智慧能耗和谐波监测设计

时间：2024-03-15作者：安科瑞电子商务(上海)有限公司浏览：16

摘要： 根据数据降低功耗、提高用电效率提供参数依据。

关键词：数据；能耗；谐波监测

1能耗和谐波监测需求分析

信息时代的到来，大数据的能耗管理包括机房环境监测和能耗设备的监测，通过实时采集掌握能耗状态，从而实现能耗管理的优化。由于谐波具有不确定性和随机性，要针对谐波这些特性研究出能够对谐波实时追踪和特性识别的方法，目前，在电力系统中稳态谐波检测中大多采用FFT及其改进算法。

针对上述存在的问题，基于ZigBee设计了数据智慧能耗和谐波监测节点。对用电设备所产生的能耗进行监测，实现电流、电压测量和异常报警，针对电能质量监测与管理平台中十分重要的谐波问题，进行了谐波检测、谐波能耗的计算，进而为降低功耗、提高用电效率提供参数依据。

2监测节点系统架构设计

数据无线功耗与谐波监测节点，数据采用ZigBee网络模块进行信号传输。基于ZigBee技术的多参数监测系统能够在短时间内实现大数据监测，确保得到完整的数据，并且具有布点灵活、安装方便等特点。

监测节点电路（如图1所示）主要由数据监测模块和ZigBee网络模块组成，前者通过电压、电流互感器实现信号的检测；后者完成信号的无线传输，接收远程数据配置控制命令，同时将测量数据进行无线到控制用电设备所产生的能耗进行监测。数据监测模块将数字信息传输给单片机处理，单片机进行能耗计算和谐波电流分析，监测结果经由LCD供现场数据监控。




DRF1607HCC2530ZigBee封装芯片协调器（Coordinator）从串口收到的数据发送给所在无线局域网内所有的路由(Router)节点。这样协调器节点和路由节点之间就建立起了一条一对多的数据透明传输通道。设计选用Mesh网络，能够减少消息时延，增强通信的性。

3.2谐波分析

电流互感器将大信号转化为小信号传输进单片机中，单片机每38us采集三个周期的电压波形，将其转化成AD信号共有768个点，然后对这些谐波数据进行分析，先分析其*大值的大小，其值的大小是在0-4096当中；接这对其位置进行分析，一个周期为256个点，所以*大值的位置是在0-768之间。

FFT算法由法国数学家傅立叶(M．Fourier)提出，一切的波形都是基波和谐波组成的。因为半波对称的特性，则偶次谐波相互抵消。因为半波对称波形中不含直流分量和偶次谐波分量，所以在编程的时候，将前N/2点数据赋值0，而后面N/2点就为奇次谐波分量。运用FFT计算所测电压波的基波和奇次谐波系数。DFT变换的表达式

4硬件及测试结果分析

实验将在线监测节点依次接入ZigBee无线传感器网络，测试选择透传模式，两个节点之间的传输距离在60～100m，且可根据覆盖面积增加协调器的数量，实现对监测区域的覆盖。监测节点可实现对设备能耗以及温度的准确测量和性传输；FFT谐波算法合理、软件功能完善。

5安科瑞能耗统计分析（能源管理）解决方案

5.1概述

建立的能耗监测管理系统，对各类耗能设备能耗数据进行实时测量，对采集数据进行统计和分析。能够合理的确定各区域建筑能耗经济指标及绩效考核指标，发现能源使用规律和能源浪费情况，提高人员主动节能的意识。

①搭建数据智慧能源管理系统的基本框架，对各个用能环节进行实时监测；

②排碳数据化：通过系统可实现建筑单位内人均能耗分析（包括水、电、能量），实现低碳办公数据化；

③区域能效比：实现建筑单位内区域能耗对比，方便能耗考核；

④同期能效比：实现同年、同期、同一区域能耗对比，方便节能数据分析；

⑤能耗评估管理：按照能源消耗定额标准约束值、标准值、引导值进行分析单位面积能耗和人均能耗指标；

⑥能耗竞争排名：各个功能区能耗对比，实现能耗排名，增强工作人员的节能意识；

⑦对能耗的使用数据进行综合的分析、统计、打印和查询等功能，并根据能耗监测管理系统的需要可选择不同样式报表的打印。为能耗运营管理部门提供的依据；

⑧能耗数据采集，随时查询，并根据采集数据进行统计分析，监测异常能源用量，对能源智能仪表故障进行报警，提高系统信息化、自动化水平。

结语

本文介绍了一种基于ZigBee技术的数据即可实时了解到用电设备的工作状态和能耗，可广泛应用于能源能耗监测领域。

【参考文献】

[1]姜鸿羽.数据智慧能耗和谐波监测节点设计.数字技术与应用，2020.5；

[2]李康,李欣,张子凡,等.基于电力物联网建设的数据能耗管理研究[J].上海电力大学学报,2021,37(3):241-246+283.

[3]王坚.大型数据能耗监测系统应用研究[J].科技风,2020(4):93.

[4]赵艳启.基于ZigBee技术的机场环境多参数监测系统设计[J].电子设计工程,2020,28(15):61-64+69.

[5]崔凤新.基于ZigBee的电力多变量无线监测系统设计[J].数字技术与应用,2018,36(09):174-175+177.

[6]汤天浩,郑慧.一类半波对称FFT改进算法与电网谐波分析[J].电源学报,2011(2):80-85.

[7]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版.





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