CN113495181A - 一种用电设备运行状态的智能管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用电设备运行状态的智能管理系统，涉及设备监测技术领域，包括云服务器、数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块、设备状态统计模块以及预警模块，实现了用电设备的运行状态的自动化统计且更为及时，同时可以避免人为误差；还实现了对实时数据进行监控，并可以对电力设备的运行进行过程控制，方便时候追溯，管理人员通过上传到云服务器的用电设备的数据，从而能够快速的对用电设备的运行状态进行监测，从而大大的提高了用电设备的管理效率；该方案使用时间段内的平均功率，消除了设备运行中实时功率波动较大的干扰，使得准确度更加准确。

Description

一种用电设备运行状态的智能管理系统

技术领域

本发明属于设备监测技术领域，具体是一种用电设备运行状态的智能管理系统。

背景技术

随着工业的发展，对用电量的需求也越来越大，因此，用电设备的用电安全更加重要。现有用电设备在使用过程中经常会出现不合理使用，导致用电设备过载，会引起用电设备烧坏，存在一定的安全隐患；

而在实际生产过程中，对用电设备的运行状态的监控，大多还是依靠人工统计设备运行数据，然后对用电设备的运行状态进行分析，这样的方式费时费力，管理效率低下，且设备运行过程中实时功率波动较大时，则会对分析结果产生较大的影响，如何提高设备管理效率的同时，能够消除设备运行波动带来的影响，是我们需要解决的问题，为此，现提供一种用电设备运行状态的智能管理系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用电设备运行状态的智能管理系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种用电设备运行状态的智能管理系统，包括云服务器、数据采集模块、预警模块，所述云服务器通信连接有数据处理模块、数据分析模块以及设备状态统计模块；

所述数据采集模块具体为三相交流电能表，用于获取用电设备的电力数据；

所述数据处理模块，用于对数据采集模块获取到的电力数据进行处理，从而获得正向有功电能示数序列，并得到平均功率值P_n3；

所述数据分析模块，用于根据数据处理模块获得的平均功率值P_n3，对用电设备的运行状态进行分析，并将分析后的数据发送至设备状态统计模块；

所述设备状态统计模块，用于获取用电设备在各个运行状态下的运行时间和耗电量，然后分别获得用电设备的开机率KJ、用电设备的负载率FZ以及用电设备的平均负荷P_平均，从而完成对用电设备的运行状态的统计。

进一步的，用电设备的电力数据的采集过程包括：将三相交流电能表安装在用电设备的电源处，在持续时间为t内，通过三相电能表获取用电设备的三相电压以及三相电流互感器的三相电流，将持续采集时间为t的时间段内三相电能表获得的电力参数标记为参数组。

进一步的，三相交流电能表的安装过程包括：将三相交流电能表的三相电压端分别标记为U_a、U_b、U_c；将三相交流电能表的三相电压端U_a、U_b、U_c分别与三相电的对应相进行连接，并在三相电的出线上分别安装三相电流互感器；将三相电能表的三相电流端分别标记为I_a、I_b、I_c，并将三相电能表的三相电流端I_a、I_b、I_c分别与三相电流互感器二次侧电流对应的电流三相端相连接。

进一步的，对电力数据的处理过程包括：获得用电设备的有功功率P_t；根据有功功率P_t获得用电设备在时间0-t内消耗的正向有功电能W1_t；然后重复步骤获得0-2t的时间段内消耗的正向有功电能，并记为W2_t，以此类推获得0-nt时间段内消耗的正向有功电能Wn_t；通过步骤S3获得正向有功电能示数序列W1_t、W2_t……Wn_t；当n≥3时，则获得对应时刻nt前3t时间段内的平均功率值P_n3。

进一步的，对用电设备的运行状态的分析过程包括：当0＜P_n3≤P_停机时，则用电设备在nt时的运行状态为停机；当P_停机＜P_n3≤P_待机时，则用电设备在nt时的运行状态为待机；当P_待机＜P_n3≤P_运行时，则用电设备在nt时的运行状态为运行；当P_n3＞P_运行时，则判定用电设备在nt时的功率过载，则通过预警模块发送预警信息；其中P_停机为停机功率阈值、P_待机为待机功率阈值、P_运行为运行功率阈值。

进一步的，设备状态统计模块对用电设备在各个运行状态下的运行时间的统计过程包括：分别获取用电设备的运行状态为停机、待机以及运行的次数，并分别记为n_停机、n_待机以及n_运行；通过公式t_停机＝n_停机×t、t_待机＝n_待机×t以及t_运行＝n_运行×t分别获得用电设备的停机时间t_停机、用电设备的停机时间t_待机以及用电设备的停机时间t_运行。

进一步的，设备状态统计模块对用电设备在各个运行状态下的耗电量的统计过程包括：分别获取用电设备的运行状态为停机、待机以及运行时的有功功率，并分别记为P_n3_i停机、P_n3_j待机、P_n3_k运行；分别通过公式

以及

获得用电设备运行状态为停机时的总耗电量W_停机、用电设备运行状态为待机时的总耗电量W_待机以及用电设备运行状态为运行时的总耗电量W_运行。

进一步的，三相电能表通过ModbusDTU协议，由485接口将参数组上传至网关，再由网关转换成TCP/IP协议，由4G方式上传至云服务器并进行存储。

本发明的有益效果：

1、相比人工统计方式，该方案实现了对用电设备运行状态的自动化统计，且更为及时；同时，与传统的人工统计的方式相比，可以避免人为误差；通过对用电设备的实时数据的监控，从而可以对用电设备的运行状态进行过程监控，从而能够更好的追溯原因也更为方便，管理人员通过上传到云服务器的用电设备的数据，从而能够快速的对用电设备的运行状态进行监测，从而大大的提高了用电设备的管理效率；

2、相比通过对设备改造来统计的方式，该方案只需在现有的能源管理系统上进行部署，成本更低；在统计时间的同时，还可以统计耗电量和各状态下的平均功率，更有利于节能工作的开展；

3、相比用设备的实时功率来判断的方式，该方案使用时间段内的平均功率，消除了设备运行中实时功率波动较大的干扰，使得准确度更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种用电设备运行状态的智能管理系统的原理框图。

具体实施方式

如图1所示，一种用电设备运行状态的智能管理系统，包括云服务器、数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块、设备状态统计模块以及预警模块，且各个模块之间的连接方式为通信连接；

所述数据采集模块具体为三相交流电能表，用于获取用电设备的电力数据，具体采集过程包括以下步骤：

步骤C1：将三相交流电能表安装在用电设备的电源处，三相交流电能表的安装过程具体包括：

步骤C11：将三相交流电能表的三相电压端分别标记为U_a、U_b、U_c；

步骤C12：将三相交流电能表的三相电压端U_a、U_b、U_c分别与三相电的对应相进行连接，并在三相电的出线上分别安装三相电流互感器；

步骤C13：将三相电能表的三相电流端分别标记为I_a、I_b、I_c，并将三相电能表的三相电流端I_a、I_b、I_c分别与三相电流互感器二次侧电流对应的电流三相端相连接；

步骤C2：通过三相电能表获取用电设备的三相电压，并分别标记为U₁、U₂以及U₃；通过三相电能表获取三相电流互感器的三相电流，并分别标记为I₁、I₂以及I₃，其中，三相电能表获取用电设备的三相电压和三相电流互感器的三相电流的持续采集时间为t，t的单位为h；

步骤C3：将持续采集时间为t的时间段内三相电能表获得的电力参数标记为参数组；

步骤C4：将步骤C1-C3获得的数据发送至数据处理模块。

需要进一步说明的是，三相电能表通过ModbusDTU协议，由485接口将参数组上传至网关，再由网关转换成TCP/IP协议，由4G方式上传至云服务器并进行存储；

所述数据处理模块用于对数据采集模块获取到的电力数据进行处理，具体过程包括以下步骤：

步骤S1：在0-t的时间段内，通过公式P_t＝U₁×I₁×PF₁+U₂×I₂×PF₂+U₃×I₃×PF₃获得用电设备的有功功率P_t；其中PF₁、PF₂、PF₃分别为三相功率因数；

步骤S2：根据有功功率P_t获得用电设备在时间0-t内消耗的正向有功电能W1_t；其中W1_t＝∫P_tdt；

步骤S3：重复步骤S1-S2获得0-2t的时间段内消耗的正向有功电能，并记为W2_t，以此类推获得0-nt时间段内消耗的正向有功电能Wn_t；其中n为整数；

步骤S4：通过步骤S3获得正向有功电能示数序列W1_t、W2_t……Wn_t；当n≥3时，则通过公式获得P_n3＝(W_n-W_n-3)×A/3t获得对应时刻nt前3t时间段内的平均功率值P_n3；其中A为三相电流互感器的倍率；

步骤S5：将步骤S1-S4获得的数据发送至数据分析模块。

所述数据分析模块用于根据数据处理模块获得的数据，对用电设备的运行状态进行分析，具体分析过程包括以下步骤：

步骤F1：将用电设备的运行状态分别设置为停机、待机以及运行；

步骤F2：根据用电设备的运行状态分别设置停机功率阈值P_停机、待机功率阈值P_待机、运行功率阈值P_运行；

步骤F3：当0＜P_n3≤P_停机时，则用电设备在nt时的运行状态为停机；

当P_停机＜P_n3≤P_待机时，则用电设备在nt时的运行状态为待机；

当P_待机＜P_n3≤P_运行时，则用电设备在nt时的运行状态为运行；

当P_n3＞P_运行时，则判定用电设备在nt时的功率过载，则通过预警模块发送预警信息；

步骤F4：将步骤F1-F3获得的分析结果上传至设备状态统计模块。

所述设备状态统计模块用于对用电设备在各个运行状态下的运行时间和耗电量，具体过程包括以下步骤：

步骤T1：分别获取用电设备的运行状态为停机、待机以及运行的次数，并分别记为n_停机、n_待机以及n_运行；

步骤T2：通过公式t_停机＝n_停机×t获得用电设备的停机时间t_停机；

通过公式t_待机＝n_待机×t获得用电设备的停机时间t_待机；

通过公式t_运行＝n_运行×t获得用电设备的停机时间t_运行；

步骤T3：分别获取用电设备的运行状态为停机、待机以及运行时的有功功率，并分别记为P_n3_i停机、P_n3_j待机、P_n3_k运行；其中i＝1，2，……，n_停机；其中j＝1，2，……，n_待机；其中k＝1，2，……，n_运行；

步骤T4：通过公式

获得用电设备运行状态为停机时的总耗电量W_停机；通过公式

获得用电设备运行状态为待机时的总耗电量W_待机；通过公式

获得用电设备运行状态为运行时的总耗电量W_运行；

步骤T5：通过公式KJ＝(t_待机+t_运行)/(t_待机+t_运行+t_停机)获得用电设备的开机率KJ；通过公式FZ＝t_运行/(t_待机+t_运行)获得用电设备的负载率FZ；通过公式P_平均＝W_运行/t_运行获得用电设备的平均负荷。

在具体实施过程中，设备状态统计模块将获取到用电设备的开机率、负载率以及平均负荷上传至云服务器内，管理人员通过上传到云服务器的用电设备的数据，从而能够快速的对用电设备的运行状态进行监测，从而大大的提高了用电设备的管理效率。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式；所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方法的目的。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用电设备运行状态的智能管理系统，包括云服务器、数据采集模块以及预警模块，其特征在于，所述云服务器通信连接有数据处理模块、数据分析模块以及设备状态统计模块；

所述数据采集模块，用于获取用电设备的电力数据；

所述数据处理模块，用于对数据采集模块获取到的电力数据进行处理，从而获得正向有功电能示数序列，并得到平均功率值P_n3；

所述数据分析模块，用于根据数据处理模块获得的平均功率值P_n3，对用电设备的运行状态进行分析，并将分析后的数据发送至设备状态统计模块；

所述设备状态统计模块，用于获取用电设备在各个运行状态下的运行时间和耗电量，然后分别获得用电设备的开机率KJ、用电设备的负载率FZ以及用电设备的平均负荷P_平均，从而完成对用电设备的运行状态的统计。

2.根据权利要求1所述的一种用电设备运行状态的智能管理系统，其特征在于，用电设备的电力数据的采集过程包括：将三相交流电能表安装在用电设备的电源处，在持续时间为t内，通过三相电能表获取用电设备的三相电压以及三相电流互感器的三相电流，将持续采集时间为t的时间段内三相电能表获得的电力参数标记为参数组。

3.根据权利要求2所述的一种用电设备运行状态的智能管理系统，其特征在于，三相交流电能表的安装过程包括：将三相交流电能表的三相电压端分别标记为U_a、U_b、U_c；将三相交流电能表的三相电压端U_a、U_b、U_c分别与三相电的对应相进行连接，并在三相电的出线上分别安装三相电流互感器；将三相电能表的三相电流端分别标记为I_a、I_b、I_c，并将三相电能表的三相电流端I_a、I_b、I_c分别与三相电流互感器二次侧电流对应的电流三相端相连接。

4.根据权利要求2所述的一种用电设备运行状态的智能管理系统，其特征在于，对电力数据的处理过程包括：获得用电设备的有功功率P_t；根据有功功率P_t获得用电设备在时间0-t内消耗的正向有功电能W1_t；然后重复步骤获得0-2t的时间段内消耗的正向有功电能，并记为W2_t，以此类推获得0-nt时间段内消耗的正向有功电能Wn_t；获得正向有功电能示数序列W1_t、W2_t……Wn_t；当n≥3时，则获得对应时刻nt前3t时间段内的平均功率值P_n3。

5.根据权利要求4所述的一种用电设备运行状态的智能管理系统，其特征在于，对用电设备的运行状态的分析过程包括：当0＜P_n3≤P_停机时，则用电设备在nt时的运行状态为停机；当P_停机＜P_n3≤P_待机时，则用电设备在nt时的运行状态为待机；当P_待机＜P_n3≤P_运行时，则用电设备在nt时的运行状态为运行；当P_n3＞P_运行时，则判定用电设备在nt时的功率过载，则通过预警模块发送预警信息；其中P_停机为停机功率阈值、P_待机为待机功率阈值、P_运行为运行功率阈值。

6.根据权利要求2所述的一种用电设备运行状态的智能管理系统，其特征在于，设备状态统计模块对用电设备在各个运行状态下的运行时间的统计过程包括：分别获取用电设备的运行状态为停机、待机以及运行的次数，并分别记为n_停机、n_待机以及n_运行；通过公式t_停机＝n_停机×t、t_待机＝n_待机×t以及t_运行＝n_运行×t分别获得用电设备的停机时间t_停机、用电设备的停机时间t_待机以及用电设备的停机时间t_运行。

7.根据权利要求6所述的一种用电设备运行状态的智能管理系统，其特征在于，设备状态统计模块对用电设备在各个运行状态下的耗电量的统计过程包括：分别获取用电设备的运行状态为停机、待机以及运行时的有功功率，并分别记为P_n3_i停机、P_n3_j待机、P_n3_k运行；分别通过公式

以及

获得用电设备运行状态为停机时的总耗电量W_停机、用电设备运行状态为待机时的总耗电量W_待机以及用电设备运行状态为运行时的总耗电量W_运行。

8.根据权利要求1所述的一种用电设备运行状态的智能管理系统，其特征在于，三相电能表通过ModbusDTU协议，由485接口将参数组上传至网关，再由网关转换成TCP/IP协议，由4G方式上传至云服务器并进行存储。

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