CN114845443A - 基于工业数据的厂房照明设备的能耗优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子数字数据处理领域，具体涉及一种基于工业数据的厂房照明设备的能耗优化方法，该方法是基于工业数据的特别适用于特定功能的数字计算、数字数据处理方法，具体是采用传感器技术服务以及工业生产大数据资源服务获取工业生产中的厂房内的相关工业信息数据，实现工业信息和数据处理等的信息处理，具体为：获取厂房区域内各照明灯的照度，计算平均照度；当平均照度大于第一设定阈值且小于第二设定阈值时，计算效能成本指数，根据效能成本指数，采用梯度下降法降低各照明灯的输出电压使得所述效能成本指数达到最小值，降低照明灯的能耗，实现工业厂房内的照明设备的能耗分析以及优化，从而节省资源。

Description

基于工业数据的厂房照明设备的能耗优化方法

技术领域

本发明涉及电子数字数据处理领域，具体涉及基于工业数据的厂房照明设备的能耗优化方法。

背景技术

照明用电是人们工作、学习以及日常生活中最为基本的电力需求，统计数据表明，我国照明用电量已占总用电量的10％～12％，照明节能空间潜力很大。

以工业中厂房照明用电为例，其照明系统一方面需要具有良好的节能效果，能够应对工厂低负载状况下电网电压升高的状况；另一方面还需要考虑升高的电压对灯具的寿命的影响，过高的亮度也使工厂内偏离了最佳照明亮度。因此，需要合理规划照明时间，根据实际需要控制照度水平，更全面的对照明用电进行综合分析，进而得到更加优化的方法。

因此，急需一种能够根据当前工作区照度以及预设工厂的工作模式控制电能消耗，减少灯具损耗的方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于工业数据的厂房照明设备的能耗优化方法，所采用的技术方案具体如下：

一种基于工业数据的厂房照明设备的能耗优化方法，包括以下步骤：

获取厂房区域内各照明灯的照度，计算平均照度；

当所述平均照度大于第一设定阈值且小于第二设定阈值时，计算效能成本指数，根据效能成本指数，采用梯度下降法降低各照明灯的输出电压使得所述效能成本指数达到最小值，实现照明灯的能耗优化；

所述效能成本指数的获取过程为：

获取各照明灯的输出电压以及无功功率，根据所述输出电压、平均照度以及无功功率，确定各照明灯的节能程度；基于所述节能程度以及当前电价得到节能成本；

获取各照明灯的变压器的当前温度，根据所述温度以及所述输出电压，得到损耗指标；根据所述损耗指标以及照明灯成本，得到损耗成本；

基于所述节能成本以及损耗成本，得到效能成本指数。

优选地，当所述平均照度小于第一设定阈值时，则提高变压器的输出电压；当所述平均照度大于第二设定阈值时，则熄灭部分照明灯进行节能。

优选地，所述平均照度的获取方法为：

获取各照明灯对应采样点在设定时间段内不同时刻的照度信息；

计算当前时刻与上一时刻的照度信息的变化量，确定所述变化量的设定等级，按照设定等级确定对应的加权值，对所述当前时刻的照度信息进行加权，得到新的照度信息；

将设定时间段内的不同时刻对应的新的照度信息进行累加并计算均值，得到平均照度。

优选地，所述效能成本指数为：

其中，

为照明灯单位时间的电费，H为节能程度，Q为单位时间的使用成本，a和b为加权系数。

优选地，所述节能程度为

其中，U为照明灯的变压器的输出电压，I为输出电流，L为平均照度，L₀为第一设定阈值，W为无功功率。

优选地，所述损耗指标为：

其中，U为照明灯的变压器的输出电压，U_额为照明灯的额定电压，T为当前变压器的温度，T_设为变压器的设定温度；C是常数。

本发明具有如下有益效果：

本发明的能耗优化方法，是一种适用于特定功能的数字计算、数字数据处理方法，其通过采用传感器技术服务以及工业生产大数据资源服务技术获取工业生产中的厂房内的相关工业信息数据，实现工业信息和数据处理等的信息处理，即首先通过传感器技术服务获取厂房内的照明灯的照度信息，进而得到平均照度，通过平均照度信息，判断各照明灯的工作状态，根据对应的工作状态确定调节方式；具体地，通过对采集的工业数据进行数据处理：当平均照度大于第一设定阈值且小于第二设定阈值时，计算效能成本指数，根据效能成本指数，采用梯度下降法降低各照明灯的输出电压使得所述效能成本指数达到最小值，实现照明灯的能耗优化；在计算效能成本指数时，一方面从照明灯工作的输出电压、功率以及照度确定节能程度，一方面从照明灯的寿命角度入手，即从温度以及输出电压照明灯的损耗情况成本；即从两方面入手，能够更全面、准确地分析出照明灯的能耗情况，实现对照明灯的节能调节，即基于工业数据和数据处理对工业生产中的相关数据的进行数据处理。

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和优点，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的介绍，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它附图。

图1为本发明的基于工业数据的厂房照明设备的能耗优化方法的方法流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的方案，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

本发明针对的是厂房区域的照明设备进行的能耗分析，其中的照明设备为带有变压器的照明灯，具体以厂房内设置的LED工矿灯，其型号为hoc-150w为例进行介绍：

具体地，请参阅图1所示，本发明的基于工业数据的厂房照明设备的能耗优化方法的方法实施进行介绍，该方法包括以下步骤：

步骤1，获取厂房区域内各照明灯的照度，计算平均照度。

本实施例，在厂房区域内设置不同位置的采样点，并在对应的采样点设置光强度计，进行厂区内的光照强度采集；其中，光强度计的采集频率为0.5s，其中每个采样点对应一个照明灯。

本实施例中根据采集的照度信息，采用加权中值的方法计算平均照度。

具体地，平均照度的获取方法为：

获取各照明灯对应采样点在设定时间段内不同时刻的照度信息；

计算当前时刻与上一时刻的照度信息的变化量，确定所述变化量的设定等级，按照设定等级确定对应的加权值，对所述当前时刻的照度信息进行加权，得到新的照度信息；

将设定时间段内的不同时刻对应的新的照度信息进行累加并计算均值，得到平均照度。

上述中的设定等级是按照阶梯方式设置的，其对应的权重也是按阶梯形式进行分配，如权重等级为[0.2,0.4,0.6,0.8,1]，即将变化的照度差有小到大进行排序，后20%赋0.2的权重，20%到40%赋0.4的权重，以此类推，80%以上的赋1；将每个光强度元件采集的照度数值乘上相应的权重，进行一次中值滤波；滤波后可以得到当前厂区工作环境的平均照度。

上述方法是采用不同时刻光强度元件数值上的变化来决定加权参数的；当某个光强度元件采集的照度比上一时刻有明显变化，说明这个区域工作强度大，则赋予较大的权重。

需要说明的是，在进行每个采样点的光强度信息采集时，光强度计的设置要避开灯具无法直接照射的死角，减少误差。其中，光强度计的采集原理是公知的，不再赘述，返回值为始终为正值。

步骤2，当所述平均照度大于第一设定阈值且小于第二设定阈值时，计算效能成本指数，根据效能成本指数，采用梯度下降法降低电压使得所述效能成本指数达到最小值，实现照明灯的能耗优化。

本实施例中，第一设定阈值为照明灯正常工作时满足需求时对应的正常工作标准平均照度L₀；第二设定阈值为照明灯工作时标准平均照度的1.15倍。

本实施例中的效能成本指数的获取过程为：

1）获取各照明灯的输出电压以及无功功率，根据所述输出电压、平均照度以及无功功率，确定各照明灯的节能程度；基于所述节能程度以及当前电价得到节能成本；

本实施例中，通过电压传感器获取各采样点对应的照明灯的输出电压、电流以及无功功率。

其中的节能程度为：

其中，U为照明灯的变压器的输出电压，I为输出电流，L为平均照度，L₀为第一设定阈值，W为无功功率。

本实施例中的节能程度，是在视在功率一定的情况下，其中光照强度超过标准强度越多，节能效果越差；而由于光照强度增加致用电量增多时人眼所感的亮度并不会有明显变化，所以使用

对光照强度进一步修正，增大光照强度在评价函数中的影响，H数值上越大，节能程度越高。

通常情况下，工厂的计费方式是以有功功率配合一定的功率因数计费，因此在评价函数中也考虑了一些无功功率W的影响，

指的是单位光照强度下灯具所产生的无功功率，当这个值越大越能说明浪费的能源越多。

本实施例中是在灯具结束再进行节能程度评价，其他情况不予考虑。

需要说明的是，已知在工厂的供电情景下，光照强度只需满足最佳光照需求，但不宜过高，且无功功率不宜过高。而当电压升高、光照强度升高不仅会造成电能浪费，还会缩短灯具的使用寿命，光照强度需要进一步的限制。因此，本实施例中综合考虑了视在功率、作业环境中的平均照度和无功功率综合给出的一个评价指标，相较于传统方案中只考虑电压和照度的方案引入了更多因素，能更好的评价一个电器的节能特点。

2）获取各照明灯的变压器的当前温度，根据所述温度以及所述输出电压，得到损耗指标；根据所述损耗指标以及照明灯成本，得到损耗成本。

本实施例中，利用温度传感器采集照明灯变压器的当前温度以及实时采集变压器的输出电压。

需要说明的是，变压器的温度与转化效率、损耗息息相关，变压器将电网的电能转化成低压能源为灯具和电子控制模块供电。其中，温度传感器连续采集设定时间内的温度，当设备刚启动，温度没有达到正常标准时，不考虑当前设备的老化，只有当设备温度超过设定值且稳定后才开始根据温度估计灯具的损耗指标；温度传感器数据每秒更新一次，以向量形成记录；关于温度数据的采集方式，由于温度传感器的采集方式是公知的，在此不再赘述。

其中的损耗指标为：

其中，U为照明灯的变压器的输出电压，U_额为照明灯的额定电压，T为当前变压器的温度，T_设为变压器的设定温度，C是常数。

上述公式中

代表超出的功率，相较于额定功率超出的越多，损耗速度越快。

用来基于温度估计损耗速度，当温度超出预设值时，损耗速度也会非线性增加。C是常数，根据不同类型的灯具设置不同的数值。

本实施例的方案为了成本不流失，不可能将厂区的照明器件全部换成LED灯，因此会有很多不同规格不同原理的灯具同时参与照明工作，因此每种灯具都必须有独立的匹配参数C。

其中的使用成本为：

其中，表示灯具的成本，S表示当前灯具的损耗指标。

上述公式中，通过获取的参数Q来评价每个灯具的使用成本。

3）基于所述节能成本以及损耗成本，得到效能成本指数。

其中，

为照明灯单位时间的电费，H为节能程度，Q为单位时间的使用成本，a和b为加权系数，在本实施例中取值为0.8和0.2。

其中，当成本F高于设定阈值时或者触发其他调控机制时，通过降压等手段来达到节能和延长使用寿命，当进行成本F的调节时，满足F的值达到最小值时，确定能耗最低时对应的照明灯的调节参数，即每次下降幅度为1%的额定电压，对各照明灯进行优化。

进一步地，当所述平均照度小于第一设定阈值时，则提高变压器的输出电压；当所述平均照度大于第二设定阈值时，则熄灭部分照明灯进行节能。

上述中实施例中的平均照度小于第一设定阈值时，表明照明灯的工作电压较低，无法达到正常工作，因此，当平均照度小于预置的第一设定阈值，缓慢提高电压U直到达到第一设定阈值，此标准是调控前提。

进一步地，本实施例中，还根据检测到的变压器的温度，与设定温度比较，当当前温度高于设定温度时，进行过温保护，强制电压下降到

，此后10s内温度未下降则进行断电保护。

进一步地，本实施例中还实时检测照明灯的状态进行评估，当损耗程度B达到1时，需要通知维修人员对照明灯进行更换。

其中的损耗程度B是根据获取的损耗指标，通过将设定时间段内的损耗指标进行积分累加，确定设定时间段对应的额损耗程度，并对损耗程度B进行归一化处理,使其值域位于[0,1]，越接近1时老化程度越严重。

上述中构建的损耗程度B也可以通过设置不同的参数C进行调整；至此得到了一个评价灯具设备损耗程度的量B,B在数值上越大越说明该设备老化程度越久，损坏风险越大，在达到一定程度后需要更换。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于工业数据的厂房照明设备的能耗优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取厂房区域内各照明灯的照度信息，计算平均照度；

当所述平均照度大于第一设定阈值且小于第二设定阈值时，计算效能成本指数，根据效能成本指数，采用梯度下降法降低各照明灯的输出电压使得所述效能成本指数达到最小值，实现照明灯的能耗优化；

所述效能成本指数的获取过程为：

获取各照明灯的输出电压以及无功功率，根据所述输出电压、平均照度以及无功功率，确定各照明灯的节能程度；基于所述节能程度以及当前电价得到节能成本；

获取各照明灯的变压器的当前温度，根据所述温度以及所述输出电压，得到损耗指标；根据所述损耗指标以及照明灯成本，得到损耗成本；

基于所述节能成本以及损耗成本，得到效能成本指数；

所述平均照度的获取方法为：

获取各照明灯对应采样点在设定时间段内不同时刻的照度信息；

计算当前时刻与上一时刻的照度信息的变化量，确定所述变化量的设定等级，按照设定等级确定对应的加权值，对所述当前时刻的照度信息进行加权，得到新的照度信息；

将设定时间段内的不同时刻对应的新的照度信息进行累加并计算均值，得到平均照度。

2.根据权利要求1所述的一种基于工业数据的厂房照明设备的能耗优化方法，其特征在于，当所述平均照度小于第一设定阈值时，则提高变压器的输出电压；当所述平均照度大于第二设定阈值时，则熄灭部分照明灯进行节能。

3.根据权利要求1所述的一种基于工业数据的厂房照明设备的能耗优化方法，其特征在于，所述效能成本指数为：

其中，

为照明灯单位时间的电费，H为节能程度，Q为单位时间的使用成本，a和b为加权系数。

4.根据权利要求3所述的一种基于工业数据的厂房照明设备的能耗优化方法，其特征在于，所述节能程度为

其中，U为照明灯的变压器的输出电压，I为输出电流，L为平均照度，L₀为第一设定阈值，W为无功功率。

5.根据权利要求3所述的一种基于工业数据的厂房照明设备的能耗优化方法，其特征在于，所述损耗指标为：

其中，U为照明灯的变压器的输出电压，U_额为照明灯的额定电压，T为当前变压器的温度，T_设为变压器的设定温度，C是常数。

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