WO2011150606A1 - 一种设备能效性能监测方法和装置 - Google Patents

一种设备能效性能监测方法和装置 Download PDF

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Description

一种设备能效性能监测方法和装置 技术领域
本发明涉及设备性能评估领域， 特别是指一种设备能效性能监测方法 和装置。 背景技术
自然界中没有可以直接利用的电能， 雷电等自然现象虽然会产生一定 的电能， 但难以作为电源来利用。 因此， 人类所使用的电能都是通过机械 能、 热能、 化学能、 太阳能等转化而来。 在很多情况下， 这种通过机械能、 热能、 化学能、 太阳能转化得到的电能并不符合使用的要求， 需要进行再 一次变换， 把一种形态的电能变换为另一种形态的电能。 能量转化和能量 转移设备在人们的日常生活中普遍存在， 应用非常广泛。
电能可以分为交流（AC )和直流（DC )两大类， 电能变换设备可以分 为四种类型： AC-AC变换、 AC-DC变换、 DC-AC变换、 DC-DC变换。 AC-DC 变换、 DC-AC变换比较容易理解。 对于 AC-AC变换， 可以变换的对象有 频率、 相数、 电压和电流。 对于 DC-DC变换， 可以变换的对象有电压和电 流。
现在对于用电设备的性能监测、 性能评价方法大致可以分为两类： 一类是监测设备是否有能量输出， 以此进行粗放型管理。 这种方法原 理简单、 监测方便， 缺点是无法实现设备的精细化管理。
另一类是通过在设备内部设计智能监控单元， 实时监测设备内部的输 入电路、 输出电路的通断状态、 电压高低、 电流大小、 温度高低等信息， 将相关信息传送给上一级智能监控设备， 进行精细化管理。 缺点是智能监 控单元结构复杂， 且智能监控单元和设备一起工作在相对恶劣的环境下， 例如： 高温、 高湿、 强干扰、 静电等环境下， 智能监控单元本身的可靠性 本身就是一个需要解决的问题。
无论是第一类方法， 还是第二类方法， 对于那些由于使用环境恶劣、 材料老化等原因造成的性能降低、 损耗增大等被监测设备的亚健康状态， 都无法给出准确的性能评估。 发明内容
有鉴于此， 本发明的主要目的在于提供一种设备能效性能监测方法和 装置， 基于能量守恒定律， 解决了设备内部监控单元不够可靠， 并且需要 复杂的结构才能实现精细化管理的问题。
为达到上述目的， 本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种设备能效性能监测方法 , 所述方法包括：
连接被监测设备， 获取被监测设备一段时间内的输入和输出能量， 并 计算被监测设备的能效指标；
结合被监测设备的标准能效指标得到能效偏差， 根据能效偏差确定被 监测设备的状态。
其中， 所述根据能效偏差确定被监测设备的状态， 包括： 根据能效偏 差位于预先设定的能效偏差范围中的位置， 确定出被监测设备的状态。
其中， 所述状态为： 健康、 亚健康或故障。
其中， 所述一段时间为： 根据设备能效的周期变化， 选取出的一个或 多个完整的周期。
其中， 所述标准能效指标为： 厂家给出的所述设备理想状态下标准的 能效指标。
本发明还提供了一种设备能效性能监测装置， 所述装置外接于被监测 设备上， 所述性能监测装置包括： 能量监测模块和能效判断模块， 其中， 所述能量监测模块， 用于获取被监测设备一段时间内的输入能量和输 出能量， 并将结果发送给所述能效判断模块；
所述能效判断模块， 用于计算被监测设备的能效指标， 结合被监测设 备的标准能效指标得到能效偏差， 根据能效偏差确定被监测设备的状态。
其中， 所述能量监测模块中， 包括： 输入能量监测子模块和输出能量 监测子模块， 其中，
所述输入能量监测子模块， 用于获取被监测设备一段时间内的输入能 量， 并将结果发送给所述能效判断模块；
所述输出能量监测子模块， 用于获取被监测设备一段时间内的输出能 量， 并将结果发送给所述能效判断模块。
本发明所提供的设备能效性能监测方法和装置， 先在一段时间内获取 被监测设备的输入和输出能量， 这样能够保证釆用的是能量累计的结果作 为判断依据， 排除了瞬间误差产生的干扰。 进而， 根据输入输出能量计算 能效指标， 然后根据标准的能效指标得到能效偏差， 最后根据能效偏差范 围确定被监测设备的状态， 这样能够实现在第三方的角度给出待监测设备 的性能评价。 同时， 本发明的方法流程实现简单， 装置结构也简单可靠， 准确性高。 附图说明
图 1为本发明设备能效性能监测方法的流程示意图；
图 2为本发明设备能效性能监测装置结构示意图。 具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。 图 1为本发明设备能效性能监测方法的流程示意图， 如图 1所示， 所 述设备能效性能监测方法， 具体包括以下步骤：
步骤 101 , 连接被监测设备， 获取被监测设备一段时间内的输入和输出 能量；
具体的， 本发明所述的监测方法的特点是在需要监测时， 才外接于被 监测设备上， 因此需要首先连接被监测设备。 所述一段时间是指选定一个 判断周期 T, 即时间点 tl至时间点 t2。 所选定的判断周期的长短， 可以根 据不同的被监测设备特点进行选定。 通常情况下， 如果设备能效属于周期 性变化的， 选择一个或多个完整的周期为判断周期。 例如， 水箱的工作周 期可以选择为第一次压缩机启动到第二次压缩机启动， 或者第一次压缩机 启动到第三次压缩机启动。 这样能够保证对能效结果有一个综合准确的评 估。
其中， 在一段时间内， 即在 tl至 t2时间段内， 先获取被监测设备的输 入电压^和输入电流 , 然后计算被监测设备的输入能量 E1 :
Figure imgf000006_0001
同样， 在 tl至 t2时间段内， 先获取被监测设备的输出电压 M。ai和输出 电流。Μί , 然后计算被监测设备的输出能量 E2: E2 = uout (t) * iout (t)dt。
步骤 102, 计算被监测设备的能效指标； 具体的， 所述能效指标 η = ^ * \ 00% , 其中， E1 为输入能量； Ε2
Ει
为输出能量。 当输出能量 Ε2减小时， 能效指标降低； 当输出能量 Ε2增大 时， 能效指标提高。
步骤 103 , 结合被监测设备的标准能效指标得到能效偏差，根据能效偏 差确定被监测设备的状态。
具体的， 所述被监测设备的标准能效指标; ;rai由厂家提供。 厂家会根据 设备生产的工艺和用料等设备内部的参数条件给出一个理想状态下标准的 能效指标。 所述标准的能效指标可以是一个固定值， 也可以是能效曲线。 所述能效偏差的计算方
Figure imgf000006_0002
其中， Δ/7为能效偏差， 通过实际 能效指标减去标准能效指标得到。
所述根据能效偏差确定被监测设备的状态， 具体包括： 根据厂家给出 的能效偏差范围进行确定。 其中， 能效偏差的范围由生产厂家根据设备生 产的工艺、 用料、 产品类型和使用环境等综合因素给出。 用户也可以根据 自身的使用情况进行调整。 所述能效偏差范围表示为 （ Δ , Αη2 ), 0<Αη, < Αη2„ 所述确定的标准具体包括：
1、 如果 Δ/^ Δ , 则被监测设备性能达标， 处于健康状态；
2、 ^^Αηι <Αη≤Αη2 , 则被监测设备能效指标降低， 能效偏差增加， 性能劣化， 设备处于亚健康状态；
3、 ^^Αη2 <Αη , 则被监测设备能效指标严重降低， 能效偏差大幅度 增加， 设备故障。
下面通过一个实例， 进一步说明本发明设备能效性能监测方法。
一个 AC-DC变换设备， 其输入参数： 输入电压范围： 80-300V, 输入 额定电压： 220V, 输入允许最大电流 18A; 其输出参数： 输出电压范围： 42-58V, 输出额定电压： 48V, 输出最大电流： 55A, 输出额定电流 50A。 工作温度： -20 °C ~ +50°C;能效指标：
Figure imgf000007_0001
Λ 2=5%)。
假如釆集到的输入能量 E1为 2500焦耳，输出能量 Ε2为 2325焦耳时： η约为 93%, 则 为 1%， 根据能效偏差范围可知， 此时设备处于健康状 态；
假如釆集到的输入能量 E1为 2500焦耳，输出能量 Ε2为 2250焦耳时： 为 90%, 则 为 4%， 根据能效偏差范围可知， 此时设备处于亚健康状 态；
假如釆集到的输入能量 E1为 2500焦耳，输出能量 Ε2为 2075焦耳时： η约为 83%, 则 为 11%， 根据能效偏差范围可知， 此时设备处于故障状 态。
图 2为本发明设备能效性能监测装置结构示意图， 如图 2所示， 所述 装置外接于被监测设备上， 所述性能监测装置包括： 能量监测模块 20和能 效判断模块 23 , 其中，
所述能量监测模块 20, 用于获取被监测设备一段时间内的输入能量和 输出能量， 并将结果发送给所述能效判断模块 23;
具体的， 所述能量监测模块 20中， 进一步包括输入能量监测子模块 21 和输出能量监测子模块 22, 其中，
所述输入能量监测子模块 21 , 用于获取被监测设备一段时间内的输入 能量， 并将结果发送给所述能效判断模块 23;
具体的， 所述一段时间的选取可以根据不同的被监测设备特点进行选 定。 通常情况下， 如果设备能效属于周期性变化的， 选择一个或多个完整 的周期为判断周期。 例如， 水箱的工作周期可以选择为第一次压缩机启动 到第二次压缩机启动， 或者第一次压缩机启动到第三次压缩机启动。 这样 能够保证对能效结果有一个综合准确的评估。
所述输出能量监测子模块 22, 用于获取被监测设备一段时间内的输出 能量， 并将结果发送给所述能效判断模块 23。
具体的， 所述输出能量 E2的监测和监测输入能量 E1同时进行。
所述能效判断模块 23 , 用于计算被监测设备的能效指标， 结合被监测 设备的标准能效指标得到能效偏差， 根据能效偏差确定被监测设备的状态。 具体的， 所述能效指标 = ^* 100% , 其中， E1 为输入能量； E2 为输出能量。 当输出能量 E2减小时， 能效指标降低； 当输出能量 E2增大 时， 能效指标提高。 所述被监测设备的标准能效指标;^由厂家提供。 厂家 会根据设备生产的工艺和用料等设备内部的参数条件给出一个理想状态下 标准的能效指标。 所述标准的能效指标可以是一个固定值， 也可以是能效 曲线。 所述能效偏差的计算方法是 A;; =| ;7-;7RAI | , 其中， 为能效偏差， 通 过实际能效指标减去标准能效指标得到。
所述根据能效偏差确定被监测设备的状态， 具体包括： 根据厂家给出 的能效偏差范围进行确定。 其中， 能效偏差的范围由生产厂家根据设备生 产的工艺、 用料、 产品类型和使用环境等综合因素给出。 用户也可以根据 自身的使用情况进行调整。 所述能效偏差范围表示为 （ Δ , Αη2 ), 0<Αη, < Αη2„ 所述确定的标准具体包括：
1、 如果 Δ/^ Δ , 则被监测设备性能达标， 处于健康状态；
2、 ^^Αηι <Αη≤Αη2 , 则被监测设备能效指标降低， 能效偏差增加， 性能劣化， 设备处于亚健康状态；
3、 ^^Αη2 <Αη , 则被监测设备能效指标严重降低， 能效偏差大幅度 增加， 设备故障。
使用本发明的方法或装置具有以下优点：
1 )本发明的装置结构简单可靠， 准确性高；
2 )本发明在一个判断周期内即可得出判断结果， 实时性好；
3 )本发明釆用能量累计的结果作为判断依据， 排除了瞬间误差产生的 干扰， 抗干扰能力强；
4 )本发明描述的装置从第三方的角度给出待监测设备的性能评价， 与 待监测设备相对独立， 本发明介绍的性能监测装置正常与否并不影响待监 测设备的正常工作， 可靠性高；
5 )本发明适用于不同类型、 不同厂家、 不同能效等级的能量转化和转 移设备， 在能量转化和能量转移领域具有普遍适用性；
6 )本发明能效偏差范围是可调因子， 方便调整， 灵活性好。
本发明实时监测设备能效指标， 给出待监测设备性能的整体评价： 健 康、 亚健康、 故障状态， 具有如下有益效果： 1 )识别出故障设备并进行维修、 更换，有助于提高系统工作的稳定性；
2 )识别出能量变换设备的亚健康状态， 有助于提前发现能耗较高的设 备， 着手启动备件计划； 剔除能耗较高的设备， 有助于降低设备损耗， 节 约运营成本， 保护投资者的利益。 在能源日益紧张的今天， 节能减排， 创 建节能环保型社会， 本发明意义重大；
3 )在电能变换领域， 损耗的能量通常转换为热能， 尽早发现过热或者 潜在的着火点， 可以提高设备运行的环境安全和人身安全， 提高系统运行 的可靠性， 避免火灾、 避免大范围停电等恶性事故的发生， 提前预警， 避 免故障蔓延。
以上所述， 仅为本发明的较佳实施例而已， 并非用于限定本发明的保 护范围， 凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进 等， 均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书
1、 一种设备能效性能监测方法， 其特征在于， 所述方法包括： 连接被监测设备， 获取被监测设备一段时间内的输入和输出能量， 并 计算被监测设备的能效指标；
结合被监测设备的标准能效指标得到能效偏差， 根据能效偏差确定被 监测设备的状态。
2、 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述根据能效偏差确定 被监测设备的状态， 包括： 根据能效偏差位于预先设定的能效偏差范围中 的位置， 确定出被监测设备的状态。
3、 根据权利要求 2所述的方法， 其特征在于， 所述状态为： 健康、 亚 健康或故障。
4、 根据权利要求 1或 2所述的方法， 其特征在于， 所述一段时间为： 根据设备能效的周期变化， 选取出的一个或多个完整的周期。
5、 根据权利要求 1或 2所述的方法， 其特征在于， 所述标准能效指标 为： 所述设备理想状态下标准的能效指标。
6、 一种设备能效性能监测装置， 其特征在于， 所述装置外接于被监测 设备上， 所述性能监测装置包括： 能量监测模块和能效判断模块， 其中， 所述能量监测模块， 用于获取被监测设备一段时间内的输入能量和输 出能量， 并将结果发送给所述能效判断模块；
所述能效判断模块， 用于计算被监测设备的能效指标， 结合被监测设 备的标准能效指标得到能效偏差， 根据能效偏差确定被监测设备的状态。
7、 根据权利要求 6所述的装置， 其特征在于， 所述能量监测模块中， 包括： 输入能量监测子模块和输出能量监测子模块， 其中，
所述输入能量监测子模块， 用于获取被监测设备一段时间内的输入能 量， 并将结果发送给所述能效判断模块； 所述输出能量监测子模块， 用于获取被监测设备一段时间内的输出能 量， 并将结果发送给所述能效判断模块。
8、 根据权利要求 6或 7所述的装置， 其特征在于， 所述能效判断模块 根据能效偏差确定被监测设备的状态， 包括： 根据能效偏差位于预先设定 的能效偏差范围中的位置， 确定出被监测设备的状态。
9、 根据权利要求 6或 7所述的装置， 其特征在于， 所述输入能量监测 模块和所述输出能量监测模块获取能量的一段时间为： 根据设备能效的周 期变化， 选取出的一个或多个完整的周期。
10、 根据权利要求 6或 7所述的装置， 其特征在于， 所述能效判断模 块结合的标准能效指标为： 所述设备理想状态下标准的能效指标。
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