專利名稱：用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于工業(yè)控制技術領域，涉及一種設備控制系統(tǒng)，尤其涉及一種用電設備 狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)；此外，本發(fā)明還涉及上述用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)的 控制方法。
背景技術：
我國工業(yè)耗電約占耗電總量70%，其中電機耗電占工業(yè)耗電的60%_70%，其中電機 系統(tǒng)效率比發(fā)達國家低約20%-30%，其節(jié)能空間巨大。常見的電機節(jié)能技術有采用高效節(jié)能 電機、變頻調速、無功補償與相位控制技術等，其中變頻調速節(jié)能效果最為優(yōu)秀，變頻器最 初用途是速度控制，隨著技術的發(fā)展和社會對能源運用效率要求的日益提高，逐漸被用于 節(jié)能領域。無功補償與相位控制主要是根據(jù)電機有效功率與電流電壓相位有關的原理，動 態(tài)地跟隨負載量的變化而調節(jié)輸入電機的功率，減少電機的無效功率，使其功率因素和運 行效率得到提升。目前我國工業(yè)廠區(qū)對照明的控制大多還停留在人工控制的程度，但因廠區(qū)電壓偏 高(廠區(qū)電壓在235 240v之間，通常照明用電電器的電壓要求在210 220v之間)、公共 區(qū)域照明管理不善等因素，導致廠區(qū)燈具的使用時間超出實際需要時間，使用電壓超出最 佳電壓，不但導致電力白白浪費，還會導致燈具使用壽命下降，從而導致更多損失。本發(fā)明 智能節(jié)電原理是通過感知、分析廠區(qū)電路狀況，對照明用電進行調整，對照明電器進行智能 控制，如在深夜電壓較高時將電壓穩(wěn)定在220v左右，并且當傳感器未探測到有照明需求的 時候自動關閉照明電器或減少區(qū)域照明亮度，進而達到節(jié)電的效果。傳感器網(wǎng)絡是傳感器采用點對點傳輸、連接傳感控制器而構成的，具有獲取多種 信息信號的綜合處理能力，配合近年來高速發(fā)展的嵌入式技術，傳感網(wǎng)絡的應用已經(jīng)拓展 到樓宇控制、工業(yè)控制及智能家居等各領域，并且還在不斷有新的應用方式被挖掘出來。隨 著現(xiàn)場總線技術發(fā)展，大量多功能傳感器被運用，并使用無線技術連接，進而形成了無線傳 感器網(wǎng)絡，由于無線傳感器網(wǎng)絡具有密集型、隨機分布的特點，因而可適用于各類復雜環(huán) 境，如工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場；目前常見的無線傳感技術有采用GPRS通訊、藍牙通訊、高頻無線通 訊、超高頻無線通訊以及微波通訊等不同傳輸方式，主要的現(xiàn)場總線協(xié)議有Lon、EIB/KNX、 profibus、BACnet等，在工業(yè)、智能樓宇等領域均有應用，但目前傳感網(wǎng)絡在工業(yè)應用還主 要集中在工控領域，而專門的節(jié)能相關應用尚在起步階段，本發(fā)明系統(tǒng)即為傳感網(wǎng)絡在節(jié) 能領域的一個創(chuàng)新應用
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)，具 有可擴展性高、魯棒性強、施工簡便等特性，適用于各類企事業(yè)單位、政府機關的各種類用 電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制管理。此外，本發(fā)明還涉及上述用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)的控制方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案
一種用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括傳感網(wǎng)絡單元、總控平臺、現(xiàn)場 控制終端、執(zhí)行單元；所述總控平臺包括異常診斷系統(tǒng)、最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)。所述傳 感網(wǎng)絡單元包括若干傳感器，用以獲取設備的環(huán)境信息或/和運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；所述現(xiàn)場控 制終端用以對傳感網(wǎng)絡單元獲取的數(shù)據(jù)進行初步處理以及完成總控平臺控制指令的傳達； 所述執(zhí)行單元用以執(zhí)行總控平臺發(fā)出的控制指令，對設備運行狀態(tài)進行調整；所述異常診 斷系統(tǒng)通過被動接收傳感器信息或主動問詢傳感器信息獲取傳感器及設備的運行信息，與 系統(tǒng)內(nèi)置的正常工作狀態(tài)的傳感參數(shù)集與設備工作狀態(tài)參數(shù)集進行對比，查看傳感器與設 備是否出現(xiàn)異常；所述最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)基于歷史模板庫，通過對傳感器參數(shù)集和 設備工作狀態(tài)參數(shù)集與設備功率因素的函數(shù)關系進行分析，并將多個設備的功率因素整體 考慮，最終得到每一個設備的配置參數(shù)；而后，執(zhí)行單元對設備調整，使得設備當前設置逼 近這個最優(yōu)的目標配置參數(shù)。系統(tǒng)通過環(huán)境傳感器網(wǎng)絡獲取包括光照、溫度、聲音、人員來往等實時的環(huán)境信息 與設備狀態(tài)指示燈、設備運行噪音、震動、電機轉速等設備信息，通過電路傳感器獲取電路 的實時信息，并將獲取的環(huán)境參數(shù)、設備信息和電路狀況傳送至現(xiàn)場控制終端，進行初步分 形，并上報至總控平臺。本系統(tǒng)采用多種傳感器進行組合以應用于不同的場景，如紅外傳感、微波感應器 配合門磁感應器可以準備測定廠房、車間、辦公室的人員進出情況；紅外傳感器、聲音傳感 器配合光傳感器可以得到公共區(qū)域的照明需求相關的數(shù)據(jù)，設備指示燈傳感器結合電路傳 感器可以得到設備運轉狀態(tài)等信息，根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境和設備狀況還有更多的傳感器組合應 用，不一枚舉。傳感器獲取的信號經(jīng)過傳感單元的MCU處理，通過串口通訊傳輸至總線設備，并 最終到達現(xiàn)場控制終端，傳感單元的關鍵技術在于對電路傳感器的調理和對各類傳感器組 合應用場景的識別以及初步分析?，F(xiàn)場控制終端的MCU處理接收到由總線傳輸?shù)膫鞲行畔⒑?，能根?jù)傳感信息智能 設置電路開關狀態(tài)，并傳送指令至執(zhí)行單元達到控制用電的效果，現(xiàn)場控制終端可通過人 機界面/遙控等方式允許現(xiàn)場管理員進行用電管理，同時還可通過智能節(jié)能總控平臺遠程 控制?，F(xiàn)場控制終端還負責將現(xiàn)場數(shù)據(jù)和執(zhí)行單元的動作傳送至總控平臺。執(zhí)行單元從現(xiàn)場控制終端接收控制信號，并對其進行響應。執(zhí)行單元可根據(jù)總控 平臺發(fā)出的操作指令通過改變電路電流、電壓、變頻調速、線路切換等方式對設備進行直接 操控。除了可以實現(xiàn)整體能效最優(yōu)的參數(shù)配置外，在部分應用場景中，執(zhí)行單元可以自動關 閉待機中的設備，可直接節(jié)省電力。總控平臺是系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，經(jīng)過初步分析處理的傳感器網(wǎng)絡信息、設備信息在 總控平臺內(nèi)首先通過異常診斷系統(tǒng)，以判斷其運行是否正常，傳感器及設備運行信息的獲 取可以通過被動接收傳感器信息或主動問詢傳感器信息獲取。
總控平臺將獲取的信息數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內(nèi)置的正常工作狀態(tài)的傳感參數(shù)集與設備工 作狀態(tài)參數(shù)集進行對比分析，可實現(xiàn)實時發(fā)現(xiàn)傳感器與設備異常的功能，并且可獲得異常 發(fā)生的具體狀況，為維修人員和現(xiàn)場操作人員提供參考。設備整體能效運行自尋優(yōu)系統(tǒng)基于歷史模板庫，通過對傳感器參數(shù)集和設備工作 狀態(tài)參數(shù)集與設備功率因素的函數(shù)關系進行分析，并將多個設備的功率因素整體考慮，最 終得到每一個設備的目標配置參數(shù)，通過執(zhí)行單元對設備的調整使得設備當前設置無限逼 近這個最優(yōu)的目標配置參數(shù)，使得整體能效最高，實現(xiàn)節(jié)能的效果。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述異常診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)過程為 先對設備狀態(tài)與傳感器數(shù)據(jù)定義
設備的設置參數(shù)為& ；
傳感器獲得的傳感數(shù)據(jù)為Sj ；
傳感器ei與特定設備~的影響因子為Cij ；
系統(tǒng)運行狀態(tài)為S;
得到一個傳感數(shù)據(jù)與設備設置參數(shù)相關表
基于實例庫的異常診斷方法包括如下步驟
設S為實例庫中i個實例中所包含的特征向量的集合，Sx是當前實例的特征向量；設 S與Sx的并集一共包含j個特征項，則sx=[ cxl cx2 .... Cxj]，S表示為iXj維的實例指標集 矩陣
最近相鄰的函數(shù)用下列公式表示
其中Wk是第k個指標的重要度；Sim是相似函數(shù)；Si為傳感器獲得的傳感數(shù)據(jù)；
局部相似度可以表示為
其中range (s (k))表示第k個指標的取值范圍；[sx (k)-Si (k) ]/range (s (k)) |表 示當前目標實例與實例的第k個指標的不相似度；
通過分析當前目標實例與實例的不相似度，獲取配置參數(shù)調整的數(shù)值，并發(fā)出操作指令，當設備接收新的配置參數(shù)后，傳感網(wǎng)絡單元獲取的參數(shù)集將發(fā)生變化，得到的新的參數(shù) 集合應與目標實例不相似度更小，如此往復使得系統(tǒng)最終配置參數(shù)與狀態(tài)均吻合整體，以 實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化的目標。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)的實現(xiàn)過程為 步驟A、初始化自尋優(yōu)參數(shù)；尋優(yōu)參量為多指標參量，包括電壓、電流、轉速、磁通，所述 尋優(yōu)方法所需主要參數(shù)有Au、e和k ；其中Au為尋優(yōu)步長矩陣；e為尋優(yōu)誤差矩陣，當 Au<e時，尋優(yōu)結束，此時的配置認為最優(yōu)；k為擾動參數(shù)正負反饋的邏輯標志，初值為零； k=l時的當前擾動參數(shù)與上一擾動參數(shù)值相反；k=2時，說明正向和負向擾動都未搜索到有 效點，需重置k為零，并縮小Au ；調節(jié)后的Au記作Au’，Au' =Φ X Au+ζ，其中，Au表 示調節(jié)前的Au ；
步驟B、判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定，如果沒有達到穩(wěn)態(tài)，則退出；
步驟C、根據(jù)步長Au和k計算新的最優(yōu)配置，判斷新的工作點是否會越過穩(wěn)定界；若 通過計算得到的工作點會超出穩(wěn)定界，則說明擾動參數(shù)不合適，將邏輯標記k加1，變擾動 為負值，再判斷狀態(tài)是否能穩(wěn)定；如果不能，縮小八u，若Au<e，尋優(yōu)結束，此時的配置認為 最優(yōu)；否則重置k為零，返回狀態(tài)判定；
步驟D、若k=l則按原狀態(tài)參數(shù)調整用電設備的狀態(tài)，使其工況恢復原狀；穩(wěn)定后，施加 與原擾動等量的負擾動信號，若仍未找到有效點或出現(xiàn)越界，則邏輯標志k值置為2 ；說明 尋優(yōu)步長不合適，縮小步長△ U，重置k為零，返回狀態(tài)判定；
步驟E重復上述過程，直至Au<e，此時已經(jīng)搜索到最優(yōu)配置。
一種上述用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)的控制方法，所述方法包括如下步驟 所述傳感網(wǎng)絡單元獲取設備的環(huán)境信息或/和運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至現(xiàn)場控 制終端；
所述現(xiàn)場控制終端對傳感網(wǎng)絡單元獲取的數(shù)據(jù)進行初步處理，而后把處理的數(shù)據(jù)發(fā)送 至總控平臺；
所述總控平臺的異常診斷系統(tǒng)通過被動接收傳感器信息或主動問詢傳感器信息獲取 傳感器及設備的運行信息，與系統(tǒng)內(nèi)置的正常工作狀態(tài)的傳感參數(shù)集與設備工作狀態(tài)參數(shù) 集進行對比，查看傳感器與設備是否出現(xiàn)異常；
所述總控平臺的所述最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)基于歷史模板庫，通過對傳感器參數(shù)集 和設備工作狀態(tài)參數(shù)集與設備功率因素的函數(shù)關系進行分析，并將多個設備的功率因素整 體考慮，最終得到每一個設備的配置參數(shù)；
所述總控平臺根據(jù)異常診斷系統(tǒng)、最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送控制指 令至現(xiàn)場控制終端；
所述現(xiàn)場控制終端接收總控平臺的控制指令，并將其傳輸至執(zhí)行單元； 所述執(zhí)行單元用以執(zhí)行總控平臺發(fā)出的控制指令，對設備運行狀態(tài)進行調整。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)及其控制方 法，具有可擴展性高、魯棒性強、施工簡便等特性，適用于各類企事業(yè)單位、政府機關的各種類用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制管理。本發(fā)明所描述的設備包括但不限于生產(chǎn)設備、照 明設備、辦公設備等，且本發(fā)明如應用于整條生產(chǎn)線則可以對生產(chǎn)線整體能效進行優(yōu)化，同 理經(jīng)適當改造可在整個生產(chǎn)流程中應用并達到能效最優(yōu)的效果。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的組成示意圖。圖2為本發(fā)明方法(傳感器被動觸發(fā))的流程圖。圖3為本發(fā)明方法(總控平臺主動輪詢觸發(fā))的流程圖。圖4為最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)實現(xiàn)過程的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。實施例一
請參閱圖1，本發(fā)明揭示了一種用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括傳感 網(wǎng)絡單元、總控平臺、現(xiàn)場控制終端、執(zhí)行單元；所述總控平臺包括異常診斷系統(tǒng)、最佳功耗 運行自尋優(yōu)系統(tǒng)。傳感網(wǎng)絡單元
所述傳感網(wǎng)絡單元包括若干傳感器，用以獲取設備的環(huán)境信息或/和運行狀態(tài)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過環(huán)境傳感器網(wǎng)絡獲取包括光照、溫度、聲音、人員來往等實時環(huán)境信息 與設備狀態(tài)指示燈、設備運行噪音、震動、電機轉速等設備信息，通過電路傳感器獲取電路 的實時信息，并將獲取的環(huán)境參數(shù)、設備信息和電路狀況傳送至現(xiàn)場控制終端，進行初步分 形，并上報至總控平臺。本系統(tǒng)采用多種傳感器進行組合以應用于不同的場景，如紅外傳感、微波感應器 配合門磁感應器可以準備測定廠房、車間、辦公室的人員進出情況；紅外傳感器、聲音傳感 器配合光傳感器可以得到公共區(qū)域的照明需求相關的數(shù)據(jù)，設備指示燈傳感器結合電路傳 感器可以得到設備運轉狀態(tài)等信息，根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境和設備狀況還有更多的傳感器組合應 用，不一枚舉。傳感器獲取的信號經(jīng)過傳感單元的MCU處理，通過串口通訊傳輸至總線設備，并 最終到達現(xiàn)場控制終端，傳感單元的關鍵技術在于對電路傳感器的調理和對各類傳感器組 合應用場景的識別以及初步分析。現(xiàn)場控制終端
所述現(xiàn)場控制終端用以對傳感網(wǎng)絡單元獲取的數(shù)據(jù)進行初步處理以及完成總控平臺 控制指令的傳達。現(xiàn)場控制終端的MCU處理接收到由總線傳輸?shù)膫鞲行畔⒑?，能根?jù)傳感信息智能 設置電路開關狀態(tài)，并傳送指令至執(zhí)行單元達到控制用電的效果，現(xiàn)場控制終端可通過人 機界面/遙控等方式允許現(xiàn)場管理員進行用電管理，同時還可通過智能節(jié)能總控平臺遠程 控制?，F(xiàn)場控制終端還負責將現(xiàn)場數(shù)據(jù)和執(zhí)行單元的動作傳送至總控平臺。
執(zhí)行單元
所述執(zhí)行單元用以執(zhí)行總控平臺發(fā)出的控制指令，對設備運行狀態(tài)進行調整。執(zhí)行單元從現(xiàn)場控制終端接收控制信號，并對其進行響應。執(zhí)行單元可根據(jù)總控 平臺發(fā)出的操作指令通過改變電路電流、電壓、變頻調速、線路切換等方式對設備進行直接 操控。除了可以實現(xiàn)整體能效最優(yōu)的參數(shù)配置外，在部分應用場景中，執(zhí)行單元可以自動關 閉待機中的設備，可直接節(jié)省電力。異常診斷系統(tǒng)
所述異常診斷系統(tǒng)通過被動接收傳感器信息或主動問詢傳感器信息獲取傳感器及設 備的運行信息，與系統(tǒng)內(nèi)置的正常工作狀態(tài)的傳感參數(shù)集與設備工作狀態(tài)參數(shù)集進行對 比，查看傳感器與設備是否出現(xiàn)異常?？偪仄脚_是系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，經(jīng)過初步分析處理的傳感器網(wǎng)絡信息、設備信息在 總控平臺內(nèi)首先通過異常診斷系統(tǒng)，以判斷其運行是否正常，傳感器及設備運行信息的獲 取可以通過被動接收傳感器信息或主動問詢傳感器信息獲取?？偪仄脚_將獲取的信息數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內(nèi)置的正常工作狀態(tài)的傳感參數(shù)集與設備工 作狀態(tài)參數(shù)集進行對比分析，可實現(xiàn)實時發(fā)現(xiàn)傳感器與設備異常的功能，并且可獲得異常 發(fā)生的具體狀況，為維修人員和現(xiàn)場操作人員提供參考。本實施例中，所述異常診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)過程如下。在此之前，先對設備狀態(tài)與傳感器數(shù)據(jù)定義 設備的設置參數(shù)為& ；
傳感器獲得的傳感數(shù)據(jù)為Sj ；
傳感器ei與特定設備~的影響因子為Cij ；
系統(tǒng)運行狀態(tài)為S;
可以得到一個傳感數(shù)據(jù)與設備設置參數(shù)相關表
表1
基于實例庫的異常診斷算法包括如下步驟
設S為實例庫中i個實例中所包含的特征向量的集合，Sx是當前實例的特征向量；設 S與Sx的并集一共包含j個特征項，則sx=[ cxl cx2 .... Cxj]，S表示為iXj維的實例指標集 矩陣
最近相鄰的函數(shù)用下列公式表示
其中Wk是第k個指標的重要度；Sim是相似函數(shù)；Si為傳感器獲得的傳感數(shù)據(jù)； 經(jīng)典的局部相似度表示為
simk = 1-1 [sx(k)-si(k)]/range(s(k))；根據(jù)相似度判斷設備狀態(tài)。其中range (s (k))表示第k個指標的取值范圍；| [sx (k)-Si (k) ] / range (s(k)) |表示當前目標實例與實例的第k個指標的不相似度；
通過分析當前目標實例與實例的不相似度，獲取配置參數(shù)調整的數(shù)值，并發(fā)出操作指 令，當設備接收新的配置參數(shù)后，傳感網(wǎng)絡單元獲取的參數(shù)集將發(fā)生變化，得到的新的參數(shù) 集合應與目標實例不相似度更小，如此往復使得系統(tǒng)最終配置參數(shù)與狀態(tài)均吻合整體節(jié)能 優(yōu)化的目標。本發(fā)明可實現(xiàn)對用電設備狀態(tài)的監(jiān)測與控制；同時根據(jù)案例庫進行推理與查詢， 采用自尋優(yōu)算法，可尋找達到設備整體能耗最優(yōu)的參數(shù)設置方案，進而通過執(zhí)行單元調節(jié) 設備運行狀態(tài)，實現(xiàn)設備的整體節(jié)能優(yōu)化。最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)
所述最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)基于歷史模板庫，通過對傳感器參數(shù)集和設備工作狀態(tài) 參數(shù)集與設備功率因素的函數(shù)關系進行分析，并將多個設備的功率因素整體考慮，最終得 到每一個設備的配置參數(shù)。通過執(zhí)行單元對設備的調整，使得設備當前設置無限逼近這個 最優(yōu)的目標配置參數(shù)，使得整體能效最高，實現(xiàn)節(jié)能的效果。所述最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)根據(jù)設置的目標工況調節(jié)設備的設置參數(shù)，如電 壓、電流、轉速、磁通量等等；當尋優(yōu)步長矩陣 < 尋優(yōu)誤差矩陣e時，結束調節(jié)過程，此時的配 置被認為最優(yōu)；否則調節(jié)Au’ =φ X Au+ζ ；其中，Au為調節(jié)前的尋優(yōu)步長矩陣，Au’為 調節(jié)后的尋優(yōu)步長矩陣，Δu、Au’、e為由各參數(shù)組成的矩陣，調節(jié)參數(shù)φ與ζ由選定的 最佳工況模型確定。請參閱圖4，本發(fā)明最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)的尋優(yōu)流程如下
步驟A初始化自尋優(yōu)參數(shù)。尋優(yōu)參量為多指標參量，包括電壓、電流、轉速、磁通量等， 所述尋優(yōu)方法所需主要參數(shù)有Au、e和k ；其中Au為尋優(yōu)步長矩陣；e為尋優(yōu)誤差矩陣， 當Au<e時，尋優(yōu)結束，此時的配置可認為最優(yōu)；k為擾動參數(shù)正負反饋的邏輯標志，初值為 零；k=l時的當前擾動參數(shù)與上一擾動參數(shù)值相反；k=2時，說明正向和負向擾動都未搜索 到有效點，需重置k為零，并縮小Au;調節(jié)后的Au記作Au’，Δ ’ = φΧ Au+ζ (本式中， Δu表示調節(jié)前的Au)。步驟B判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定，如果沒有達到穩(wěn)態(tài)，則退出；
步驟C根據(jù)步長Au和k計算新的最優(yōu)配置，判斷新的工作點是否會越過穩(wěn)定界。若 通過計算得到的工作點會超出穩(wěn)定界，則說明擾動參數(shù)不合適，將邏輯標記k加1，變擾動 為負值，再判斷狀態(tài)是否能穩(wěn)定；如果不能，縮小八u，若Au<e，尋優(yōu)結束，此時的配置可認 為最優(yōu)；否則重置k為零，返回狀態(tài)判定。步驟D若k=l則按原狀態(tài)參數(shù)調整用電設備的狀態(tài)，使其工況恢復原狀。穩(wěn)定后，施加與原擾動等量的負擾動信號，若仍未找到有效點或出現(xiàn)越界，則邏輯標志k值置 為2。說明尋優(yōu)步長不合適，本實施例中，用黃金分割法縮小步長Au(Au=0.618Au或 Δ u=0. 66 Δ u)，重置k為零，返回狀態(tài)判定。步驟E重復上述過程，直至Δ u<e，此時已經(jīng)搜索到最優(yōu)配置。
綜上所述，本發(fā)明提出的用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)及其控制方法，具有可擴 展性高、魯棒性強、施工簡便等特性，適用于各類企事業(yè)單位、政府機關的各種類用電設備 狀態(tài)檢測與節(jié)能控制管理。本發(fā)明所描述的設備包括但不限于生產(chǎn)設備、照明設備、辦公設 備等，且本發(fā)明如應用于整條生產(chǎn)線則可以對生產(chǎn)線整體能效進行優(yōu)化，同理經(jīng)適當改造 可在整個生產(chǎn)流程中應用并達到能效最優(yōu)的效果。
這里本發(fā)明的描述和應用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。 這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技術人員來說實施例 的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精 神或本質特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料 和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其 它變形和改變。
權利要求
一種用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括傳感網(wǎng)絡單元、總控平臺、現(xiàn)場控制終端、執(zhí)行單元；所述總控平臺包括異常診斷系統(tǒng)、最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)；所述傳感網(wǎng)絡單元包括若干傳感器，用以獲取設備的環(huán)境信息或/和運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；所述現(xiàn)場控制終端用以對傳感網(wǎng)絡單元獲取的數(shù)據(jù)進行初步處理以及完成總控平臺控制指令的傳達；所述執(zhí)行單元用以執(zhí)行現(xiàn)場管理人員、總控平臺發(fā)出的控制指令，對設備運行狀態(tài)進行調整；所述異常診斷系統(tǒng)通過被動接收傳感器信息或主動問詢傳感器信息獲取傳感器及設備的運行信息，與系統(tǒng)內(nèi)置的正常工作狀態(tài)的傳感參數(shù)集與設備工作狀態(tài)參數(shù)集進行對比，查看傳感器與設備是否出現(xiàn)異常；所述最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)基于歷史模板庫，通過對傳感器參數(shù)集和設備工作狀態(tài)參數(shù)集與設備功率因素的函數(shù)關系進行分析，并將多個設備的功率因素整體考慮，最終得到每一個設備的配置參數(shù)；而后，執(zhí)行單元對設備調整，使得設備當前設置逼近這個最優(yōu)的目標配置參數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于 傳感網(wǎng)絡單元包括環(huán)境傳感器網(wǎng)絡，用以獲取實時環(huán)境信息、設備信息；實時環(huán)境信息包括但不限于光 照、溫度、聲音、人員來往等實時環(huán)境信息，設備信息包括但不限于設備狀態(tài)指示燈、設備運 行噪音、震動、電機轉速、力矩等；電路傳感器，用以獲取電路的實時信息，包括但不限于電流、電壓、相位差、功率； 所述傳感網(wǎng)絡單元將獲取的環(huán)境參數(shù)、設備信息和電路狀況傳送至現(xiàn)場控制終端，進 行初步分形，并上報至總控平臺。
3.根據(jù)權利要求1所述的用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于 傳感器獲取的信號經(jīng)過傳感單元的MCU處理，通過串口通訊傳輸至總線設備，并最終到達現(xiàn)場控制終端；現(xiàn)場控制終端的MCU處理接收到由總線傳輸?shù)膫鞲行畔⒑?，根?jù)傳感信息智能設置電 路開關狀態(tài)，并傳送指令至執(zhí)行單元達到控制用電的效果；現(xiàn)場控制終端允許現(xiàn)場管理員 進行用電管理，同時還可通過智能節(jié)能總控平臺遠程控制；現(xiàn)場控制終端傳送的指令包括通過手持或/和固定式操作面板接受現(xiàn)場管理人員的 指令，以及為現(xiàn)場管理人員提供狀態(tài)顯示與操作建議；執(zhí)行單元從現(xiàn)場控制終端接收控制信號，并對其進行響應；執(zhí)行單元根據(jù)總控平臺發(fā) 出的操作指令通過改變電路電流、電壓、變頻調速、相位控制、無功補償、切換線路方式對設 備進行直接操控。
4.根據(jù)權利要求1所述的用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于 所述異常診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)過程為先對設備狀態(tài)與傳感器數(shù)據(jù)定義 設備的設置參數(shù)為h； 傳感器獲得的傳感數(shù)據(jù)為Sj ；傳感器ei與特定設備~的影響因子為Cij ； 系統(tǒng)運行狀態(tài)為S;得到一個傳感數(shù)據(jù)與設備設置參數(shù)相關表 基于實例庫的異常診斷方法包括如下步驟設S為實例庫中i個實例中所包含的特征向量的集合，Sx是當前實例的特征向量；設 S與Sx的并集一共包含j個特征項，則sx=[ CxlCx2.... CjJ, S表示為iXj維的實例指標集 矩陣最近相鄰的函數(shù)用下列公式表示 其中Wk是第k個指標的重要度；Sim是相似函數(shù)；Si為傳感器獲得的傳感數(shù)據(jù)；因此局部相似度可以表示為 其中range (s (k))表示第k個指標的取值范圍；[sx (k)-Si (k) ]/range (s (k)) |表 示當前目標實例與實例的第k個指標的不相似度；通過分析當前目標實例與實例的不相似度，獲取配置參數(shù)調整的數(shù)值，并發(fā)出操作指 令，當設備接收新的配置參數(shù)后，傳感網(wǎng)絡單元獲取的參數(shù)集將發(fā)生變化，得到的新的參數(shù) 集合應與目標實例不相似度更小，如此往復使得系統(tǒng)最終配置參數(shù)與狀態(tài)均吻合整體，以 實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化的目標。
5.根據(jù)權利要求1所述的用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于 所述最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)的實現(xiàn)過程為步驟A、初始化自尋優(yōu)參數(shù)；尋優(yōu)參量為多指標參量，包括電壓、電流、轉速、磁通，所述 尋優(yōu)方法所需主要參數(shù)有Au、e和k ；其中Δ u為尋優(yōu)步長矩陣；e為尋優(yōu)誤差矩陣，當 Au<e時，尋優(yōu)結束，此時的配置認為最優(yōu)；k為擾動參數(shù)正負反饋的邏輯標志，初值為零； k=l時的當前擾動參數(shù)與上一擾動參數(shù)值相反；k=2時，說明正向和負向擾動都未搜索到有 效點，需重置k為零，并縮小Au ；調節(jié)后的Au記作Au’，Au' =Φ X Au+ζ，其中，Au表示調節(jié)前的Au ；步驟B、判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定，如果沒有達到穩(wěn)態(tài)，則退出；步驟C、根據(jù)步長Au和k計算新的最優(yōu)配置，判斷新的工作點是否會越過穩(wěn)定界；若 通過計算得到的工作點會超出穩(wěn)定界，則說明擾動參數(shù)不合適，將邏輯標記k加1，變擾動 為負值，再判斷狀態(tài)是否能穩(wěn)定；如果不能，縮小八u，若Au<e，尋優(yōu)結束，此時的配置認為 最優(yōu)；否則重置k為零，返回狀態(tài)判定；步驟D、若k=l則按原狀態(tài)參數(shù)調整用電設備的狀態(tài)，使其工況恢復原狀；穩(wěn)定后，施加 與原擾動等量的負擾動信號，若仍未找到有效點或出現(xiàn)越界，則邏輯標志k值置為2 ；說明 尋優(yōu)步長不合適，縮小步長△ U，重置k為零，返回狀態(tài)判定；步驟E重復上述過程，直至Au<e，此時已經(jīng)搜索到最優(yōu)配置。
6.一種權利要求1至5之一所述用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)的控制方法，其特 征在于，所述方法包括如下步驟所述傳感網(wǎng)絡單元獲取設備的環(huán)境信息或/和運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至現(xiàn)場控 制終端；所述現(xiàn)場控制終端對傳感網(wǎng)絡單元獲取的數(shù)據(jù)進行初步處理，而后把處理的數(shù)據(jù)發(fā)送 至總控平臺；所述總控平臺的異常診斷系統(tǒng)通過被動接收傳感器信息或主動問詢傳感器信息獲取 傳感器及設備的運行信息，與系統(tǒng)內(nèi)置的正常工作狀態(tài)的傳感參數(shù)集與設備工作狀態(tài)參數(shù) 集進行對比，查看傳感器與設備是否出現(xiàn)異常；所述總控平臺的所述最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)基于歷史模板庫，通過對傳感器參數(shù)集 和設備工作狀態(tài)參數(shù)集與設備功率因素的函數(shù)關系進行分析，并將多個設備的功率因素整 體考慮，最終得到每一個設備的配置參數(shù)；所述總控平臺根據(jù)異常診斷系統(tǒng)、最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送控制指 令至現(xiàn)場控制終端；所述現(xiàn)場控制終端接收總控平臺的控制指令，并將其傳輸至執(zhí)行單元； 所述執(zhí)行單元用以執(zhí)行總控平臺發(fā)出的控制指令，對設備運行狀態(tài)進行調整。
7.根據(jù)權利要求6所述的控制方法，其特征在于 所述異常診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)過程為先對設備狀態(tài)與傳感器數(shù)據(jù)定義設備的設置參數(shù)為h；傳感器獲得的傳感數(shù)據(jù)為Sj ；傳感器ei與特定設備~的影響因子為Cij ；系統(tǒng)運行狀態(tài)為S;得到一個傳感數(shù)據(jù)與設備設置參數(shù)相關表 基于實例庫的異常診斷方法包括如下步驟設S為實例庫中i個實例中所包含的特征向量的集合，Sx是當前實例的特征向量；設 S與Sx的并集一共包含j個特征項，則sx=[ cxl cx2 .... Cxj]，S表示為iXj維的實例指標集 矩陣最近相鄰的函數(shù)用下列公式表示 其中Wk是第k個指標的重要度；Sim是相似函數(shù)；Si為傳感器獲得的傳感數(shù)據(jù)；局部相似度可以表示為 其中range (s (k))表示第k個指標的取值范圍；[sx (k)-Si (k) ]/range (s (k)) |表 示當前目標實例與實例的第k個指標的不相似度；通過分析當前目標實例與實例的不相似度，獲取配置參數(shù)調整的數(shù)值，并發(fā)出操作指 令，當設備接收新的配置參數(shù)后，傳感網(wǎng)絡單元獲取的參數(shù)集將發(fā)生變化，得到的新的參數(shù) 集合應與目標實例不相似度更小，如此往復使得系統(tǒng)最終配置參數(shù)與狀態(tài)均吻合整體，以 實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化的目標。
8.根據(jù)權利要求6所述的控制方法，其特征在于 所述最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)的實現(xiàn)過程為步驟A、初始化自尋優(yōu)參數(shù)；尋優(yōu)參量為多指標參量，包括電壓、電流、轉速、磁通，所述 尋優(yōu)方法所需主要參數(shù)有Au、e和k ；其中Δ u為尋優(yōu)步長矩陣；e為尋優(yōu)誤差矩陣，當 Au<e時，尋優(yōu)結束，此時的配置認為最優(yōu)；k為擾動參數(shù)正負反饋的邏輯標志，初值為零； k=l時的當前擾動參數(shù)與上一擾動參數(shù)值相反；k=2時，說明正向和負向擾動都未搜索到有 效點，需重置k為零，并縮小Au ；調節(jié)后的Au記作Au’，Au' =Φ X Au+ζ，其中，Au表 示調節(jié)前的Au;步驟B、判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定，如果沒有達到穩(wěn)態(tài)，則退出；步驟C、根據(jù)步長Au和k計算新的最優(yōu)配置，判斷新的工作點是否會越過穩(wěn)定界；若 通過計算得到的工作點會超出穩(wěn)定界，則說明擾動參數(shù)不合適，將邏輯標記k加1，變擾動 為負值，再判斷狀態(tài)是否能穩(wěn)定；如果不能，縮小八u，若Au<e，尋優(yōu)結束，此時的配置認為 最優(yōu)；否則重置k為零，返回狀態(tài)判定；步驟D、若k=l則按原狀態(tài)參數(shù)調整用電設備的狀態(tài)，使其工況恢復原狀；穩(wěn)定后，施加與原擾動等量的負擾動信號，若仍未找到有效點或出現(xiàn)越界，則邏輯標志k值置為2 ；說明 尋優(yōu)步長不合適，縮小步長△ u，重置k為零，返回狀態(tài)判定；步驟E重復上述過程，直至Au<e，此時已經(jīng)搜索到最優(yōu)配置。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制系統(tǒng)及其控制方法，所述系統(tǒng)包括傳感網(wǎng)絡單元、總控平臺、現(xiàn)場控制終端、執(zhí)行單元；所述總控平臺包括異常診斷系統(tǒng)、最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)。最佳功耗運行自尋優(yōu)系統(tǒng)基于歷史模板庫，通過對傳感器參數(shù)集和設備工作狀態(tài)參數(shù)集與設備功率因素的函數(shù)關系進行分析，并將多個設備的功率因素整體考慮，最終得到每一個設備的配置參數(shù)；而后，執(zhí)行單元對設備調整，使得設備當前設置逼近這個最優(yōu)的目標配置參數(shù)。本發(fā)明具有可擴展性高、魯棒性強、施工簡便等特性，適用于各類企事業(yè)單位、政府機關的各種類用電設備狀態(tài)檢測與節(jié)能控制管理。
文檔編號G01R21/00GK101930227SQ20101015221
公開日2010年12月29日 申請日期2010年4月21日 優(yōu)先權日2010年4月21日
發(fā)明者劉曉升, 王榮虎, 王鑫印, 胡源 申請人:王榮虎;王鑫印