專利名稱：用于燃氣分布式能源的遠程能效實時檢測裝置及方法
技術領域：
本發明涉及分布式能源的無線遠程分系統能效實時檢測技術領域，特別是涉及一種燃氣分布式(燃氣輪機)能源的能效檢測方法。
背景技術：
燃氣分布式能源是以熱電冷聯產技術為基礎，與大電網和天然氣管網相連接的，向一定區域的用戶同時提供電力、蒸汽、熱水和空調冷水(或風)等能源服務的系統。它是20世紀70年代在國外發展起來的潔凈高效、小型分散為主的第二代能源技術。因其靈活的變負荷，較低的初投資，供電的可靠性，很小的輸電損失和適合清潔能源應用等特點在世界能源領域越來越受到重視。隨著我國大力開發和引進天然氣資源、優化能源結構的能源策略的執行，燃氣分布式能源在我國正快速發展。國務院《關于發展天然氣分布式能源的指導意見》中指出:“十二五”初期啟動一批天然氣分布式能源示范項目，“十二五”期間建設1000個左右天然氣分布式能源項目，并擬建設10個左右各類典型特征的分布式能源示范區域。由于燃氣價格較高，上網電價不明朗。燃氣分布式能源面臨著愈加激烈的市場競爭，為了加強生產設備性能管理與能耗管理，提高機組節能降耗和運行優化的管理工作。在保證機組安全運行的條件下，協調控制冷熱電負荷，實現良好的環保性能和經濟效益，這對于中國燃氣分布式能源的發展意義非常重大。如何能準確快速的檢測燃氣分布式能源的能效情況，是實現機組經濟性運行不可或缺的組成環節。當前燃氣分布式能源能效檢測方法主要是對機組各個設備數據采集后，將數據帶回去，進行處理。而這種方法數據采集效率低，不具有檢測實時性。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是:提供一種用于燃氣分布式能源的遠程能效檢測裝置及方法，本發明通過對燃氣分布式能源能效的檢測分析，可以判斷出機組的運行能效狀況。本發明所采用的技術方案是:用于燃氣分布式能源的遠程能效檢測裝置，包括檢測設備、無線通信裝置和遠程數據處理裝置，它們依次相連。所述的裝置，檢測設備包括溫度、流量、壓力和功率傳感器。所述的裝置，無線通信裝置包括無線發射設備和無線接收設備，它們通過無線信道進行通信；檢測設備與無線發射設備相連，無線接收設備與遠程數據處理裝置相連。所述的裝置，無線信道上設有加密系統。所述的裝置，遠程數據處理裝置包括相連的遠程數據處理器和輸出裝置，遠程數據處理器與無線通信裝置相連。所述的裝置，輸出裝置為打印機或繪圖儀。用于燃氣分布式能源的遠程能效檢測方法，包括:
SI)統計需要檢測的燃氣分布式能源的分系統參數；S2)根據所述分系統參數的性質，選用適當的檢測設備；S3)在燃氣分布式能源的分系統檢測測點上安裝好檢測設備，將燃氣分布式能源機組按照一定的負荷運行，利用檢測設備實現所有數據的同步采集；S4)將采集所得數據流依次由無線發射設備、加密系統和無線接收設備傳輸至遠程數據處理器，遠程數據處理器接收數據流后，進行解密、自動剔除壞點、計算和修正，并給出分析結果；S5)輸出裝置將分析結果以可讀的形式進行輸出。所述的方法，步驟S4中，遠程數據處理器采用基于Hough變換的自動剔除壞點方法，將不穩定、不合理的取值舍棄，選擇穩定合理的值以進行計算和修正。所述的方法，遠程數據處理器進行計算和修正的方法包括:S41)遠程數據處理器運行計算得出冷熱電負荷量，發電、供冷、供暖系統的運行效率，以及系統的整體效率；S42)考慮地區氣候差異及機組性能，對上一步得出的各結果參數的目標值進行偏離設計工況的修正(如氣溫差異和機組性能差異的修正)，得出更為準確的數值。所述的方法，步驟S3的工況包括25%THA、50%THA、75%THA和100%THA(熱耗率驗收工況)的負荷。本發明的優點:1、利用無線檢測設備，可以實現所有數據的同步采集與傳輸；2、采用加密傳輸系統，保證了數據傳輸的安全性和穩定性；3、加入自動剔除壞點的程序，保證后來數據計算的準確性；4、由于采用無線傳輸，數據處理器可遠程實現對燃氣分布式能源的實時在線能效情況的檢測與計算處理；5、考慮地區氣候差異及機組性能，對目標值進行氣溫差異和機組差異的修正，得出更為準確的數值。


圖1是本發明的系統結構圖。圖2是燃氣分布式能源能量流向概圖
具體實施例方式本發明涉及一種燃氣分布式能源的無線遠程分系統能效實時檢測方法，它包括如下步驟:I)統計檢測量；2)根據檢測量的性質，選用適當的檢測設備；3)安裝好檢測測點，選用機組25%THA、50%THA、75%THA、100%THA的負荷運行，利用檢測設備，實現所有數據的同步采集；4)采集所得數據流加密后經由無線發射裝置傳輸(傳輸技術)至數據處理器，對數據流解密后，數據處理器自動剔除壞點，并對數據進行計算，修正，并給出分析結果；
5)由于是無線傳輸，數據處理器可以實現遠程運行，得出實時在線冷熱電負荷量，發電、供冷、供暖系統的運行能效情況及整機的能效情況；6)考慮地區氣候差異及機組性能，對目標值進行氣溫差異和機組差異的修正，得出更為準確的數值；針對現有燃氣分布式能源檢測方法可以實現在線監測，但由于監測傳感器運行一段時間后，由于校驗不及時、靈敏度下降等情況，會使監測到的能效數據不夠精確，且無法實時在線對機組的能效情況進行檢測，以及缺乏修正的現狀，燃氣分布式能源的無線遠程分系統實時能效檢測方法主要分為三部分:檢測設備數據的采集，數據的無線傳輸和接收，數據的遠程自動剔除壞點、計算、修正與結果分析。通過對燃氣分布式能源能效的檢測分析，可以判斷出機組的運行能效狀況。以下通過具體實施方式
的描述對本發明專利作進一步詳細的說明，但這不能用于限定本發明專利的保護范圍，本領域技術人員根據發明專利的基本思想，可以做出各種修改或改進，但是只要不脫離本發明專利的基本思想，均在本發明專利的范圍之內。如圖1所示，本發明專利的檢測裝置結構如下:檢測設備I的輸出端與無線發射設備2連接，無線發射設備2通過加密系統3與無線接收設備4連接，無線接收設備4與數據處理器5連接，數據處理器5與輸出裝置6連接，輸出裝置6為打印機或繪圖儀；通過此通道，實現數據流的采集、傳輸與處理。上述的檢測裝置I為溫度、流量、壓力等傳感器。檢測裝置I可以為I個、2個或3個。如果I個檢測設備，則需要反復多次進行測量。如果是2-3個檢測點也要多次測量，多個探頭可以提聞測量精度；數據處理器運行計算得出冷熱電負荷量，發電、供冷、供暖系統的運行效率、以及整機的效率；考慮地區氣候差異及機組性能，對目標值進行氣溫差異和機組差異的修正，得出更為準確的值。在具體實施時，本發明所采用的設備具體包括:計算燃氣分布式能源能效情況，需要檢測的參數種類主要有:溫度、壓力、氣流量、水流量、功率等。用到的檢測傳感器主要有:溫度傳感器，采用熱電偶溫度傳感器；壓力傳感器，采用電氣式壓力傳感器；流量傳感器，采用速度式流量傳感器；功率傳感器，采用發電機功率傳感器、制冷機功率傳感器。無線傳輸方案:采用GE MDS公司的MDS iNET300無線解決方案，它是一個長距離、高速率、工業級無線解決方案。該方案采用開放式的標準結構，可升級的軟件。它工作在336-344MHZ，傳輸距離在視距情況下最大可達100公里，支持512Kbps的空中通信速率，支持移動和漫游。客戶可以通過以太網關或串口網關輕松的從基礎網絡上得到信息。該方案同時支持多個用戶，多種應用，多種協議；其核心網管系統采用獨立的Java應用平臺，它的集中式SNMP (簡單網絡管理協議)網管服務器還集成了多種用戶平臺。該方案的系統具有多級安全保護，包括900兆調頻擴頻物理層保護，WEP (有線等效保密)128位密鑰(B卩加密系統3)，無法竊聽和非法接入該系統。該系統采用即插即用的標準配置，幾乎不需要設置，可以立刻安裝開通。該無線傳輸方案包括:AP (無線接入點)/雙口 RB (遠端站):提供串口和以太連接器(以太網口)，用戶可以配置成一個AP或雙口網關，方便移植和擴展串口設備到以太網；串口:使用UDP或TCP數據封裝的2個串口；以太網橋:提供以太連接器到多種設備之間的連接；P21雙機備份:用于網管系統，更好的保護網絡配置。其中AP用作無線發射設備和無線接收設備，在無線信道上設置RB用作中繼。AP和RB上還設有加密系統3。數據處理器:可采用小型機。數據處理器的計算步驟:接收數據，剔除壞點，按計算方法進行計算，修正后，給出結果。以圖2的燃氣輪機為例，該燃氣分布式能源系統包括依次相連的燃燒室、動力系統、余熱回收裝置、分流裝置和制冷裝置。基于Hough變換的自動壞點剔除算法分以下四步:(O)將數據處理器接收到的數據分布在一個二維或更多維的坐標系中，然后過原點按照不同的斜率角度Θ畫出參照直線L ;(I)對于特定角度Θ，求出所有數據點到直線L的距離Re (i)，其中i為數據點的序號。然后計算所有Re⑴的平均值令δ θ⑴為R0⑴和瓦⑴的差，最后，對所有δ θ( )取絕對值求和得到Σ I δ |。(2)對預設范圍內的所有角度重復第⑴步，找到Σ I δ I最小的斜率角度α。(3)對所有δ α⑴計算其均值。如果存在某點(序號為N)的么(N) > 3djJ),
則1(沁是一個壞值，其對應的點應被刪除。如果在一輪判斷中存在兩個或兩個以上的壞值，那么偏差最大的那一個將被選擇，并刪除其對應的點。(4)重復第(3)步，直到在角度α上不存在么(Λ〔) > 數據處理器的計算過程包括:發電量W (不帶下標):W=Wjq-Wzf-Wcq-WpqWje=Goh0Wzf= Σ Gjhi (i=l, 2, 3,...) (a)Wcq= Σ Gjhj (j=l, 2，3，...)Wpq = Gplhpl式中:W表示功，單位為kW;下角標JQ、ZF、CQ、PQ分別表示汽缸、總進汽、軸封漏汽、抽汽和排汽；G為流量，單位為t/h ；h為焓，單位為kj/kg ;下角標O、1、j、P分別表示新汽進汽點、軸封漏汽點、加熱器抽汽點和排汽點；pl表示第I排汽點，p2表示第2排汽點，依次類推。圖2中的Qpl表示動力系統排出的熱量，Qp2表示余熱回收裝置排出的熱量。制冷量(冷電負荷量):Ql_Ql-jq_Ql-zf_Ql-p
Ql_jq= Σ Gmhm (m=l, 2，3，...)(b)Ql-zf= Σ Gnhn(η=I, 2, 3,...)供暖量(熱電負荷量):Qe_Qe-jq_Qr-zf_Qe-p
Qe_jq= Σ Guhu (u=l, 2，3，...)(c)Qe_zf= Σ Gvhv(v=l, 2, 3,...)式中:Q為熱量,單位為kW ； n為效率,采用百分比的形式；G為流量,單位為kg/s ；h為j:含值，單位為kj/kg ;下標R為熱的量；下標L為冷的量；下標m、η為冷端進出口序號，U、V為熱端進出口序號。下標L-JQ表示用于制冷的熱量，L-ZF表示制冷熱量的軸封漏汽；R-JQ表示用于制熱的熱量，R-ZF表示制熱熱量的軸封漏汽。圖2中的QK_P表示換熱器排出的熱量，Qh表示制冷裝置排出的熱量。選用某燃氣輪機為例，偏離設計工況的修正分為3類(對應下述3類修正系數):第一類為燃氣輪機本身終端運行條件偏離規定的設計工況的修正，對燃氣輪機主要有主汽壓力、主汽溫度、排氣壓力等，這些修正曲線，設備廠商的熱力計算書都會提供。第二類為主要影響給水加熱系統和制冷系統的變量影響因素:例如凝結水過冷度增加，記為正值；過熱減溫水流量增加，記為正值；給水泵焓升比設計值增加，記為正值。第三類修正是關于燃氣分布式機組運行條件，有空氣溫度濕度因素、機組運行時間因素、機組性能因素等。修正系數:δ z = f ( δ 1； δ η, δ 2_r, δ 3)δ! = f (ηη, ni2, ni3......)δ 2_1 — f ( Π ιι, Π 12，Π 3......)δ2_Γ = f(nrl, nr2, nr3......)δ3 = f(nsl, ns2, ns3......)(4)其中，δζ表示總修正系數，S1S I類修正系數，δ η為2類冷量修正系數、δ為2類熱量修正系數，33為3類修正系數，f表示函數關系(具體關系式根據產品手冊、環境和設備狀況試驗測定)；η表示相應修正系數的自變量參數，下標ii為I類修正因子的第I個量，11為2類冷量修正因子的第I個量、rl為2類熱量修正因子的第I個量，si為3類修正因子的第I個量，其余符號依次類推。效率計算:
權利要求
1.用于燃氣分布式能源的遠程能效檢測裝置，其特征在于:包括檢測設備(I)、無線通信裝置和遠程數據處理裝置，它們依次相連。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:檢測設備(I)包括溫度、流量、壓力和功率傳感器。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:無線通信裝置包括無線發射設備(2)和無線接收設備(4 )，它們通過無線信道進行通信；檢測設備(I)與無線發射設備(2 )相連，無線接收設備(4)與遠程數據處理裝置相連。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于:無線信道上設有加密系統(3)。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:遠程數據處理裝置包括相連的遠程數據處理器(5)和輸出裝置(6)，遠程數據處理器(5)與無線通信裝置相連。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于:輸出裝置(6)為打印機或繪圖儀。
7.用于燃氣分布式能源的遠程能效檢測方法，其特征在于包括: 51)統計需要檢測的燃氣分布式能源的分系統參數； 52)根據所述分系統參數的性質，選用適當的檢測設備(I)； 53)在燃氣分布式能源的分系統檢測測點上安裝好檢測設備(I)，將燃氣分布式能源機組按照一定的負荷運行，利用檢測設備(I)實現所有數據的同步采集； 54)將采集所得數據流依次由無線發射設備(2)、加密系統(3)和無線接收設備(4)傳輸至遠程數據處理器(5)，遠程數據處理器(5)接收數據流后，進行解密、自動剔除壞點、計算和修正，并給出分析結果； S5 )輸出裝置(6 )將分析結果以可讀的形式進行輸出。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于:步驟S4中，遠程數據處理器(5)采用基于Hough變換的自動剔除壞點方法。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，遠程數據處理器(5)進行計算和修正的方法包括: 541)遠程數據處理器(5)運行計算得出冷熱電負荷量，發電、供冷、供暖系統的運行效率，以及系統的整體效率； 542)考慮地區氣候差異及機組性能，對上一步得出的各結果參數的目標值進行修正，得出更為準確的數值。
10.根據權利要求7所述的方法，其特征在于:步驟S3的工況包括25%THA、50%THA、75%THA 和 100%THA 的負荷。
全文摘要
本發明提供了用于燃氣分布式能源的遠程能效檢測裝置及方法，該裝置的檢測設備(1)的輸出端與無線發射設備(2)連接，無線發射設備(2)通過加密系統(3)與無線接收設備(4)連接，無線接收設備(4)與數據處理器(5)連接，數據處理器(5)與輸出裝置(6)連接；該方法包括能效數據的檢測、發送、接收、處理、計算和修正的過程。本發明通過對燃氣分布式能源能效的檢測分析，可以判斷出機組的運行能效狀況。
文檔編號G05B19/418GK103197628SQ20131007523
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月8日 優先權日2013年3月8日
發明者吳凱檳, 彭旭東, 朱振輝, 李海周, 趙晶 申請人:國家電氣設備檢測與工程能效測評中心(武漢), 國網電力科學研究院, 國家電網公司