一種電能分項(xiàng)計(jì)量的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種電能分項(xiàng)計(jì)量方案，其通過采集與分析電流變化，計(jì)算電流的波形因數(shù)，來對負(fù)荷進(jìn)行分類，然后，分別計(jì)量各種負(fù)荷消耗的電能。本方案無需進(jìn)行線路改造且使用較少儀表即可實(shí)現(xiàn)，從而節(jié)約了成本。
【專利說明】一種電能分項(xiàng)計(jì)量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電能計(jì)量領(lǐng)域，尤其涉及電能分項(xiàng)計(jì)量。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，我國公共建筑發(fā)展面臨相當(dāng)嚴(yán)峻的問題，主要表現(xiàn)在:一方面，大量新建的公共建筑中，大型公共建筑比例不斷上升，并且檔次越來越高，例如大量的高檔文化設(shè)施和高檔交通設(shè)施等。另一方面，既有的公共建筑相繼大修改造，由普通建筑升級(jí)為大型建筑，導(dǎo)致能耗大幅度升高。記錄和統(tǒng)計(jì)大型公共建筑能耗總量是能源管理的基本要求，但這一總量數(shù)據(jù)僅能了解建筑物用能的概況。但由于大型公共建筑中各種能源用戶眾多，因此僅憑能耗總量的高低難以進(jìn)行判斷或下結(jié)論，這就需要大型公共建筑的分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)。
[0003]目前，大型公共建筑用電分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)均采用多表方案，如圖1所示。在該傳統(tǒng)方案中，每個(gè)建筑單元采用多個(gè)電能表分別計(jì)量不同負(fù)荷消耗的電能，將所有電表的測量值送入主機(jī)進(jìn)行綜合分析與管理，最后根據(jù)需要輸出數(shù)據(jù)。例如，由清華大學(xué)開發(fā)的大型公用建筑用電分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)是根據(jù)不同的用電功能分別安裝電表進(jìn)行能耗分項(xiàng)計(jì)量。首先，將建筑總用電按用電特點(diǎn)分為常規(guī)用電和特殊區(qū)域用電兩類。常規(guī)用電劃分為照明系統(tǒng)用電、室內(nèi)設(shè)備插座用電、暖通空調(diào)系統(tǒng)用電、綜合服務(wù)用電等幾種。照明系統(tǒng)用電進(jìn)一步劃分為一般照明用電、應(yīng)急照明用電、夜景照明用電等，分別安裝電能表進(jìn)行電能計(jì)量；暖通空調(diào)系統(tǒng)用電中按冷(熱)水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻塔通電、分體空調(diào)等安裝電能表進(jìn)行電能計(jì)量。其原理如圖2所示。
[0004]上述方案存在的問題如下:
[0005](I)需要對線路進(jìn)行改造。目前，大多數(shù)建筑還是采用各種用電設(shè)備公用一條線路的供電方式。若采用分項(xiàng)計(jì)量就需要進(jìn)行大規(guī)模的線路改造。
[0006](2)所需電能表較多。在上述方案中，進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量時(shí)需對每一種用電設(shè)備安裝電能計(jì)量裝置，需要大量的電能儀表，前期投入大，且維護(hù)困難。
[0007](3)負(fù)荷分類不夠詳細(xì)。在一個(gè)配電支路上經(jīng)常會(huì)連接有分屬不同“分項(xiàng)能耗”的各種設(shè)備，屬于同一“分項(xiàng)能耗”的幾個(gè)不同設(shè)備常常會(huì)分別連接在多個(gè)配電支路上，而電表的計(jì)量裝置則只能安裝在一定的配電支路上，這就造成了一塊電表計(jì)量不同的分項(xiàng)能耗，因此，得出的能耗數(shù)據(jù)就不能準(zhǔn)確反映出負(fù)荷的真實(shí)能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有電能分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)需要進(jìn)行線路改造和需采用大量電能表的不足，本發(fā)明提出一種電能分項(xiàng)計(jì)量方法，其通過采集與分析電流變化來對負(fù)荷進(jìn)行分類，然后分別計(jì)量各種負(fù)荷消耗的電能，本方案無需進(jìn)行線路改造且使用較少儀表即可實(shí)現(xiàn)。
[0009]本發(fā)明提出的一種電能分項(xiàng)計(jì)量的方法，主要包括以下步驟:
[0010]第一步，在待監(jiān)測場所所有用電設(shè)備啟動(dòng)前，初始化數(shù)據(jù)采集卡，測量初始電流信號(hào)幅值及有效值并記錄。[0011 ] 第二步，等待電流信號(hào)突變，若發(fā)生突變，根據(jù)電流信號(hào)的幅值在突變前后大小的變化判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如果電流信號(hào)的幅值的變化量AI1X),那么判定所述電流信號(hào)為設(shè)備的投入信號(hào)，開始該設(shè)備的能耗計(jì)量，此后，如果電流信號(hào)的幅值的變化量ΛΙΖΟ，
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并且a = I〈k〈1.1，那么判定信號(hào)為相對應(yīng)設(shè)備的停止信號(hào)，則結(jié)束該設(shè)備的能耗計(jì)
Iai2I
量，統(tǒng)計(jì)其總能耗。
[0012]第三步，根據(jù)電流信號(hào)的幅值的變化量AI1X)時(shí)，突變后電流信號(hào)的幅值及有效值與突變前相應(yīng)數(shù)據(jù)之差，計(jì)算出投入的所述設(shè)備的電流信號(hào)的幅值及有效值。
[0013]第四步，根據(jù)投入的所述設(shè)備的電流信號(hào)的幅值及有效值，計(jì)算出其平均值及波形因數(shù)，并根據(jù)波形因數(shù)值的大小進(jìn)行投入設(shè)備識(shí)別，從而將設(shè)備類型及其總能耗進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
[0014]第五步，重復(fù)第二步至第四步，直到獲得待監(jiān)測場所中所有用電設(shè)備能耗的統(tǒng)計(jì)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1示出了用電分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)傳統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2示出了傳統(tǒng)建筑用電分項(xiàng)計(jì)量方案結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖3示出了本發(fā)明提出的電能分項(xiàng)計(jì)量方案的結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖4是計(jì)算機(jī)的電流波形圖；
[0019]圖5是電風(fēng)扇的電流波形圖；
[0020]圖6是電熱棒的電流波形圖；
[0021]圖7是根據(jù)本發(fā)明的電流分離流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以一個(gè)房間為例說明本發(fā)明提出的電能分項(xiàng)計(jì)量方法。如圖3所示，假設(shè)某個(gè)房間有電燈、空調(diào)、計(jì)算機(jī)等用電設(shè)備，在房間進(jìn)線端安裝電能表，本發(fā)明通過監(jiān)測進(jìn)線端電流的變化來判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況并進(jìn)行相應(yīng)的電能計(jì)量。當(dāng)某設(shè)備啟動(dòng)后通過采集卡采集到該設(shè)備的電流，通過對該電流的分析計(jì)算識(shí)別出該設(shè)備并進(jìn)行電能計(jì)量，當(dāng)該設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)停止計(jì)量，如此重復(fù)實(shí)現(xiàn)對該設(shè)備的持續(xù)用電計(jì)量。
[0023]本方案能否有效實(shí)施的關(guān)鍵點(diǎn)在于對用電設(shè)備在線監(jiān)測和運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別，即得到反映電氣設(shè)備狀態(tài)特征信號(hào)之后，根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)特征進(jìn)行設(shè)備的判斷和識(shí)別。一般來講，設(shè)備和特征信號(hào)之間并不存在簡單的一一對應(yīng)關(guān)系，一種設(shè)備可能對應(yīng)多種信號(hào)特征，而一種信號(hào)也可能對應(yīng)著多種設(shè)備，因此對設(shè)備的識(shí)別需要對各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合推理。在本方案中，我們采用基于波形因數(shù)的用電設(shè)備識(shí)別方法。
[0024]波形因數(shù)是指電流有效值與電流整流之后的平均值之比，不同的波形對應(yīng)著不同的波形因數(shù)。不同負(fù)載的電流波形是不同的，因此可以利用波形因數(shù)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)來識(shí)別用電設(shè)備。
[0025]波形因數(shù)計(jì)算及設(shè)備識(shí)別是對采集的電流信號(hào)進(jìn)行分析得到的，信號(hào)處理主要是對電流或電流增量進(jìn)行計(jì)算，得到其波形因數(shù)。圖4-6分別為計(jì)算機(jī)、電風(fēng)扇、電熱棒穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電流波形。
[0026]表1幾種常用設(shè)備的電流參數(shù)
[0027]
用電設(shè)備I電流有效值(A)I電流平均值(A) I波形因數(shù)
計(jì)算機(jī)0.27760.13412.070
電熱棒4.3323.9601.102
微波滬5.4076.3440.8523
3.7842.5071.509
電風(fēng)扇0.06820.05661.205
電磁爐7.7439.4260.8215 [0028]由于要對多種用電設(shè)備的電流進(jìn)行監(jiān)測，而大多數(shù)時(shí)間是多種設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，在計(jì)算波形因數(shù)時(shí)要求把不同的設(shè)備的電流區(qū)分開來，電流分離方法步驟如圖7所示。假定用能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)只有運(yùn)行與停止兩種，且不存在兩個(gè)及以上設(shè)備同一時(shí)間投入運(yùn)行或退出運(yùn)行的情況。該電能分項(xiàng)計(jì)量方法主要包括以下步驟:
[0029]第一步，在待監(jiān)測場所所有用電設(shè)備啟動(dòng)前，初始化數(shù)據(jù)采集卡，測量初始電流信號(hào)幅值及有效值并記錄。
[0030]第二步，等待電流信 號(hào)突變，若發(fā)生突變，根據(jù)電流信號(hào)的幅值在突變前后大小的變化判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如果電流信號(hào)的幅值的變化量AI1X),那么判定所述電流信號(hào)為設(shè)備的投入信號(hào)，開始該設(shè)備的能耗計(jì)量，此后，如果電流信號(hào)的幅值的變化量ΛΙΖΟ，
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并且 M，Kk<1.L那么判定信號(hào)為相對應(yīng)設(shè)備的停止信號(hào)，則結(jié)束該設(shè)備的能耗計(jì)量，統(tǒng)計(jì)其總能耗。
[0031]第三步，根據(jù)電流信號(hào)的幅值的變化量AI1X)時(shí)，突變后電流信號(hào)的幅值及有效值與突變前相應(yīng)數(shù)據(jù)之差，計(jì)算出投入的所述設(shè)備的電流信號(hào)的幅值及有效值。
[0032]第四步，根據(jù)投入的所述設(shè)備的電流信號(hào)的幅值及有效值，計(jì)算出其平均值及波形因數(shù)，并根據(jù)波形因數(shù)值的大小進(jìn)行投入設(shè)備識(shí)別，從而將設(shè)備類型及其總能耗進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
[0033]第五步，重復(fù)第二步至第四步，直到獲得待監(jiān)測場所中所有用電設(shè)備能耗的統(tǒng)計(jì)值。
[0034]設(shè)備識(shí)別是用監(jiān)測得到的波形因數(shù)與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，從而判斷出設(shè)備的運(yùn)行情況。當(dāng)該波形因數(shù)與預(yù)設(shè)值相差在一個(gè)很小的范圍內(nèi)時(shí)，則可判斷該波形與已測的這個(gè)波形種類相匹配，獲得相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，并開始計(jì)量該設(shè)備的用能，以此實(shí)現(xiàn)對于不同設(shè)備的能耗統(tǒng)計(jì)。
[0035]本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新的電能分項(xiàng)計(jì)量方案，在基于對用電設(shè)備狀態(tài)識(shí)別的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對電能的分項(xiàng)計(jì)量。并提出了基于波形因數(shù)的用電設(shè)備識(shí)別方法，通過分離出不同負(fù)載的電流波形來計(jì)算其波形因數(shù)，然后判斷出相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)電能分項(xiàng)計(jì)量。
【權(quán)利要求】
1.一種電能分項(xiàng)計(jì)量方法，主要包括以下步驟: 第一步，在待監(jiān)測場所所有用電設(shè)備啟動(dòng)前，初始化數(shù)據(jù)采集卡，測量初始電流信號(hào)幅值及有效值并記錄。 第二步，等待電流信號(hào)突變，若發(fā)生突變，根據(jù)電流信號(hào)的幅值在突變前后大小的變化判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如果電流信號(hào)的幅值的變化量AI1X),那么判定所述電流信號(hào)為設(shè)備的投入信號(hào)，開始該設(shè)備的能耗計(jì)量，此后，如果電流信號(hào)的幅值的變化量△ 12〈0，并且
Iai1Ik = r~-r l〈k〈l.1，那么判定信號(hào)為相對.應(yīng)設(shè)備的停止信號(hào). ，則結(jié)束i亥設(shè)備的能耗i十量:，統(tǒng) Ki計(jì)其總能耗。 第三步，根據(jù)電流信號(hào)的幅值的變化量AI1X)時(shí)，突變后電流信號(hào)的幅值及有效值與突變前相應(yīng)數(shù)據(jù)之差，計(jì)算出投入的所述設(shè)備的電流信號(hào)的幅值及有效值。 第四步，根據(jù)投入的所述設(shè)備的電流信號(hào)的幅值及有效值，計(jì)算出其平均值及波形因數(shù)，并根據(jù)波形因數(shù)值的大小進(jìn)行投入設(shè)備識(shí)別，從而將設(shè)備類型及其總能耗進(jìn)行關(guān)聯(lián)。第五步，重復(fù)第二步至第四步，直到獲得待監(jiān)測場所中所有用電設(shè)備能耗的統(tǒng)計(jì)值。
2.如權(quán)利要求1所述的電能分項(xiàng)計(jì)量方法，其中所述波形因數(shù)是用電設(shè)備的電流有效值與電流整流之后的平均值之比。
【文檔編號(hào)】G01R22/08GK103472297SQ201310418635
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月15日
【發(fā)明者】劉玉明 申請人:珠海派諾科技股份有限公司