系统能耗过程管理装置及其管理控制方法

1.一种系统能耗过程管理控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤： A.采集系统内各用能设备的实时输入和输出参数，并同时采集周边环境的实时环境参数； B.将步骤A中采集的参数信号进行分析处理，对参数信号进行处理分析包括以下分步骤： B1.对采集的数据进行存储； B2.对步骤B1中存储的数据进行分析； B3.由步骤B2的分析结果得到系统内各用能设备的能耗函数，并存储； B4.根据步骤B3中分析得到的实时环境参数计算出系统内各用能设备在该环境条件下的标准能耗函数，并生成相应的能耗曲线，并存储； B5.将步骤B3和步骤B4中所得到的参数进行比较，得到实时参数与标准参数的差异，根据差异情况判定是否向系统内各用能设备发出控制指令； C.根据步骤B中的分析结果，对系统内各用能设备进行控制。
2.根据权利要求1所述系统能耗过程管理控制方法，其特征在于：步骤A中所述采集实时输入和输出参数包括电能参数、水能参数、气能参数或机械能参数中的至少一种；步骤A中所述实时环境参数包括温度或湿度中的至少一种。
3.根据权利要求1所述系统能耗过程管理控制方法，其特征在于：步骤B3中所述得到的能耗函数为： Y=E（I）-E（O）=b1x1+b2x2+……+bnxn其中Y为函数值，E（I）为能源输入值，E（O）为能源输出值，b1，2…n为关系常量，x1，2…n为周边环境参数值，为变量。
4.根据权利要求1所述系统能耗过程管理控制方法，其特征在于：步骤B4中标准能耗函数是根据对多组采集数据进行分析，找出最经济合理的函数模型。
5.根据权利要求1至4中任一项所述系统能耗过程管理控制方法，其特征在于：步骤B5中所述是否对各用能设备进行控制的判断标准包括实时参数与标准参数的差异是否超出设定值。
6.根据权利要求1至4中任一项所述系统能耗过程管理控制方法，其特征在于：步骤C中所述对系统内各用能设备进行控制的方法包括以下步骤： C1.根据实时参数与标准参数的差异调节各用能设备的参数； C2.检测调节后的用能设备参数，并与标准函数再次比较； C3.根据C2的比较结果判断是否需要继续调节，直至各用能设备实际能耗曲线函数接近标准函数为止。
7.一种采用权利要求1至6中任一项所述系统能耗过程管理控制方法的系统能耗过程管理装置，其特征在于：该管理装置包括依次连接的信号采集部（10）、信息处理部（20）、用于控制系统内各用能设备的控制单元（30）以及供应各部分工作电能的电源模块（40），所述信号采集部（10）包括采集系统内各用能设备能源输入参数的输入参数采集模块（11）、采集系统内各用能设备能源输出参数的输出参数采集模块（12）以及采集周边环境相关参数的环境参数采集模块（13）。
8.根据权利要求7所述系统能耗过程管理装置，其特征在于：所述信息处理部（20）包括连接信号采集部（10）的数据存储单元（21）以及分别连接所述信号采集部（10）和数据存储单元（21）的数据处理单元（22）。
9.根据权利要求8所述系统能耗过程管理装置，其特征在于：该管理装置还包括连接所述数据存储单元（21）的数据通讯单元（50）、连接所述数据处理单元（22）的结果输出单元（60）、分别连接结果输出单元（60）和数据存储单元（21）的数据显示单元（70）以及连接所述数据处理单元（22）的告警单元（80）。

系统能耗过程管理装置及其管理控制方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及控制技术，特别涉及用能设备系统的能耗过程监测和控制技术。\n背景技术\n[0002] 能源是人类社会发展不可或缺的动力来源，在能源紧缺问题日益受到人类关注的当下，能源的高效利用已成为迫切要求，成为企业综合竞争力的重要指标。受环境变化、当前经济形势和政府压力的影响，针对节能降耗的发展目标，许多大中型能耗企业实施了一系列方法和措施，能源管理已经成为企业不可或缺的一部分。\n[0003] 通常，能耗受两个主要可变因素的影响，即环境变化和输出。如今，可以通过能源跟踪软件和建筑自动化系统来测量、趋势分析和控制关于能耗的环境变化（例如，空气温度、湿度等）。通常是定性而非定量地分析环境因素对能耗的影响。\n[0004] 为了应对当前和未来的能源需求管理问题，将需要使与能源相关的数据变为可用的。然而，现今的能源管控只能通过针对消耗的明显不符或趋势而复查记录数据，实现对能源使用模式的理解。当前的需求管理系统只不过是基础设施最大负荷负载抛弃应用，在达到需求的同时有大量的能源浪费，必然产生许多的无效能耗，能源效率难以提升。\n[0005] 因此，以企业能效评估为目标，建立企业过程能耗系统模型，全面、准确地反映企业能耗过程的情况及影响因素，并分析企业能耗过程中能源使用与消耗的动态行为，将具有重要的意义。它不仅是企业实现能源消耗情况定量和定性的分析方法，也能为企业全面贯彻节能降耗、高效使用能源的发展战略提供一定的指导。\n发明内容\n[0006] 本发明提供的这种能耗过程管理装置及其控制方法，采用过程控制，同时充分考虑到环境因素的影响，解决现有技术中能源效率难以提升的技术问题。\n[0007] 系统能耗过程管理装置是针对一个能源运行体系而建立起来的，是对一个能源体系的能源使用过程（包括环境因素在内）进行有效管理的系统装置和能源消耗监测、控制的有效管理方法，本系统涉及到该所监管能源体系里的所有能源，包括电、水、气、油等等。\n[0008] 系统能耗过程管理装置是在一个能源系统中，基于多个设备构成的工艺流程对该系统内全能源的能源消耗过程进行管理 ，该管理装置的实现实际上是多个采集装置监测的过程+系统的软件实现在线分析能源消耗的细节过程并配合管控指令给予提示或者直接实施控制等有效输出的一种软硬件共同构成的系统解决思路。\n[0009] 对比以往的无计划的能源管理方法，生产、运营中消耗的能源并无精确的计划，周期总能耗是多少？总能耗平均到单位产品上能耗又是多少？\n[0010] 本发明是通过实时监测整个能源体系的用能过程，结合相关的环境影响因素，从更全面的方面考虑诊断能源体系的用能过程实际状况以及与环境因素的关系，并进行数学建模，通过横向的（各种系统，如配用电系统、空调系统、给排水系统、用气系统等）对比和纵向的对比（各系统的历史数据与实时数据），通过数据对比分析的结果，分析得到适合该能源体系的模型函数，挖掘该能源体系的节能空间和潜力，指导体系以后的节能工作。\n[0011] 本发明为解决上述技术问题而提供的这种系统能耗过程管理装置包括依次连接的信号采集部、信息处理部、用于控制系统内各用能设备的控制单元以及供应各部分工作电能的电源模块，所述信号采集部包括采集系统内各用能设备能源输入参数的输入参数采集模块、采集系统内各用能设备能源输出参数的输出参数采集模块以及采集周边环境相关参数的环境参数采集模块。所述信息处理部包括连接信号采集部的数据存储单元以及分别连接所述信号采集部和数据存储单元的数据处理单元。该管理装置还包括连接所述数据存储单元的数据通讯单元、连接所述数据处理单元的结果输出单元、分别连接结果输出单元和数据存储单元的数据显示单元以及连接所述数据处理单元的告警单元。\n[0012] 其控制方法包括以下步骤： A.采集系统内各用能设备的实时输入和输出参数，并同时采集周边环境的实时环境参数，所述采集实时输入和输出参数包括电能参数、水能参数、气能参数或机械能参数中的至少一种，所述实时环境参数包括温度或湿度中的至少一种； B.将步骤A中采集的参数信号进行分析处理； C.根据步骤B中的分析结果，对系统内各用能设备进行控制。\n[0013] 步骤B中所述对参数信号进行处理分析包括以下分步骤： B1.对步骤B中采集的数据进行存储； B2.对步骤B1中存储的数据进行分析； B3.由步骤B2的分析结果得到系统内各用能设备的能耗函数，并存储； B4.根据步骤B3中分析得到的实时环境参数计算出系统内各用能设备在该环境条件下的标准能耗函数，标准能耗函数是根据对多组采集数据进行分析，找出最经济合理的函数模型并生成相应的能耗曲线，并存储； B5.将步骤B3和步骤B4中所得到的参数进行比较，得到实时参数与标准参数的差异，根据差异是否超出设定值判定是否向系统内各用能设备发出控制指令。\n[0014] 步骤C中所述对系统内各用能设备进行控制的方法包括以下步骤： C1.根据实时参数与标准参数的差异调节各用能设备的参数； C2.检测调节后的用能设备参数，并与标准函数再次比较； C3.根据C2的比较结果判断是否需要继续调节，直至各用能设备接近标准函数为止。\n[0015] 本发明的过程能耗管理装置及分析控制方法，建立一种能耗过程与其所有影响因素的能耗函数模型，能够易化关于能耗数据（电能消耗、水消耗、其他能源消耗或利用）与能耗过程关联的其他可持续性因素的实时综合分析与管控。本过程能耗管理装置其过程能耗分析模型的建立独立于独特的能源和用能设备，体现能源消耗多过程、多装置、多因素的特性，能同时管理多种能源介质和多个能耗设备，本发明可以同时管理多个能耗设备，设备对象1,2,3，…，n的输入能源可以是电能，水能，天然气能源等，同样输出也可以是不同的能源种类，过程能耗管理装置通过对采集到的实时参数经过一系列的处理分析，最终可以对能耗设备对象进行适当的控制。本过程能耗管理装置还区别于其他能耗管控方法，结合能耗过程的周界条件参数（即环境变化）对整体能耗过程建立整体管控函数模型，能够实时监控和分析能耗过程的影响因数，对用能设备做出适当的反馈控制，以此更加精准细致地管理能耗，提高能效，能够带来直接的经济效益。\n附图说明\n[0016] 图1是本发明能耗过程管理装置的应用示意图。图2是本发明能耗过程管理装置的结构示意图。图3是本发明能耗过程管理控制方法的流程示意图。图4是本发明实时能耗参数与标准能耗参数比较的示意图。图5是本发明用能设备调节及反馈的示意图。\n具体实施方式\n[0017] 结合上述附图说明本发明的具体实施例。\n[0018] 由图1和图2中可知，这种系统能耗过程管理装置包括依次连接的信号采集部10、信息处理部20、用于控制系统内各用能设备的控制单元30以及供应各部分工作电能的电源模块40，所述信号采集部10包括采集系统内各用能设备能源输入参数的输入参数采集模块11、采集系统内各用能设备能源输出参数的输出参数采集模块12以及采集周边环境相关参数的环境参数采集模块13。所述信息处理部20包括连接信号采集部10的数据存储单元21以及分别连接所述信号采集部10和数据存储单元21的数据处理单元22。该管理装置还包括连接所述数据存储单元21的数据通讯单元50、连接所述数据处理单元22的结果输出单元60、分别连接结果输出单元60和数据存储单元21的数据显示单元70以及连接所述数据处理单元22的告警单元80。\n[0019] 本发明中的各部分作用是： 电源模块40：提供能耗过程管理装置可靠的工作电源；\n[0020] 信号采集部10包括了数据采集装置以及数据采集单元，其中： 数据采集装置：包括各类能耗数据采集装置、温度采集装置、湿度采集装置等，对能耗过程中的各种周界条件参数进行实时监测采集（如温度，湿度等），以及用能设备的能源输入值（如电能）和用能设备的有效输出值（如机械能）的实时采集；\n[0021] 数据采集单元：具有与各类数据采集装置相对应的接口，能接受数据采集装置采集到的数据，数据采集单元与数据采集装置之间通过总线连接；\n[0022] 信息处理部20中的各部分功能如下： 数据处理单元22: 对采集的实时数据进行转换处理，并通过一系列的分析得出能耗过程关于周界条件参数的函数模型，找出最经济合理的函数模型作为标准能耗函数，并生成相应的函数曲线；\n[0023] 数据存储单元21：存放数据采集单元和数据处理单元送来的数据；\n[0024] 控制单元30：根据数据处理得到的过程能耗曲线与过程能耗标准曲线的能耗差异大小对能耗设备进行适当反馈调节；\n[0025] 告警单元80：当能耗差异超出设定的允许范围，发出告警信息；\n[0026] 结果输出单元60：用于输出数据处理模块处理后的结果；\n[0027] 数据显示单元70：用于显示实时监测数据和数据处理的结果，供用户查看。 数据通讯单元50：按照预设的时间间隔将数据存储单元的数据传送给后台计算机，其可以通过GPRS、红外技术、蓝牙通讯技术或者以太网技术与后台计算机连接，当然，后台计算机需要通过对应的技术手段与之匹配。\n[0028] 由图3至图5中可知，这种系统能耗过程管理控制方法包括以下步骤： 步骤A:各类数据采集装置采集各种周界条件参数及能耗设备的能源输入与输出实时值；\n[0029] 步骤B1:将数据采集装置采集到的实时数据传给数据存储单元进行存储；\n[0030] 步骤B2:数据处理单元将数据采集装置采集到实时数据进行处理分析；\n[0031] 步骤B3:由步骤B2的分析结果得到关于用能过程周界条件参数的过程能耗函数； 步骤B4:找出标准能耗函数，生成相应的能耗曲线，将结果给存储单元进行存储；能耗过程管理装置函数模型的建立是在数据处理单元中通过对能耗过程的能源输入与输出及各个周界条件参数的历史数据进行分析，找出历史数据的规律，选择适当的函数模型来拟合过程能耗数据，并找到最经济合理的函数模型作为标准的能耗指标，生成相应的能耗曲线。具体的实现方式如下：\n[0032] 过程能耗输入输出函数模型：\n[0033] Y=E（I）-E（O）=b1x1+b2x2+……+bnxn （&）\n[0034] 其中E（I）— 能耗设备的能源输入值；\n[0035] E（O）— 能耗设备的能源输出值；\n[0036] b1，2…n为关系常量；\n[0037] x1，2…n— 周界条件参数值，变量；\n[0038] 式（&）可用矩阵模式表示为：\n[0039] Y= Xb\n[0040] 式中：\n[0041] 相关系数的计算式：\n[0042] b=(X´X)-1X´Y\n[0043] 在历史数据的支持下，能源输入Yn×1，周界条件参数Xn×p都是已知的，就可以求得常量矩阵b p×1，从而得出过程能耗输入输出函数模型；\n[0044] 步骤D1:数据显示单元显示数据存储单元的数据，供用户查看；\n[0045] 步骤B5:把步骤B3得出的能耗曲线与过程能耗标准曲线进行对比分析，得出能耗差异，参照附图4；\n[0046] 步骤C1:如果步骤B5的对比结果即能耗差异在预先设定的允许范围内，则不对能耗设备进行反馈控制；当步骤B5的对比结果即能耗差异超过了预先设定的允许范围，数据处理单元则对差异成因进行分析，找出造成能耗差异的根本原因；\n[0047] 步骤C2-C3:根据步骤C1分析的差异原因对能耗设备进行适当的反馈控制，并有告警单元发出相应的告警信息，经过多次反馈调节使能耗曲线接近标准能耗曲线，最终使其差异达到允许范围，从而达到节能的目的。\n[0048] 过程能耗管理器的反馈控制过程如附图5，在检测部件测出用能设备的能源输入与有效输出后与具有相同用能条件参数的标准量进行比较，控制部件根据两者的差异大小发出适当的控制命令，执行部件（照明灯开关、电动机的启停开关或调速按钮等）对被控对象（能耗设备）进行调节控制，使被控量能源输入输出发生改变，降低实际过程能耗与标准能耗的差异。\n[0049] 例 以机场站楼能耗过程为例：\n[0050] 机场设施内能源负载种类繁多（照明设施、各类电梯、信息与数据设施、制冷设施、空调通风设施、冷热水、LED大屏等），而大部分环境与照明设施是24小时连续运行，通风量、温湿度和照明相关参数是以最大负荷量配置的，在用能过程中必然产生大量的无效能耗，就节能的角度，很需要对用能过程采取适当的调整手段。\n[0051] 在机场节能措施中引入过程能耗管理器，采集用能条件参数如温度、湿度、照度等，与对应的能源输入和有效输出进行分析。用能设备的能源总输入如电能、水能等[0052] E（I），用能设备的总有效输出如机械能E（0），建立过程能耗函数并生成能耗曲线。\n[0053] 如果过程能耗模型中对应的标准能耗与实际能耗存在的差异超过了预先设定的允许范围，过程能耗管理器通过差异原因分析对用能设备发出控制命令，如在保证空气质量的前提下减少通风量，在保证环境照度的前提下关闭一部分照明等。\n[0054] 在引入过程能耗管理器后，能够及时地根据用能参数的变化调整用能过程，减少无效能耗，提高能源利用效率，产生经济效益。\n[0055] 综上所述，过程能耗管理器是根据用能过程中的各个周界条件影响参数进行分析，找出它们与过程能耗的关系，得到一个关于所有周界条件参数的能耗过程的整体函数模型及能耗曲线，根据其过程能耗曲线与标准能耗曲线的差异对能耗设备进行适当的反馈控制达到最大程度的能源优化管理。\n[0056] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。