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一種基于wsn的電機(jī)能效監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于WSN的電機(jī)能效監(jiān)測(cè)方法，包括：S1)確定電機(jī)輸入信息參數(shù)，根據(jù)該類參數(shù)在電機(jī)上安裝相應(yīng)的無線傳感器；S2)將無線傳感器組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并與上位機(jī)無線連接；S3)開啟電機(jī)，采集無線傳感器的數(shù)據(jù)；S4)對(duì)電機(jī)的輸入、輸出參數(shù)進(jìn)行在線計(jì)算；S5)對(duì)電機(jī)的能效情況進(jìn)行評(píng)估。該方法可對(duì)電機(jī)進(jìn)行非侵入式能效監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過WSN上傳至數(shù)據(jù)處理單元，并對(duì)能效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、評(píng)估，在線分析電機(jī)運(yùn)行能效狀況。
【專利說明】—種基于WSN的電機(jī)能效監(jiān)測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能效監(jiān)測(cè)領(lǐng)域,具體涉及一種基于WSN(Wireless Sensor Networks,無線傳感器網(wǎng)絡(luò))的電機(jī)能效監(jiān)測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今，環(huán)境和能源已成為制約人類社會(huì)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸，實(shí)施節(jié)能減排戰(zhàn)略是我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。電機(jī)是工業(yè)設(shè)備最主要的動(dòng)力源，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，但它也是工業(yè)生產(chǎn)中最主要耗能設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電機(jī)用電量約占我國用電量的60%，其中風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)和空調(diào)制冷機(jī)的用電量分別占全國用電量的10.4%、20.9%、9.4%和6%。我國80%以上的電工產(chǎn)品效率比國外先進(jìn)水平低2% -5%，風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)產(chǎn)品效率比國外先進(jìn)水平低2% -4%。
[0003]我國電機(jī)系統(tǒng)在使用過程中主要存在問題是:(I)電動(dòng)機(jī)效率低，電動(dòng)機(jī)等設(shè)備陳舊落后；(2)系統(tǒng)匹配不合理，“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴(yán)重，設(shè)備長期低負(fù)荷運(yùn)行；(3)系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式落后等。為解決這些問題，提高我國使用電機(jī)效率，必須建立科學(xué)的電機(jī)運(yùn)行效能評(píng)價(jià)體系，大力推廣高效節(jié)能電機(jī)和變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造；同時(shí)加強(qiáng)電機(jī)運(yùn)行信息監(jiān)測(cè)和管理，而這些都依賴于對(duì)電機(jī)運(yùn)行有效的監(jiān)測(cè)方法和手段。
[0004]同時(shí)，WSN是無線Ad-Hoc(自組織對(duì)等式多跳移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò))網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要研究分支，是隨著MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))、傳感技術(shù)、無線通訊和數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的信息獲取和處理模式。它是由隨機(jī)分布的傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微小節(jié)點(diǎn)通過自組織的方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，WSN具有造價(jià)低、規(guī)模大、分布式模式、無需布線、節(jié)約成本、面向具體應(yīng)用、配置靈活、工作頻段無需申請(qǐng)和付費(fèi)、支持硬件加密等特點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)在很多領(lǐng)域進(jìn)行了成功的應(yīng)用，比如軍事應(yīng)用、工業(yè)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于WSN的電機(jī)能效監(jiān)測(cè)方法，該方法可對(duì)電機(jī)進(jìn)行非侵入式能效監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過WSN上傳至數(shù)據(jù)處理單元，并對(duì)能效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、評(píng)估，在線分析電機(jī)運(yùn)行能效狀況。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于WSN的電機(jī)能效監(jiān)測(cè)方法，包括:
[0007]SI)確定電機(jī)輸入信息參數(shù)，根據(jù)該類參數(shù)在電機(jī)上安裝相應(yīng)的無線傳感器；
[0008]S2)將無線傳感器組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并與上位機(jī)無線連接；
[0009]S3)開啟電機(jī)，采集無線傳感器的數(shù)據(jù)；
[0010]S4)對(duì)電機(jī)的輸入、輸出參數(shù)進(jìn)行在線計(jì)算；
[0011]S5)對(duì)電機(jī)的能效情況進(jìn)行評(píng)估。
[0012]所述的方法，步驟SI中，電機(jī)上安裝的無線傳感器包括電壓、電流、霍爾和頻率傳感器。
[0013]所述的方法，步驟S2中，無線傳感器的數(shù)據(jù)采集模塊通過串行通信接口與數(shù)據(jù)處理模塊相連，無線傳感器再通過IEEE802.15.4與ZigBee協(xié)議與匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)備和網(wǎng)關(guān)設(shè)備組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；上位機(jī)包括依次相連的數(shù)據(jù)處理單元、無線數(shù)據(jù)接收單元，網(wǎng)關(guān)設(shè)備與無線數(shù)據(jù)接收單元進(jìn)行無線連接。
[0014]所述的方法，步驟S4所計(jì)算的參數(shù)包括輸入功率、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩、輸出功率和效率。
[0015]所述的方法，輸入功率的計(jì)算方法包括:
[0016]根據(jù)下式計(jì)算輸入功率P:

【權(quán)利要求】
1.一種基于WSN的電機(jī)能效監(jiān)測(cè)方法,其特征在于包括: 51)確定電機(jī)輸入信息參數(shù)，根據(jù)該類參數(shù)在電機(jī)上安裝相應(yīng)的無線傳感器； 52)將無線傳感器組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并與上位機(jī)無線連接； 53)開啟電機(jī)，采集無線傳感器的數(shù)據(jù)； 54)對(duì)電機(jī)的輸入、輸出參數(shù)進(jìn)行在線計(jì)算； 55)對(duì)電機(jī)的能效情況進(jìn)行評(píng)估。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟SI中，電機(jī)上安裝的無線傳感器包括電壓、電流、霍爾和頻率傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟S2中，無線傳感器的數(shù)據(jù)采集模塊通過串行通信接口與數(shù)據(jù)處理模塊相連，無線傳感器再通過IEEE802.15.4與ZigBee協(xié)議與匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)備和網(wǎng)關(guān)設(shè)備組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；上位機(jī)包括依次相連的數(shù)據(jù)處理單元、無線數(shù)據(jù)接收單元，網(wǎng)關(guān)設(shè)備與無線數(shù)據(jù)接收單元進(jìn)行無線連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟S4所計(jì)算的參數(shù)包括輸入功率、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩、輸出功率和效率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，輸入功率的計(jì)算方法包括: 根據(jù)下式計(jì)算輸入功率P:
其中，η為采樣個(gè)數(shù)，u為線電壓，i為相電流，下標(biāo)A、B、C分別表示電機(jī)的三個(gè)相電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的計(jì)算方法包括: 根據(jù)下式計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N:
其中，Zr為轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)，fsh為轉(zhuǎn)子齒槽諧波頻率，f0為基波頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，輸出轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法包括: 根據(jù)下式(I)計(jì)算氣隙轉(zhuǎn)矩T1:
式中，P為電機(jī)極對(duì)數(shù)，iA、iB、i。為線電流，R為線間電阻，t為時(shí)間，g為重力加速度； 然后根據(jù)下式(2)計(jì)算輸出轉(zhuǎn)矩T:
式中，PFe為電機(jī)的機(jī)械損耗，Ps為電機(jī)的雜散損耗。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，輸出功率和效率的計(jì)算方法包括: 按下式⑶計(jì)算輸出功率Pm:
再按下式(4)計(jì)算效率Π:
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟S5的能效評(píng)估方法包括:繪制效率-轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、輸入功率-轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、輸出功率-轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩-輸出功率、效率-輸出功率的曲線，根據(jù)這些曲線確定能效最優(yōu)點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G01R31/34GK104076281SQ201410254833
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】肖楚鵬, 邱澤晶, 丁勝, 彭旭東, 向潔, 鄭鑫, 王振宇, 陳小飛, 黃靜, 饒堯, 馮倫 申請(qǐng)人:南瑞（武漢）電氣設(shè)備與工程能效測(cè)評(píng)中心, 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司