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深度文章|一种电念头系统运行工况全参数数据收罗及能效分析方法
2022-08-17 00:29
本文摘要:摘要:一种电念头系统运行工况全参数数据收罗及能效分析方法,主要功效是对电念头系统运行工况全参数举行数据收罗、能效分析、运行工况仿真、运行工况优化。实现准确量化能源转换效率、能源使用效率,以产物单元能耗值为尺度,准确反映电念头系统能源消耗总量和能源浪费情况。通过三种运行数据模型拟合对比分析,准确发现和革新能量损失较大的设备和环节,并重新设计和实施系统的控制计谋和优化运行方式。 实现电念头系统的产物单元能耗增加值最低、运行总能耗最低、能源成本最经济的目的。

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摘要:一种电念头系统运行工况全参数数据收罗及能效分析方法,主要功效是对电念头系统运行工况全参数举行数据收罗、能效分析、运行工况仿真、运行工况优化。实现准确量化能源转换效率、能源使用效率,以产物单元能耗值为尺度,准确反映电念头系统能源消耗总量和能源浪费情况。通过三种运行数据模型拟合对比分析,准确发现和革新能量损失较大的设备和环节,并重新设计和实施系统的控制计谋和优化运行方式。

实现电念头系统的产物单元能耗增加值最低、运行总能耗最低、能源成本最经济的目的。关键词:电念头系统;全参数数据收罗;能效分析;优化运行(泉源:北极星售电网 作者:景满德 张晶 祁寿贤 林丽蓉 吴梦娣 马理想)(青海综合能源服务有限公司,青海 810008)0 引言电念头系统能源效率的影响因素包罗供电电源电能质量、电能转化电磁能效率、电磁能转化机械能效率、机械能转化物料动能、势能、热能效率、管路管网阻力损耗等多种因素。电念头系统运行方式优化技术,是以降低能源消耗为目的,产物单元能耗值为尺度,综合思量高能效设备替代低能效设备(低能效产物、设备老化能效降低)、输入能量和负荷匹配最合理,制止负荷过轻、过载现象、能源的梯级通报使用效率最大、对形成的高品位动能、势能和热能举行二次使用、运行制度和物料需求匹配最佳,运行时间最大限度使用峰谷电价等政策因素,重新设计和实施电念头系统的控制计谋和新的运行方式。1 我国电念头系统优化运行节能技术现状1.1 电念头系统行业现状电念头是我国用电量最大的终端用电设备,广泛应用于拖动、泵、风机、压缩机等领域。

现在中国电念头的保有量约为19亿千瓦,年耗电量 3万亿千瓦时,占全社会总用电量的64%,其中工业领域电念头用电量约占工业总用电量的 60%左右。电念头系统是由崎岖压供电电源、电念头、被拖动装置(负载)、传动系统、控制(调速、调压)系统、管路管网等组成,是一个涉及多学科、多专业、多领域的庞大工业动力系统,其通过电念头将电能转化为磁场能、机械能、动能、势能、热能等多种能量形式,实现所需的种种功效,满足生产工艺要求。一台电念头在其终身使用历程中,它的购置成本仅占总成本的5%-8%,维护成本占10%-15%,系统运行成本占75%-85%。

在实际运行中,由于电念头系统设计冗余度大、电念头系统实际运行电功率和负载、负荷系统匹配不合理、恒久低负荷运行、系统控制和调治方式落伍、设备治理维护水平低、与生产工艺不匹配、空载运行时间长、负荷颠簸大等原因,导致电念头系统的实际运行效率低,造成能源浪费,能源成本增加。我国已经完成了高效电念头替代、变频技术推广等电念头单体节能技术革新,现在还没有一种成熟有效的电念头系统优化节能技术。未来通过物联网技术优化电念头系统运行方式是降低运行电费成本的主要技术偏向。随着能源物联网、工业互联网、传感器、大数据分析、云盘算技术进步,研究开发电念头系统优化运行节能技术具备了技术基础。

1.2 与本发现最相似的现有技术实现方案通过“知网”系统查询与本发现名称系统相似的文献、博硕论文、专利信息,发现与本发现最相似的现有技术主要有电念头系统能效数据收罗、监控、分析类型技术,此类技术功效是对电念头系统等各种能源数据举行了收罗、分析和监控,对电念头系统能耗举行了开端分析和评估。最为相似的发现技术为“CN107797060A”“CN107797060B”“一种电机系统能效检测方法及系统”公然了一种电机系统能效检测方法及系统,将电机节能革新项目举行系统化的全面思量,将传统的电机系统相关的技术事情融为一个整体的检测方法,能举行电机系统的能效实时检测和电机系统负载率的实时分析;能凭据电机设备的额定参数举行效率曲线拟合,并将拟合曲线与实测参数举行对比,从电机系统设备的动态性能上分析节能潜力。

该发现与本发现步骤1方法和思路基底细同,在通用性测试方法方面有重叠部门,详细为对电念头系统运行实测数据与电念头系统设计和铭牌额定参数举行行效率曲线拟合对比,分析节能潜力。“CN201620821467.7 ”“一种电机系统物联网检测仪”,公然了一种电机系统物联网检测仪,包罗处置惩罚器;所述处置惩罚器与电源、人机交互界面、AD转换模块毗连;所述AD转换模块与收罗模块毗连;所述收罗模块接入电机。本实用新型成本低,通信距离长,组网简朴,适用于工业物联网设备;安装简朴,布线成本低。

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与本发现技术方法和权力要求没有相同之处。“CN107527131A”,“一种集群电机系统能耗水平评价方法及装置”与本发现技术方法和权力要求没有相同之处。1.3 现有技术的缺点现有电念头系统能效数据收罗、监控、分析类型技术,对电念头系统存在的典型问题“电念头系统设计冗余度大、电念头系统实际运行电功率和负载、负荷系统匹配不合理、恒久低负荷运行、系统控制和调治方式落伍、与生产工艺不匹配、空载运行时间长、负荷颠簸大”没有提出可量化解决的方法。2 一种电念头系统运行工况全参数数据收罗及能效分析方法2.1 发现目的以“电念头系统运行总能耗最低、运行成本最经济”为出发点,以系统运行耗能影响产物单元能耗值为权衡尺度,使用物联网技术开发电念头系统优化运行节能技术。

用能源数据表征“由于电念头系统设计冗余度大、电念头系统实际运行电功率和负载、负荷系统匹配不合理、恒久低负荷运行、系统控制和调治方式落伍、设备治理维护水平低、与生产工艺不匹配、空载运行时间长、负荷颠簸大”等原因导致电念头系统的实际运行能效低等问题,实现可量化的解决方案。实现电念头系统工况优化运行,指导电念头系统节能革新,提高电念头系统整体运行效率,实现节能降耗。2.2 技术解决方案本发现通过对电念头系统运行工况全参数数据收罗、盘算、分析,将电念头系统能源转换、能量通报历程分段举行准确丈量,建设实测运行数据模型和数据库,分析得出各阶段能源输入总量、能源转换量、能源使用量、能源损失量,终端能源输出量。以实测系统运行能效数据为基础,开展三种运行数据模型(实测运行数据模型、设计参数运行数据仿真模型、理想化运行数据仿真模型)下的能效数据仿真和拟合对比分析,准确发现和革新能源使用效率低、存在能源浪费的环节和设备,并提出节能技术革新方案。

重新设计和实施系统的控制计谋和优化运行方式,实现电念头系统中产物单元能耗增加值最低、运行总能耗最低、能源成本最经济的目的。2.2.1 建设三种运行数据模型模型1:实测运行数据模型:以实测收罗的一次数据和盘算获得的二次数据为基础建设数据库,并以实测的运行数据为基础搭建电念头系统实测运行数据模型。模型2:设计运行数据仿真模型:使用电念头系统设计参数、设计工况、设备额定参数等数据建设电念头系统的设计运行数据仿真模型。

模型3:理想化运行数据仿真模型:以系统功效稳定为前提,假设所有电念头都具备变频调速和电压调治功效,且变频设备损耗增加在合理规模内,管路管网系统所有阀门、闸门都具备变频调治功效。联合产物生产工艺、最大化使用当地峰谷电价政策,以电念头系统运行总能耗最低、运行成本最经济为目的,产物单元能耗值为尺度,建设理想化系统仿真模型。理想化运行数据仿真模型仿真系统的主要变量参数有:电念头输入功率、电念头输入频率值、电念头效率、电念头运行制度、风机压力值、拖动负荷值、管网末了输出压力值、风机水泵管网流量值等变量。

使用理想化运行数据仿真模型,仿真当单个参数和多个参数发生变化对产物单元能耗影响,以产物单元能耗值为尺度,权衡电念头系统存在能源浪费现象的尺度,定量设备和系统相应需要举行调整的参数数值,确定设备和系统其他参数的改变量,形成新的优化电念头系统控制计谋和运行方式。对三种数据模型举行拟合分析和对比,找到电念头系统中设计冗余度大、运行电功率和负载、负荷系统匹配不合理、恒久低负荷运行的电念头、拖动设备、泵、风机、压缩机、管路管网等设备、系统控制和调治方式落伍、设备治理维护水平低等原因,并举行定量分析,准确确定需要节能技术革新的环节和设备,准确确定电念头系统需要优化运行的控制计谋,重新设计系统的运行控制计谋,实施新的优化运行方式。

图1 一种电念头系统运行工况全参数数据收罗及能效分析方法流程图2.2.2 实现主要技术的步骤实施步骤1: 运行全参数数据收罗。选择通用性电念头系统,如电念头拖动系统、电念头风机除尘除灰系统、电念头循化水泵系统、电念头空压机系统等,优先使用和校核原有的数据收罗设备,增加新的智能仪表、传感器,收罗完整运行工况周期的各种与能源消耗相关的全参数数据。

主要收罗数据有电压、电流、频率、有功功率、无功功率、频率等全电气量参数。转速、流量、压力、速度、重量、位移、温度、物料数量、物料动能、物料势能、物料热能等其他与能源转换和消耗有关的全部参数和一次数据(直接收罗)。实现运行中的电念头系统工况全参数数据收罗,将电念头系统能源转换、能量通报历程分段举行准确丈量,建设实测运行数据模型和数据库。

实施步骤2:数据分析。对收罗到的数据举行分析处置惩罚,获得二次数据(盘算数据)。二次数据主要包罗系统的电能质量评价数据、电念头系统的电能转化磁能效率、电磁能转化机械能效率、机械能转化流动动能、物料动能、风力动能、压缩压力、转换热量效率等。各阶段能源输入总量、能源转换量、能源使用量、能源损失量,终端能源输出量数据。

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通过各种能源转化效率盘算各环节能源损失率,盘算电念头系统各环节在差别运行工况下的能源消耗总量、能源损失量、能源转换效量、能源通报量,盘算电念头系统电能的使用效率、机械能使用效率、机械能转化各种动能的转换效率,并将这些数据折算到产物单元能耗举行能效评价,开端找到能源浪费环节和设备。使用收罗和分析盘算获得的能源运行数据对能源转换和消耗系统,如电念头-拖动系统、电念头-泵系统、电念头-风机系统、电念头-气体压缩机系统、电念头-传动系统等举行能效评估,发现发现能源使用效率低、存在能源浪费的环节,并提出节能技术革新方案。实施步骤3:建设数据库和三种数据模型(实测运行数据模型、设计参数运行数据仿真模型、理想化运行数据仿真模型),并举行仿真盘算,举行拟合分析和对比。

准确量化电念头系统主要技术缺陷,提出革新的方案。使用三种模型仿真,仿真电念头输入功率、电念头输入频率值、电念头效率、电念头运行制度、风机压力值、拖动负荷值、管网末了输出压力值、风机水泵管网流量值等变量。

当单个参数和多个参数发生变化对产物单元能耗影响,以产物单元能耗增加值变化为尺度权衡电念头系统存在能源浪费现象的尺度,定量设备和系统相应需要举行调整的参数数值,确定设备和系统需要改变量,形成新的优化电念头系统控制计谋和运行方式。对三种数据模型举行拟合分析和对比,发现电念头系统中设计冗余度大、运行电功率和负载、负荷系统匹配不合理、恒久低负荷运行的电念头、拖动设备、泵、风机、压缩机、管路管网等设备、系统控制和调治方式落伍、设备治理维护水平低等原因,准确确定节能技术革新的环节和设备,准确确定电念头系统需要优化运行的控制计谋,重新设计系统的优化运行方式,实施新的运行控制计谋。实施步骤4:以实际收罗到的一次数据和分析技术获得的二次数据建设的数据库和建设的三种数据模型(实测运行数据模型、设计运行数据仿真模型、理想化运行数据仿真模型)为基础建设以产物单元能耗增加值最小为尺度的能源物联网系统平台。

针对电念头系统用电成本占较大的生产性企业、或以电念头系统为主要生产工艺设备为主的企业,在能源物联网系统平台上将产物生产工艺流程与电念头系统运行优化相联合,形成企业全生产链的工业互联网平台。此类企业主要有,炼钢企业、火力发电企业、大型化工企业、铁合金企业、有色冶金企业、矿产物采掘企业、大宗物资口岸装卸等企业和行业。3、技术效果本发现对存量电念头系统能够准确发现和革新能量损失较大的设备和环节,并重新设计和实施系统的控制计谋和优化运行方式,降低系统能源消耗量,降低系统产物单元能耗,提升企业经济效益,降低全社会能源消耗总量。现在中国电念头的保有量约为19亿千瓦,2019年我国全社会用电量7.23万亿千瓦时,工业用电量4.94万亿千瓦时年,其中工业领域电念头用电量约占工业总用电量的 60%左右。

工业领域电念头系统能效提高1%,每年可节约电量296亿千瓦时,具有很大的节能潜力。对于电念头系统设计冗余度大、“大马拉小车”的系统,依据实测和仿真能耗数据,对于冗余度大于5%的系统,盘算电念头电功率冗余度损耗折算到单元产物能消耗失电量、能源损失用度,平衡思量设备革新投资用度,更换容量更为合适的电念头,或加装电念头变频、调压装置,优化控制计谋和优化运行方式,实现电念头输出电功率与电念头系统实际运行电功率和负载、负荷系统实现最佳匹配运行。实现电念头系统工况优化运行,指导电念头系统节能革新,提高电念头系统整体运行效率,实现节能降耗。

针对电念头系统用电成本占较大的生产性企业、或以电念头系统为主要生产工艺设备为主的企业,使用能源物联网技术将产物生产工艺流程与电念头系统运行优化相联合,形成企业全生产链的工业互联网平台,具有较大的系统性节能潜力。此类企业主要有,炼钢企业、火力发电企业、大型化工企业、铁合金企业、有色冶金企业、矿产物采掘企业、大宗物资口岸装卸等企业和行业。本发现对增量电念头系统参数设计提供实测数据修正指导,举行仿真验证,减小系统冗余度容量设置,提高负荷匹配精度,优化系统控制计谋,节约系统设备投资,节约能源消费量,提升国家经济生长质量。

4 详细实施方式基于以上方法和措施,开发一套便携式《电念头系统通用型运行工况全参数数据收罗及能效分析测试装置》,基于三种运行数据模型的《电念头系统运行能效仿真分析软件》,实现对运行中的通用型电念头系统现场举行快速数据收罗、盘算、分析,分析实际运行工况能效,仿真最佳运行工况能效,对比发现能源损失环节和设备,指导完成系统的节能革新,重新设计和实施系统的控制计谋和优化运行方式。参考文献:[1]杨红英.推进电机系统能效提升,助力工业绿色生长[N].中国工业报,2015,7,28.[2]董振斌,刘憬奇.中国工业电机系统节能现状与展望[J]].电力需求侧治理.2016,2.[3]工业和信息化部、国家质量监视磨练检疫总局.关于组织实施电性能效提升计(2013—2015年)的通知,2014.[4]李正熙.电机系统节能关键技术及展望. 有色冶金设计与研究,2015,3.作者简介:景满德(1972),男,青海西宁人,高级工程师,主要从事高压试验、工业节能、综合能源事情。


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