電梯能效監測系統及方法
2023-05-31 07:09:16
電梯能效監測系統及方法
【專利摘要】一種電梯能效監測系統及方法，包括：一逆變單元；一傳感單元；以及一測量及數據中心單元，其連接並控制該逆變單元的工作，其連接該傳感單元以獲取該第一電壓與第一電流、該第二電壓與第二電流以及該第三電壓與第三電流信號，並對它們進行數據處理：根據該第一電壓與第一電流計算出一電梯曳引部分的總能耗參數W1；根據該第二電壓與第二電流和/或該第三電壓與第三電流計算出一電梯曳引部分的勢能與動能總和參數W2；以及根據該電梯使用樓層總高度M，分別計算出第一能效係數K1，K1=W2/(W1-W2)，和第二能效係數K2，K2=(W1-W2)/M。本發明可以很好地實現在電梯裝設到建築物中投入實際運行後進行能效的實時監測。
【專利說明】電梯能效監測系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電梯系統，尤其涉及電梯能效測試裝置及方法。
【背景技術】
[0002]電梯能效的監測一直以來是對電梯系統能耗管理的重要手段。中國專利CN201210540410.6公開了一種電梯能效測試裝置及方法，該裝置採用嵌入式架構，所述裝置包括電能測量模塊、電梯運行速度測量模塊、通信模塊、信號處理模塊、人機互動模塊及電源模塊。所述方法包括:測量電梯在時間段內的能耗、運行速度和運行距離；結合電梯的額定載重量，經過計算和查表判斷獲得電梯的能耗等級；根據電梯的能耗等級對電梯的能效測試和能效等級評價。中國專利CN200810054350.0公開了一種電梯能效檢測儀及其檢測方法，該檢測儀包括:液晶顯示屏、測量模塊、鍵盤、微機處理系統以及電源裝置，其中的測量模塊設置有電流、電壓輸入接口，微機處理系統連接位移傳感器。其檢測方法包括:按照要求確定被測電梯的運行次數、每次運行的載荷與運行區間；通過電梯轎廂裝載的砝碼數量由鍵盤輸入電梯載荷數據；安裝位移傳感器檢測電梯轎廂移動距離；通過電流/電壓輸入接口與電梯供電線路連接採集電梯運行的電壓、電流數據；由微機處理系統對數據進行分析、計算、自動生成檢驗報告並完成能效評級。現有的這些系統及方法，設置有直接檢測電梯運動的位移/速度傳感，電梯的勢能與動能的計算是通過位移值和速度值來實現，僅適合於在電梯的製造/特定測試階段使用，一旦電梯裝設到建築物中投入實際運行，就無法實現能效測試了。考慮到:用於實際使用中的電梯，載荷和運行距離都是變化的，固定條件的測量結果不能反映出電梯的實際情況。可見，工程實踐中有必要對現有的電梯能效監測進行改進。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題在於克服上述現有技術存在的不足，而提出一種電梯能效監測系統及方法，其使用的測量條件和計算方法都是不依賴於電梯運行的變化條件，例如乘客多少，載重多少，運行的頻繁程度等，可以很好地實現在電梯裝設到建築物中投入實際運行後進行能效的實時監測。
[0004]本發明針對上述技術問題而提出的技術方案包括，提出一種電梯能效監測系統，包括:
一逆變單元，其連接在電梯曳引機變頻器直流端與三相商用電網之間，用以把該電梯曳引機變頻器產生的再生直流電能回饋到電網；
一傳感單兀，用以感測該電梯曳引機變頻器的交流輸入的一第一電壓與一第一電流、該逆變單元的直流輸入的一第二電壓與一第二電流以及該逆變單元的交流輸出的一第三電壓與一第三電流；
一測量及數據中心單元，其連接並控制該逆變單元的工作，其連接該傳感單元以獲取該第一電壓與第一電流、該第二電壓與第二電流以及該第三電壓與第三電流信號，並對它們進行數據處理:根據該第一電壓與第一電流計算出一電梯曳引部分的總能耗參數Wi ;根據該第二電壓與第二電流和/或該第三電壓與第三電流計算出一電梯曳引部分的勢能與動能總和參數W2 ;以及根據該電梯使用樓層總高度M，分別計算出第一能效係數Kl，K1=W2/(W1-W2)，和第二能效係數 K2，K2=(W1-W2)/M。
[0005]其中，該電梯曳引部分的總耗能參數Wl是對一設定時長範圍內的該第一電壓與第一電流進行功率-時間積分運算得到，其單位為度；該電梯曳引部分的勢能與動能總和參數W2是對一設定時長範圍內的該第二電壓與第二電流和/或該第三電壓與第三電流進行功率-時間積分運算得到，其單位為度；該電梯使用樓層總高度M的單位為米。
[0006]其中，該電梯能效監測系統還包括一數據通訊單元，該測量及數據中心單元可通過該數據通訊單元與外部監控系統相連。
[0007]其中，該電梯曳引機變頻器具有整流器或者不具有整流器。
[0008]其中，該測量及數據中心單元包括工控機、微處理器或者數位訊號處理器。
[0009]其中，該逆變單元為直流/交流逆變器或交流/直流整流逆變器。
[0010]其中，該逆變單元具有兩個直流埠和三個交流埠，其中這兩個直流埠與該電梯曳引機變頻器的直流母線相連，這三個交流埠與該三相商用電網相連；該逆變單元包括六個大功率受控開關器件，這些大功率受控開關器件是受控於該測量及數據中心單元的。
[0011]本發明針對上述技術問題而提出的技術方案還包括，提出一種電梯能效監測方法，包括:
設置一逆變單元，其連接在電梯曳引機變頻器直流端與三相商用電網之間，用以把該電梯曳引機變頻器產生的再生直流電能回饋到電網；
設置一傳感單兀，用以感測該電梯曳引機變頻器的交流輸入的一第一電壓與一第一電流、該逆變單元的直流輸入的一第二電壓與一第二電流以及該逆變單元的交流輸出的一第三電壓與一第三電流；
設置一測量及數據中心單元，其連接並控制該逆變單元的工作，其連接該傳感單元以獲取該第一電壓與第一電流、該第二電壓與第二電流以及該第三電壓與第三電流信號，並對它們進行數據處理:根據該第一電壓與第一電流計算出一電梯曳引部分的總能耗參數Wl ;根據該第二電壓與第二電流和/或該第三電壓與第三電流計算出一電梯曳引部分的勢能與動能總和參數W2 ;以及根據該電梯使用樓層總高度M，分別計算出第一能效係數K1，K1=W2/ (W1-W2)，和第二能效係數 K2，K2= (W1-W2) /M0
[0012]其中，該電梯曳引部分的總耗能參數Wl是對一設定時長範圍內的該第一電壓與第一電流進行功率-時間積分運算得到，其單位為度；該電梯曳引部分的勢能與動能總和參數W2是對一設定時長範圍內的該第二電壓與第二電流和/或該第三電壓與第三電流進行功率-時間積分運算得到，其單位為度；該電梯使用樓層總高度M的單位為米。
[0013]其中，計算該第二能效係數K2時，優先採用電梯空載條件下的數據進行計算。
[0014]與現有技術相比，本發明的電梯能效監測系統及方法通過逆變單元、傳感單元與測量及數據中心單元進行能效係數的測算和計算，可以很好地實現在電梯裝設到建築物中投入實際運行後進行能效的實時監測。【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的電梯能效監測系統實施例的結構框圖。
[0016]圖2是本發明的電梯能效監測系統實施例中逆變單元與測量及數據中心單元的結構框圖。
[0017]圖3a、3b和3c本發明的電梯能效監測系統及方法的時序_能量關係示意，其中，圖3a示出了電梯的時間-運行方向的關係，X是電梯運行方向，t是時間；圖3b示出了電梯的時間-瞬時能量的關係，EO為能量,正方向表示吸收能量,負方向表示放出能量(回饋)；圖3c示出了電梯的時間-勢能加動能的關係，Kl是能量，負方向表示發出能量。
[0018]其中，附圖標記說明如下:10三相商用電網；20電梯曳引機變頻器；30電機；80電梯能效監測系統I逆變單元2測量及數據中心單元3傳感單元4數據通訊單元。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖，對本發明予以進一步地詳盡闡述。
[0020]在電梯工作過程中，能量的耗損及傳輸需要考慮以下因素:1、從電網吸取能量，電能轉換為機械能以開動電梯；2、開動電梯的能量必須包括有:克服系統的摩擦力、提升重物的位能變化以及加減速及啟動停止時的動能變化；3、摩擦所消耗的能量是不可回收的，能量在轉化過程中的效率損失是不可回收的，比如:電機效率導致的能量損失；4、電梯系統中的勢能和動能是可以回收的，這部分能量佔電梯耗能的20-40%。
[0021 ]由此，本發明提出一種電梯能效監測系統及方法，把電梯總能耗和電梯中存儲的勢能和動能分開計算，提出能效係數的概念，從而對電梯運行的能效有更加精確的監測。
[0022]具體地，本發明提出一種電梯能效監測方法，包括:
設置一逆變單元，其連接在電梯曳引機變頻器直流端與三相商用電網之間，用以把該電梯曳引機變頻器產生的再生直流電能回饋到電網；
設置一傳感單兀，用以感測該電梯曳引機變頻器的交流輸入的一第一電壓與一第一電流、該逆變單元的直流輸入的一第二電壓與一第二電流以及該逆變單元的交流輸出的一第三電壓與一第三電流；
設置一測量及數據中心單元，其連接並控制該逆變單元的工作，其連接該傳感單元以獲取該第一電壓與第一電流、該第二電壓與第二電流以及該第三電壓與第三電流信號，並對它們進行數據處理:
在設定的時間段內，比如24小時。
[0023]根據該第一電壓與第一電流計算出一電梯曳引部分的總能耗參數Wl ；
根據該第二電壓與第二電流和/或該第三電壓與第三電流計算出一電梯曳引部分的勢能與動能總和參數W2 ；
以及根據該電梯使用樓層總高度計算M，
第一能效係數 Kl，Kl=W2/(ffl-W2)，
第二能效係數 K2，K2=(W1-W2)/M。
[0024]計算條件:
K2=(W1-W2)/M優先採用電梯空載時每運行一個最大周期(從底層到最高層再回到底層，中間層不停留)的數據進行計算。也可以按照電梯空載運行N個最大周期(從底層到最高層再回到底層，中間層不停留)的平均數據，此時，K2=(W1-W2)/ (M*N)。K2表示電梯空載運行一個單位距離需要的淨能耗。
[0025]單位:W1，W2，度，電能單位；M，公制米，樓層總高度；N，次數；能效係數，Kl,無單位；K2,度/米。
[0026]需要說明的是，同時結合這兩種類型的能效係數，可以更加全面地評判電梯的能效。
[0027]第一能效係數Κ1，能夠充分表示出電梯系統能量轉換的效率，影響這個參數的原因:配重，減速箱潤滑，導軌潤滑和配合，曳引機或者變頻器效率，制動鼓的間隙配合和時間
A坐
[0028]當Kl=I,電梯能效100% (完全理想的狀態，實際中不存在)
當Kl=0.5，電梯能效50%，非常良好的狀態。
[0029]當Kl=0.4-0.5，(40%_50%)電梯在高效率範圍，幾乎沒有改善空間。
[0030]當Kl小於0.1，(10%)，表示電梯還有很大的節能空間，調整配重，改善潤滑，改善曳引機或者變頻器效率，改善制動鼓的間隙和配合等，達到提高運行能效的效果。
[0031]當K1=0，電梯低能效運行。電梯沒有安裝回饋裝置，極低的運行效率。
[0032]第二能效係數K2，能夠充分表示出一個電梯系列的空載效率指標，比如三菱電梯K系列，不管安裝在什麼地方，什麼使用環境，這個參數應該是基本一致的。如果這個參數偏離過多，表示這部電梯效率方面會有問題。影響這個參數的原因:減速箱潤滑，導軌潤滑和配合，曳引機或者變頻器效率，運動時制動鼓不能完全放開等。配重和制動鼓時間配合對這個係數影響不大。載荷多少和使用頻繁程度對這個數據關影響不大。
[0033]第二能效參數越小越好，當K2=0，視為理想狀態，實際上不存在。
[0034]這個數據Κ2，可以每個月測量一次，或者每周一次，測量並且存儲在電梯資料庫中，和同一類型的電梯進行比較，如果這個數值偏大，表示電梯能效還可以提高。
[0035]第一能效係數Kl和第二能效係數Κ2 —起，互相關聯，相互補充，基本可以明確表面一臺電梯的運行效率，即電梯的總體能效。
[0036]其中，W1，W2可以採用電工學中的積分計算方法進行計算。電流電壓可以是直流，正弦交流，非正弦變量。用矢量函數表示。
[0037]交流:對電流矢量和電壓矢量的乘積的絕對值進行時間積分運算。三相交流可以分成獨立三相計算再相加；時間段可以使用8小時，12小時，24小時，48小時等。
[0038]直流:對電流矢量和電壓矢量的乘積進行時間積分運算；時間段可以使用8小時，12小時，24小時，48小時等。
[0039]Wl是電梯曳引系部分的總能耗，包括了從電網吸收的所有電能，包括了動能和勢能部分。
[0040]W2是電梯曳引部分再生的動能和勢能。
[0041]參見圖1，本發明的電梯能效監測系統80實施例大致包括:一逆變單元I ;一測量及數據中心單元2 ;—傳感單元3以及一數據通訊單元4。
[0042]該逆變單元I連接在電梯曳引機變頻器20與三相商用電網10之間，用以把該電梯曳引機變頻器20產生的直流DC+、DC-回饋到電網，該逆變單元I具有兩個直流埠 DC+、DC-和三個交流埠 A、B、C，其中這兩個直流埠 DC+、DC-與該電梯曳引機變頻器的直流母線相連，這三個交流埠 A、B、C與該三相商用電網10相連。該電梯曳引機變頻器20可以是有整流器的，也可以是無整流器的。該逆變單元I可以是DC/AC逆變器，也可以是整流逆變器。具體地，參見圖2,該逆變單元I大致包括:三個交流濾波電容11、一個三相電感12 (或者三個單相電感)、六個大功率受控開關器件13以及一整流電容組14。該電梯曳引機變頻器20所控制的電機30工作於發電機狀態時，回饋能量會通過該電梯曳引機變頻器20提供的直流輸出Vdc，經過這三對的兩個大功率受控開關器件13的兩端DC+、DC-逆變為交流，再經過三相電感12和交流濾波電容11就可以回饋至給三相商用電網10。
[0043]該傳感單元3，其包括三部分，其中:第一部分INl用以感測該電梯曳引機變頻器20的交流輸入A0、B0、C0的一(組)第一電壓與一第一電流(一般有三相電流的三相電壓)；第二部分IN2用以感測該逆變單元I的直流輸入DC+、DC-的一第二電壓與一第二電流；以及第三部分IN3用以感測該逆變單元I的交流輸出A、B、C的一(組)第三電壓與一第三電流(一般有三相電流和三相電壓)。
[0044]該測量及數據中心單元2可以包括工控機，也可以包括微處理器，數位訊號處理器及其周邊電路構成的微處理器系統。該測量及數據中心單元2與該逆變單元I相連。該測量及數據中心單元2通過控制這些大功率受控開關器件13的開關動作可控制該逆變單元I的運行狀態，比如:交流輸出的電壓、頻率等可以由測量及數據中心單元2根據需要進行調節，以滿足三相商用電網10的要求。需要說明的是，在本實施例中，該逆變單元I是直接由該測量及數據中心單元2控制的，在本發明的其他實施例中，該逆變單元I也可以包括一獨立於該測量及數據中心單元2的控制器來控制，這時，該控制器與該測量及數據中心單元2是通訊連接。該測量及數據中心單元2與該傳感單元3相連，可獲取該第一電壓與第一電流、該第二電壓與第二電流以及該第三電壓與第三電流信號以進行能效係數的計算。
[0045]該數據通訊單元4與該測量及數據中心單元2相連，該測量及數據中心單元2可通過該數據通訊單元4與外部監控系統(圖未示出)相連。
[0046]以下，結合圖3a、3b和3c，對本發明的電梯能效監測系統及方法的工作原理進行更詳細的說明。
[0047]在圖3a中，橫坐標t為時間軸，其單位為秒，縱坐標X為方向坐標，向上為正方向，向下為反方向。需要說明的是，這裡的正方面，可以與電梯的向上運行對應，也可以與電梯的向下運行對應。其中，時刻TO-時刻Tl之間區域、時刻T3-時刻T5區域以及時刻T8以後區域對應電梯的停止狀態；時刻Tl-時刻T3之間區域對應電梯正方向運行狀態；時刻T5-時刻T8之間區域對應電梯反方向運行狀態。
[0048]在圖3b中，橫坐標t為時間軸，其單位為秒，縱坐標EO為總能耗坐標，其單位為千瓦，向上為能量消耗，向下為能量回饋。其中，時刻TO-時刻Tl之間區域對應電梯的停止狀態；時刻Tl-時刻T2之間區域對應電梯的正向加速運行狀態；時刻T2-時刻T3之間區域對應電梯的正向平穩運行狀態；時刻T3-時刻T4之間區域對應電梯的正向減速運行狀態；時刻T4-時刻T5之間區域對應電梯的停止運行狀態；時刻T5-時刻T7之間區域對應電梯的反向加速運行狀態；時刻T7-時刻T8之間區域對應電梯的反向平穩運行狀態；時刻T8-時刻T9之間區域對應電梯的反向減速運行狀態；時刻T9以後區域對應電梯的停止運行狀態。可見，正向運行，電梯的總能耗為Ea，反向運行，電梯的總能耗為Eb，對特定時長(比如24小時)內的這些總能耗進行積分運算，既可以得到一電梯曳引部分的總能耗參數。[0049]在圖3c中，橫坐標t為時間軸，其單位為秒，縱坐標Kl為勢能加動能坐標，其單位為千瓦，向上為能量消耗，向下為能量回饋。其中，時刻TO-時刻T3a之間區域、時刻T4-時刻T6之間區域以及時刻T9以後區域對應於電梯無能量回饋的狀態；時刻T3a-時刻T4之間區域以及時刻T8-時刻T9之間區域對應電梯有動能回饋的狀態；時刻T6-時刻T8之間區域對應電梯有勢能回饋的狀態。可見，電梯的減速運行可以產生動能回饋Em，電梯的穩定運行可以產生勢能回饋Ep，對特定時長(比如24小時)內的這些動能和勢能動能)內的這些動能耗進行先求該中央控制單元需要消耗的電網電能。回饋Em與Ep進行進行積分運算，既可以得到一電梯曳引部分的勢能與動能總和參數。需要說明的是，勢能回饋取決於電梯系統的平衡，理論而言，在電梯系統處於最優的平衡的狀態，勢能Ep可能非常接近於零，但無論電梯系統如何平衡，只要電梯有減速運動，其中的動能回饋Em總是存在的。
[0050]與現有技術相比，本發明的電梯能效監測系統80通過逆變單元1、傳感單元3與測量及數據中心單元2進行能效係數的測算，可以很好地實現在電梯裝設到建築物中投入實際運行後進行能效的實時監測。
[0051]上述內容，僅為本發明的較佳實施例，並非用於限制本發明的實施方案，本領域普通技術人員根據本發明的主要構思和精神，可以十分方便地進行相應的變通或修改，故本發明的保護範圍應以權利要求書所要求的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種電梯能效監測系統，其特徵在於，包括: 一逆變單元，其連接在電梯曳引機變頻器直流端與三相商用電網之間，用以把該電梯曳引機變頻器產生的再生直流電能回饋到電網； 一傳感單兀，用以感測該電梯曳引機變頻器的交流輸入的一第一電壓與一第一電流、該逆變單元的直流輸入的一第二電壓與一第二電流以及該逆變單元的交流輸出的一第三電壓與一第三電流； 一測量及數據中心單元，其連接並控制該逆變單元的工作，其連接該傳感單元以獲取該第一電壓與第一電流、該第二電壓與第二電流以及該第三電壓與第三電流信號，並對它們進行數據處理:根據該第一電壓與第一電流計算出一電梯曳引部分的總能耗參數Wi ;根據該第二電壓與第二電流和/或該第三電壓與第三電流計算出一電梯曳引部分的勢能與動能總和參數W2 ；以及根據該電梯使用樓層總高度M,分別計算出第一能效係數K1，K1=W2/(W1-W2)，和第二能效係數 K2，K2=(W1-W2)/M。
2.依據權利要求1所述的電梯能效監測系統，其特徵在於，該電梯曳引部分的總耗能參數Wl是對一設定時長範圍內的該第一電壓與第一電流進行功率-時間積分運算得到，其單位為度；該電梯曳引部分的勢能與動能總和參數W2是對一設定時長範圍內的該第二電壓與第二電流和/或該第三電壓與第三電流進行功率-時間積分運算得到，其單位為度；該電梯使用樓層總高度M的單位為米。
3.依據權利要求1所述的電梯能效監測系統，其特徵在於，該電梯能效監測系統還包括一數據通訊單元，該測量及數據中心單元可通過該數據通訊單元與外部監控系統相連。
4.依據權利要求1所述的電梯能效監測系統，其特徵在於，該電梯曳引機變頻器具有整流器或者不具有整流器。
5.依據權利要求1所述的電梯能效監測系統，其特徵在於，該測量及數據中心單元包括工控機、微處理器或者數位訊號處理器。
6.依據權利要求1所述的電梯能效監測系統，其特徵在於，該逆變單元為直流/交流逆變器或交流/直流整流逆變器。
7.依據權利要求1所述的電梯能效監測系統，其特徵在於，該逆變單元具有兩個直流埠和三個交流埠，其中這兩個直流埠與該電梯曳引機變頻器的直流母線相連，這三個交流埠與該三相商用電網相連；該逆變單元包括六個大功率受控開關器件，這些大功率受控開關器件是受控於該測量及數據中心單元的。
8.一種電梯能效監測方法，其特徵在於，包括: 設置一逆變單元，其連接在電梯曳引機變頻器直流端與三相商用電網之間，用以把該電梯曳引機變頻器產生的再生直流電能回饋到電網； 設置一傳感單兀，用以感測該電梯曳引機變頻器的交流輸入的一第一電壓與一第一電流、該逆變單元的直流輸入的一第二電壓與一第二電流以及該逆變單元的交流輸出的一第三電壓與一第三電流； 設置一測量及數據中心單元，其連接並控制該逆變單元的工作，其連接該傳感單元以獲取該第一電壓與第一電流、該第二電壓與第二電流以及該第三電壓與第三電流信號，並對它們進行數據處理:根據該第一電壓與第一電流計算出一電梯曳引部分的總能耗參數Wl ;根據該第二電壓與第二電流和/或該第三電壓與第三電流計算出一電梯曳引部分的勢能與動能總和參數W2 ；以及根據該電梯使用樓層總高度M，分別計算出第一能效係數K1，K1=W2/ (W1-W2)，和第二能效係數 K2，K2= (W1-W2) /M0
9.依據權利要求8所述的電梯能效監測方法，其特徵在於，該電梯曳引部分的總耗能參數Wl是對一設定時長範圍內的該第一電壓與第一電流進行功率-時間積分運算得到，其單位為度；該電梯曳引部分的勢能與動能總和參數W2是對一設定時長範圍內的該第二電壓與第二電流和/或該第三電壓與第三電流進行功率-時間積分運算得到，其單位為度；該電梯使用樓層總高度M的單位為米。
10.依據權利要求8所述的電梯能效監測方法，其特徵在於，計算該第二能效係數K2時，優先採用電梯空 載條件下的數據進行計算。
【文檔編號】B66B5/00GK103508283SQ201310428831
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】袁德芳 申請人:深圳市合興加能科技有限公司