CN112285415A - 一种基于云平台的电力设备能效监测装置及方法 - Google Patents

一种基于云平台的电力设备能效监测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于云平台的电力设备能效监测装置及方法，主要包括能效采集终端和能效云平台，能效云平台布置在远程服务器中，能效采集终端布置在室内。能效采集过程中，电力设备的运行是微控制按照预先设定的程序，通过微控制器的驱动控制电力设备启停及工作状态，实现电力设备的自动运行；其中，电能表采集电能、互感器采集电机电流、激光测距仪监测起升行程，微控制器结合电流、电能、起升行程、时钟时间和输入的电力设备电机电阻值，计算出能效值，并将数据存储后通过4G通讯模块发送给能效云平台，云平台自动接收、处理、管理、展示能效信息；实现了能效参数远程采集、多台同时运行、无人值守、自动化测试和数据分析。

Description

一种基于云平台的电力设备能效监测装置及方法
技术领域
本发明涉及能效采集和测试技术，具体涉及一种基于云平台的电力设备能效监测装置及方法。
背景技术
电力设备能效监测和能效评价研究和应用在我国刚刚起步，为电力设备能效标准的出台为电力设备能效监测和能效监管提供了依据，但是为了更好的指导节能设计还需要研究标准要求之外的工况下的能效，以验证不同工况对能效的影响；对使用单位而言，电力设备在实际使用多数与能效测试的工况相同，因此实际使用中不一定节能。
研究这些问题需要按照在电力设备实际工作中测试，然而这些测试需要大量的测试样本，需要进行大量的数据分析。按照传统的测试方法，逐台在电力设备试验台上或在使用现场测试显然不适宜。
因此，亟待需要集成化程度高、布置方便、自动化测试、远程传输、多台同时测试、自动数据分析和管理的方案，以便提高测试效率、减小测试工作量。
发明内容
为了实现上述需求，本发明提出一种基于云平台的电力设备能效监测装置及方法，可以满足集成化程度高、布置方便、自动化测试、远程传输、多台同时测试、自动数据分析和管理的需求，实现自动化的能效测试操作，减小测试工作量的同时，具有很高的稳定性。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种基于云平台的电力设备能效监测装置，包括：能效云平台和能效采集终端；所述能效采集终端布置在司机室或者电控箱内；所述能效云平台布置在远程服务器中，与所述能效采集终端相互通信；
所述能效采集终端包括微控制器、接口转换模块、电能采集模块、载荷测量模块、无线协调模块、无线通信模块、负载高度测量模块、SD卡存储模块、4G通讯模块和人机交互模块；
所述电能采集模块通过接口转换模块与微控制器连接，所述微控制器依次通过无线通信模块、无线协调模块与负载高度测量模块连接；
所述负载高度测量模块，用于当空载起升运行起吊载荷变化后进行一次空载起升运行；
所述电能采集模块，用于测量电能、电压、电流的功率数据；
所述载荷测量模块，用于当负载高度测量模块完成一次空载起升运行后，进行能效测试；
所述微控制器，用于按照设定工况，自动控制电力设备能效监测的运行；
所述人机交互模块，用于输入起升电机定子电阻值；
所述微控制器与载荷测量模块连接，用于根据电能采集模块和负载高度测量模块获取的数据，以及通过人机交互模块预先输入的起升电机电阻值和内置的时钟数据，计算能效值；并将能效值存储于所述SD卡存储模块中，采用4G通讯模块发送给能效云平台，通过所述能效云平台自动接收、管理并展示能效信息。
优选的，所述电能采集模块包括：电流互感器和DSSX/DTSX838型三相智能电表；其中，
所述电流互感器，用于监测电力设备起升电机的空载起升电流、负载起升电流；
所述DSSX/DTSX838型三相智能电表，用于采集空载起升电能、负载起升电能。
优选的，所述负载高度测量模块包括激光测距仪；
所述激光测距仪，用于监测空载起升行程。
进一步地，所述DSSX/DTSX838型三相智能电表接入电力设备控制箱的输入端，电流互感器穿过电力设备起升电机的相线，激光测距仪通过磁力座吸附于吊钩滑轮组的侧面罩壳上、者砝码下面或侧面。
优选的，所述微控制器为STM32F407VET6型微控制器，其包括：主控制模块和驱动控制模块；
能效测试过程中，所述主控制模块按照预先设定的程序，通过驱动控制模块控制电力设备的上升、下降接触器，实现电力设备的自动运行。
优选的，所述电力设备能效监测装置还包括与外部工频交流电源连接的移动电源模块，通过接通工频交流电源进行充电；
所述移动电源模块与微控制器连接，为电力设备能效监测装置供电。
一种基于云平台的电力设备能效监测方法，所述方法包括：
基于电力设备起升电机的空载、负载起升电流，空载、负载起升电能和起升行程，以及预先输入的起升电机定子电阻值和内置的时钟数据，计算能效值；所述能效值包括电力设备的起升载重量；
将所述能效值存储于SD卡存储模块中，并通过4G通讯模块发送给能效云平台；
通过所述能效云平台自动接收、管理并展示能效信息。
优选的，通过下式计算所述能效值：
Figure BDA0002725828900000031
Figure BDA0002725828900000032
式中：δi为瞬时能效；δ10为标准能效；Qi为第i个工作周期内的有效能，Ei为第i个运转周期的供给能。
进一步地，通过下式计算第i个工作周期内的有效能Qi：
Qi＝GHi
式中：Qi为第i个工作周期内的有效能；G为电力设备实际起升载重量；Hi为电力设备在第i个工作周期的起升高度；
通过下式计算第i个运转周期的供给能Ei：
Ei＝3.6×106Di
式中：Ei为第i个运转周期的供给能；Di为第i个周期电力设备在起升阶段从电能表上读出的数据。
进一步地，所述起升速度通过下式确定：
V0＝Hi/Ti′
式中：Hi为第i个运行周期中起升高度；Ti’为第i个运行周期中起升运行时间；
所述起升高度通过下式确定：
Hi＝1i2-1i1
式中：li1为第i个周期起升前激光测距仪读数；li2为第i个周期起升后，载荷完全静止时激光测距仪读数；
所述电力设备实际起升载重量通过下式确定：
G＝[E负-E空-3×(i负 2-i空 2)×R]/V0
式中：G为电力设备实际起升载重量；E负为负载时***输入的电能；E空为空载时输入的电能；i负为负载时的定子电流；i空为空载时的定子电流；R为起升电机的定子电阻值；V0为空载时起升速度。
本发明的有益效果体现在：
本发明提供一种基于云平台的电力设备能效监测装置及方法，主要包括能效采集终端和能效云平台，将能效云平台布置在远程服务器中，能效采集终端布置在室内。能效采集过程中，电力设备的运行是微控制按照预先设定的程序，通过微控制器的驱动控制电动葫芦的上升、下降接触器，实现电力设备的自动运行；电能表采集电能、互感器采集起升电机电流、激光测距仪监测起升行程，微控制器结合起升电流、电能、起升行程、时钟时间和输入的起升电机电阻值，计算出能效值，并将数据存储后通过4G发送给能效云平台，云平台自动接收、处理、管理、展示能效信息；集能效数据存储、分析、管理、展示为一体，既可以数据分析又可以网上展示和互联网查询；实现了能效参数远程采集、多台同时运行、无人值守、自动化测试和数据分析。
本发明涉及的基于云平台的电力设备能效监测装置及方法，可实现测试量的自动采集，不需要人工干预，特别适合于变载荷试验和无人值守的实况能效采集。
数据采集同步进行、实时传输、实时处理，避免了人工操作引起的误差，提高了测试结果的准确性和效率。
为能效测试、节能设计和节能设备的选用提供了研究基础，电力设备参数与能效的关系、使用能效和标准能效的关系，在此采集***的帮助下可以很好地进行数据采集和研究分析。可分布式进行多点测试，可以至少100台电力设备同时测试，大大缩短数据采集时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明具体实施1提供的一种云平台的电力设备能效监测装置结构示意图；
图2是本发明实施例2提供的一种云平台的电力设备能效监测方法流程图；
附图中：101、微控制器；102、接口转换模块；103、电能采集模块；104、载荷测量模块；105、无线协调模块；106、无线通信模块；107、负载高度测量模块；108、移动电源模块；109、4G通讯模块；111、人机交互模块；110、能效云平台；112、SD卡存储模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
为了具体了解本发明提供的技术方案，将在下面的实施例中对本发明的技术方案做出详细的描述和说明。显然，本发明提供的实施例并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，除这些描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明具体实施方式针对现有技术的缺陷，提出一种基于云平台的电力设备能效监测装置及方法。
实施例1：
一种基于云平台的电力设备能效监测装置结构示意图如图1所示，主要包括：能效云平台110和能效采集终端；所述能效采集终端布置在司机室或者电控箱内；所述能效云平台布置在远程服务器中，与所述能效采集终端相互通信；
所述能效采集终端包括微控制器101、接口转换模块102、电能采集模块103、载荷测量模块104、无线协调模块105、无线通信模块106、负载高度测量模块107、SD卡存储模块112、4G通讯模块109和人机交互模块111；
所述电能采集模块通过接口转换模块与微控制器连接，所述微控制器依次通过无线通信模块、无线协调模块与负载高度测量模块连接；
所述负载高度测量模块，用于当空载起升运行起吊载荷变化后进行一次空载起升运行；
所述电能采集模块，用于测量电能、电压、电流的功率数据；
所述载荷测量模块，用于当负载高度测量模块完成一次空载起升运行后，进行能效测试；
所述微控制器，用于按照设定工况，自动控制电力设备能效监测的运行；
所述人机交互模块，用于输入起升电机定子电阻值；
所述微控制器与载荷测量模块连接，用于根据电能采集模块和负载高度测量模块获取的数据，以及通过人机交互模块预先输入的起升电机电阻值和内置的时钟数据，计算能效值；并将能效值存储于所述SD卡存储模块中，采用4G通讯模块发送给能效云平台，通过所述能效云平台自动接收、管理并展示能效信息。
所述电能采集模块103包括：电流互感器和DSSX/DTSX838型三相智能电表；其中，
所述电流互感器，用于监测电力设备起升电机的空载起升电流、负载起升电流；
所述DSSX/DTSX838型三相智能电表，用于采集空载起升电能、负载起升电能。
所述负载高度测量模块107,包括激光测距仪；
所述激光测距仪，用于监测空载起升行程。
所述DSSX/DTSX838型三相智能电表接入电力设备控制箱的输入端，电流互感器穿过电力设备起升电机的相线，激光测距仪通过磁力座吸附于吊钩滑轮组的侧面罩壳上、者砝码下面或侧面。
所述微控制器为STM32F407VET6型微控制器，其包括：主控制模块和驱动控制模块；
能效测试过程中，所述主控制模块按照预先设定的程序，通过驱动控制模块控制电力设备的上升、下降接触器，实现电力设备的自动运行。
电力设备能效监测装置还包括与外部工频交流电源连接的移动电源模块108，通过接通工频交流电源进行充电；
所述移动电源模块108与微控制器连接，为电力设备能效监测装置供电。
实施例2：
如图2所示，本发明具体实施方式还提供一种基于云平台的电力设备能效监测方法，所述方法包括：
S1基于电力设备起升电机的空载、负载起升电流，空载、负载起升电能和起升行程，以及预先输入的起升电机定子电阻值和内置的时钟数据，计算能效值；所述能效值包括电力设备的起升载重量；
S2将所述能效值存储于SD卡存储模块中，并通过4G通讯模块发送给能效云平台；
S3通过所述能效云平台自动接收、管理并展示能效信息。
步骤S1中，通过下式计算所述能效值：
Figure BDA0002725828900000061
Figure BDA0002725828900000062
式中：δi为瞬时能效；δ10为标准能效；Qi为第i个工作周期内的有效能，Ei为第i个运转周期的供给能。
通过下式计算第i个工作周期内的有效能Qi：
Qi＝GHi
式中：Qi为第i个工作周期内的有效能；G为电力设备实际起升载重量；Hi为电力设备在第i个工作周期的起升高度；
通过下式计算第i个运转周期的供给能Ei：
Ei＝3.6×106Di
式中：Ei为第i个运转周期的供给能；Di为第i个周期电力设备在起升阶段从电能表上读出的数据。
所述起升速度通过下式确定：
V0＝Hi/Ti′
式中：Hi为第i个运行周期中起升高度；Ti’为第i个运行周期中起升运行时间；
所述起升高度通过下式确定：
Hi＝1i2-1i1
式中：li1为第i个周期起升前激光测距仪读数；li2为第i个周期起升后，载荷完全静止时激光测距仪读数；
所述电力设备实际起升载重量通过下式确定：
G＝[E负-E空-3×(i负 2-i空 2)×R]/V0
式中：G为电力设备实际起升载重量；E负为负载时***输入的电能；E空为空载时输入的电能；i负为负载时的定子电流；i空为空载时的定子电流；R为起升电机的定子电阻值；V0为空载时起升速度。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于云平台的电力设备能效监测装置，其特征在于，包括：能效云平台和能效采集终端；所述能效采集终端布置在司机室或者电控箱内；所述能效云平台布置在远程服务器中，与所述能效采集终端相互通信；
所述能效采集终端包括微控制器、接口转换模块、电能采集模块、载荷测量模块、无线协调模块、无线通信模块、负载高度测量模块、SD卡存储模块、4G通讯模块和人机交互模块；
所述电能采集模块通过接口转换模块与微控制器连接，所述微控制器依次通过无线通信模块、无线协调模块与负载高度测量模块连接；
所述负载高度测量模块，用于当空载起升运行起吊载荷变化后进行一次空载起升运行；
所述电能采集模块，用于测量电能、电压、电流的功率数据；
所述载荷测量模块，用于当负载高度测量模块完成一次空载起升运行后，进行能效测试；
所述微控制器，用于按照设定工况，自动控制电力设备能效监测的运行；
所述人机交互模块，用于输入起升电机定子电阻值；
所述微控制器与载荷测量模块连接，用于根据电能采集模块和负载高度测量模块获取的数据，以及通过人机交互模块预先输入的起升电机电阻值和内置的时钟数据，计算能效值；并将能效值存储于所述SD卡存储模块中，采用4G通讯模块发送给能效云平台，通过所述能效云平台自动接收、管理并展示能效信息。
2.根据权利要求1所述的电力设备能效监测装置，其特征在于，所述电能采集模块包括：电流互感器和DSSX/DTSX838型三相智能电表；其中，
所述电流互感器，用于监测电力设备起升电机的空载起升电流、负载起升电流；
所述DSSX/DTSX838型三相智能电表，用于采集空载起升电能、负载起升电能。
3.根据权利要求1所述的电力设备能效监测装置，其特征在于，所述负载高度测量模块包括激光测距仪；
所述激光测距仪，用于监测空载起升行程。
4.根据权利要求2所述的电力设备能效监测装置，其特征在于，所述DSSX/DTSX838型三相智能电表接入电力设备控制箱的输入端，电流互感器穿过电力设备起升电机的相线，激光测距仪通过磁力座吸附于吊钩滑轮组的侧面罩壳上、者砝码下面或侧面。
5.根据权利要求1所述的电力设备能效监测装置，其特征在于，所述微控制器为STM32F407VET6型微控制器，其包括：主控制模块和驱动控制模块；
能效测试过程中，所述主控制模块按照预先设定的程序，通过驱动控制模块控制电力设备的上升、下降接触器，实现电力设备的自动运行。
6.根据权利要求1所述的电力设备能效监测装置，其特征在于，所述电力设备能效监测装置还包括与外部工频交流电源连接的移动电源模块，通过接通工频交流电源进行充电；
所述移动电源模块与微控制器连接，为电力设备能效监测装置供电。
7.一种基于云平台的电力设备能效监测方法，其特征在于，所述方法包括：
基于电力设备起升电机的空载、负载起升电流，空载、负载起升电能和起升行程，以及预先输入的起升电机定子电阻值和内置的时钟数据，计算能效值；所述能效值包括电力设备的起升载重量；
将所述能效值存储于SD卡存储模块中，并通过4G通讯模块发送给能效云平台；
通过所述能效云平台自动接收、管理并展示能效信息。
8.根据权利要求7所述的电力设备能效监测方法，其特征在于，通过下式计算所述能效值：
Figure FDA0002725828890000021
Figure FDA0002725828890000022
式中：δi为瞬时能效；δ10为标准能效；Qi为第i个工作周期内的有效能，Ei为第i个运转周期的供给能。
9.根据权利要求8所述的电力设备能效监测方法，其特征在于，通过下式计算第i个工作周期内的有效能Qi：
Qi＝GHi
式中：Qi为第i个工作周期内的有效能；G为电力设备实际起升载重量；Hi为电力设备在第i个工作周期的起升高度；
通过下式计算第i个运转周期的供给能Ei：
Ei＝3.6×106Di
式中：Ei为第i个运转周期的供给能；Di为第i个周期电力设备在起升阶段从电能表上读出的数据。
10.根据权利要求9所述的电力设备能效监测方法，其特征在于，所述起升速度通过下式确定：
V0＝Hi/Ti′
式中：Hi为第i个运行周期中起升高度；Ti’为第i个运行周期中起升运行时间；
所述起升高度通过下式确定：
Hi＝1i2-1i1
式中：1i1为第i个周期起升前激光测距仪读数；1i2为第i个周期起升后，载荷完全静止时激光测距仪读数；
所述电力设备实际起升载重量通过下式确定：
G＝[E负-E空-3×(i负 2-i空 2)×R]/V0
式中：G为电力设备实际起升载重量；E负为负载时***输入的电能；E空为空载时输入的电能；i负为负载时的定子电流；i空为空载时的定子电流；R为起升电机的定子电阻值；V0为空载时起升速度。
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