明变压器运行在经济运行区内，属于经济运行状态，如果1.33βJZ 2≤β≤0.75则表明变压器运行在最佳经济运行区内，属于最佳经济运行状态，如果0≤β≤βJZ 2则表明变压器运行在非经济运行区内，属于非经济运行状态，如果变压器属于非经济运行状态，则需要调整变压器间负载、平衡变压器各相间负载、调整变压器负荷率、进行削峰填谷，如果变压器既属于非经济运行状态，损耗率又很高，则需要更换变压器。
所述电动机节能潜力计算方法指根据电动机的额定功率、额定效率、供电电压、年运行时长等额定参数，结合电动机的有功功率、有功电能、无功电能等电参量，先计算电动机的有功功率损耗、无功功率、综合功率损耗、额定综合功率损耗、综合消耗功率和额定综合消耗功率，然后计算综合效率和额定综合效率，如果综合效率≥额定综合效率，表明电动机对电能利用是经济的，如果额定综合效率的60%＜综合效率＜额定综合效率，表明电动机对电能利用是基本合理的，如果综合效率＜额定综合效率的60%，表明电动机对电能利用是不经济的，当电动机处于非经济运行状态，则需要更换或改造电动机，最后判断功率因数是否低于0.9，如果低于0.9则要进行无功补偿，并计算需要补偿的无功功率、补偿后节约的有功功率和补偿后的节电量。
所述预测算法采用小波分析和支持向量机，通过小波分析提取数据数据特性，通过支持向量机对数据进行识别和分类，实现数据预测、数据识别、数据拟合。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种能源消耗过程监控系统，其特征在于：它包括依次连接的数据采集模块、数据传输模块、数据处理平台和数据监管平台，所述数据采集模块的输出端与所述数据传输模块的输入端相连接，所述数据传输模块的输出端与所述数据处理平台的输入端相连接，所述数据处理平台的输出端与所述数据监管平台的输入端相连接；所述数据处理平台包括数据接收模块、数据甄别模块、数据计算模块、数据存储模块和数据交互模块，所述数据接收模块的输出端与所述数据甄别模块的输入端相连接，所述数据甄别模块的输出端与所述数据计算模块的输入端相连接，所述数据计算模块的输出端与所述数据存储模块的输入端相连接，所述数据存储模块的输出端与所述数据交互模块的输入端相连接；所述数据监管平台包括能源管理子系统、设备管理子系统、生产管理子系统、数据分析子系统、数据统计子系统、异常管理子系统、权限管理子系统、辅助管理子系统和指令管理子系统。
2.根据权利要求1所述的一种能源消耗过程监控系统，其特征在于：所述数据采集模块包括电流互感器、电压互感器、温度传感器、湿度传感器、智能电气仪表、智能远传水表、燃气表、冷热量表、Lora无线通讯模块、全网通4G通讯模组、RS485通讯接口和RJ45通讯网口，采集全电力参数测量、电压及电流不平衡度、电压、电流2-31次分次谐波测量及总谐波含量、正反向有功/无功电能计量、三相电压/电流/功率/合相功率的极大值和极小值及发生时间、开关断路器状态、水量、燃气量、冷量、热量、蒸汽、氧气、氮气、压缩空气、切割气、煤气、转速、压力、温度、角度，并通过470Mhz~510Mhz Lora无线通讯或RS485串口通讯，将采集到的数据传输至数据传输模块。
3.根据权利要求1所述的一种能源消耗过程监控系统，其特征在于：所述数据传输模块包括高集成ARM芯片、Lora无线通讯模块、全网通4G通讯模组、RS485通讯接口、RJ45通讯网口、TF卡标准插槽和嵌入式Linux平台，通过LORA无线或RS485串口接收数据采集模块采集的能源数据、电力数据和生产数据，全网通4G通讯模组的输出端通过4G网络、RJ45通讯网口的输出端通过以太网与所述数据处理平台的输入端相连接，将数据传输至数据处理平台。
4.根据权利要求1所述的一种能源消耗过程监控系统，其特征在于：所述数据接收模块用于接收数据传输模块传输过来的企业各级用能回路的不同种类的能源数据、用电回路的电力数据及生产组织运行的生产数据，然后将数据传输至数据甄别模块；所述数据甄别模块用于对能源数据、电力数据和生产数据进行解析，并对数据的真实性和可靠性进行判别与筛选，然后将筛选后的结果传输至数据计算模块；所述数据计算模块用于对企业各级不同时间维度的能源消耗量、能源转换量、单位产品能耗强度、能源利用效率、设备运行效率、用电质量、电气故障、设备异常、用能异常进行计算、分析和预测，并将分析和预测结果传输至数据存储模块；所述数据存储模块用于对数据计算模块形成的分析结果、能源数据、电力数据、生产数据和预测数据进行高效处理，然后将处理后的结果存储到数据库中；所述数据交互模块用于从数据存储模块中提取数据分析结果、能源数据、电力数据、生产数据和预测数据，数据监管平台再从数据交互模块中提取数据。
5.根据权利要求1所述的一种能源消耗过程监控系统，其特征在于： 所述能源管理子系统用于对不同种类的能源消耗、能源消耗成本、能源指标考核、单位产品能源消耗、单位产品能源消耗成本、能源流向进行监控，并提供不同时间维度、空间维度、同一维度多节点的数据查询和比较；
所述设备管理子系统用于对变配电设备的全电力参数及开关断路器状态、重点用能设备的运行状态、运行效率和能源消耗进行监控，管理设备档案、巡检和维修计划；
所述生产管理子系统用于对产品产量、生产数据、工艺运行、班次能源消耗进行监控，并提供不同时间维度的数据查询和统计；
所述数据分析子系统用于对能源损耗、单位产品能耗水准、能源指标完成情况、费用支出情况、重要电气设备损耗和经济运行情况、重点耗能设备运行工况进行分析，提出调整变压器间负载、平衡变压器各相间负载、调整变压器负荷率、进行削峰填谷、更新变压器和电动机、无功功率补偿的节能技改建议以及容改需的降本建议，并通过数据分析和建模验证基期和报告的节能量，采用预测算法对未来的能耗消耗和能源消耗成本进行预测；
所述数据统计子系统用于对能源消耗、能源消耗成本、能源指标考核结果、产品产量、设备异常、用能异常进行统计，并提供不同时间维度、空间维度、同一维度多节点的数据查询、比较和自动生成报表；
所述异常管理子系统用于对终端采集设备通讯、企业设备运行异常、用能异常产生之后的异常流程进行管控，包括异常分时提醒、异常分级提醒、工单多人派发、工单多级派发、工单催办、工单处理和异常闭环；
所述权限管理子系统用于根据数据上传到不同节点指定不同的数据监管平台管理人员和企业运维人员；
所述辅助管理子系统用于对企业重要文档进行归档，支持快速查找，并对数据监管平台正常运行的系统参数进行配置；
所述指令管理子系统用于创建控制指令，并向数据处理平台发送控制指令，数据处理平台根据指令管理子系统下发的控制指令执行。
6.根据权利要求5所述的一种能源消耗过程监控系统，其特征在于：所述不同种类能源包括电、水、燃气、冷量、热量、蒸汽、氧气、氮气、压缩空气、切割气、煤气中的一种或几种；所述时间维度包括实时、分钟、小时、天、周、月、季、年。
7.根据权利要求5所述的一种能源消耗过程监控系统，其特征在于：所述全电力参数包括相电压、线电压、电流、频率、有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能、功率因数、三相不平衡度、谐波。
8.根据权利要求5所述的一种能源消耗过程监控系统，其特征在于：所述生产数据包括生产设备运行过程的转速、压力、温度、角度中的一种或几种。
9.根据权利要求5所述的一种能源消耗过程监控系统，其特征在于：所述控制指令包括设备分闸指令、设备合闸指令、电气故障指令、设备异常指令、用能异常指令、异常分级提醒指令、异常分时提醒指令、数据预测计算指令、能源消耗计算指令、能源成本计算指令、单位产品能源消耗计算指令、设备损耗计算指令、设备运行效率计算指令、设备运行工况指令。
10.一种权利要求1至9所述的能源消耗过程监控系统的节能分析方法，其特征在于，包括以下内容：
步骤SS1：数据采集，数据采集模块实时采集企业各级用能回路的不同种类的能源数据和用电回路的电力数据，转入步骤SS2；
步骤SS2：数据传输，数据传输模块将数据采集模块采集到的能源数据和电力数据，经由以太网传输给数据处理平台的数据接收模块，当数据传输模块与数据接收模块无法连接时，数据采集模块采集的数据存储在数据传输模块中，等数据传输模块与数据接收模块连接正常时再将存储在数据传输模块中的数据传输至数据接收模块，转入步骤SS3；
步骤SS3：数据接收，数据接收模块接收能源数据和电力数据之后将数据输出给数据甄别模块，转入步骤SS4；
步骤SS4：数据甄别，数据甄别模块对能源数据和电力数据进行解析，并对数据的真实性和可靠性进行判别与筛选之后将筛选之后的数据输出给数据计算模块，转入步骤SS5；
步骤SS5：数据计算，数据计算模块按照数据监管平台中指令管理子系统创建的设备损耗计算指令、设备运行效率计算指令和设备运行工况指令,采用变压器节能潜力计算方法，对企业内运行的变压器的损耗、变压器的配变负载系数、变压器的经济运行区间和变压器的最佳负载分配进行计算，判断变压器的运行效率和电能损耗量，并根据基期和报告期计算变压器经济运行之后的节电效果，挖掘节能潜力，转入步骤SS6；
步骤SS6：数据计算模块按照数据监管平台中指令管理子系统创建的设备损耗计算指令、设备运行效率计算指令和设备运行工况指令,采用电动机节能潜力计算方法，对企业内运行的电动机的损耗、电动机的配变负载系数和电动机的经济运行区间进行计算，判断电动机的运行效率和电能损耗量，并判断是否需要进行无功功率就地补偿，根据基期和报告期计算电动机经济运行之后和进行无功功率就地补偿之后的节电效果，挖掘节能潜力，转入步骤SS7；
步骤SS7：数据计算模块按照数据监管平台中指令管理子系统创建的能源消耗计算指令，对企业各级不同时间维度的能源消耗量、能源转换量和能源损耗率进行计算和分析，追踪能源消耗问题节点和薄弱环节，判断是否存在能源消耗浪费，并按照数据监管平台中指令管理子系统创建的用能异常指令，将数据计算模块的计算结果与数据监管平台中指令管理子系统设置的能源使用阈值进行比对，如果未超出阈值界限，则判定企业无能源浪费，否则判定企业有能源浪费，如果数据计算模块分析的结果判定为企业有能源浪费，则按照数据监管平台中指令管理模块创建的分级异常提醒指令和分时异常提醒指令控制的时间、对象、方式，执行其中的一种或者多种指令，转入步骤SS8；
步骤SS8：数据计算模块按照数据监管平台中指令管理子系统创建的能源成本计算指令，对企业各级不同时间维度的能源消耗成本进行计算和分析，判断是否存在能源成本浪费，转入步骤SS9；
步骤SS9：数据计算模块按照数据监管平台中指令管理子系统创建的单位产品能源消耗计算指令，对企业生产的单位产品能源消耗进行计算，并将计算结果与数据监管平台中辅助管理子系统设置的单位产品能耗行业标准进行比对，判断是否需要优化企业的生产工艺，转入步骤SS10；
步骤SS10：数据计算模块根据报告期环比数据获取最大需量和峰、平、谷时刻的用电量，判断比较容量和需量计费模式下的电费哪个更省钱，节省电费支出，转入步骤SS11；
步骤SS11：数据计算模块根据基期和报告的产品产量和能源消耗数据，采用归一化和回归分析，计算节能量，验证节能技改措施的有效性；数据计算模块将计算结果输出给数据存储模块，转入步骤SS12；
步骤SS12：数据存储，数据存储模块将数据计算模块形成的分析结果、能源数据、电力数据、生产数据和预测数据进行高效处理，然后将处理后的结果存储到数据库中，转入步骤SS13；
步骤SS13：数据监管平台的数据分析子系统通过数据处理平台的数据交互模块提取存储在数据存储模块中的能源损耗、单位产品能耗水准、能源指标完成情况、费用支出情况、重要电气设备损耗和经济运行情况、重点耗能设备运行工况数据，以数据为基础，分析并提出调整变压器间负载、平衡变压器各相间负载、调整变压器负荷率、进行削峰填谷、更新变压器和电动机、无功功率补偿的节能技改建议以及容改需的降本建议，并通过数据分析和建模验证基期和报告的节能量，采用预测算法对未来的能耗消耗和能源消耗成本进行预测。
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