专利名称：一种智能建筑能源管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机网络技术、数据库技术和计算机控制技术在智能建筑能源方面的应用，具体适用于面向企业管理和业务特点的能源管理。
背景技术：
我国建筑年电力消耗总量占全国总消耗量的10%，能源费用超过800亿元，在世界上单位建筑面积能耗排名第一；产生这些问题主要原因是1)缺乏科学有效的电能效率管理手段，比如不清楚建筑物内的电能主要消耗在什么地方、在什么时间消耗了多少电能、 电能浪费的漏洞在哪里、改善的机会又有那些；幻在电力分配系统和电力品质层面上，不清楚有多少无功功率的消耗量，那个时间段的功率因素是多少；3)在负荷与设备层面，对中央空调、照明系统、锅炉和其他耗能负荷的家底不了解，处于一种粗放式的管理状态。目前我国新建的建筑标准都几乎是按照智能建筑标准进行规划和设计的。智能建筑实现的核心是系统集成，通过系统集成实现综合共享，提高服务质量和工作效率，达到多快、好省和高效的目的。然而，随着智能建筑的不断深化，被管理的对象趋于复杂化，复杂化的因素主要有被管理的数量、对象的种类、组织的异构性、物理分布、参与组织的单元的数量、服务综合的程度等，这时，由传统的相对单一的网络管理扩展为基于分布化的网络综合管理是环境的必然要求。同时面向企业管理和业务特点的能源管理的重要性也逐渐被人们所重视。关于区域、建筑群和建筑物能源管理问题的本质可以通过数学规划问题的形式来给出一般性的描述 目标函数=MIN(区域、建筑群和建筑物的总能耗费用)； 约束条件区域、建筑群和建筑物的各种用能需求、外部供入各种能源的市场价格以及环境气象条件； 决策变量外部供入能源的选择、设备的运行状态(包括开/停与负荷率)，关键参数的设定值(包括室内环境参数，设备运行参数等)以及其他影响到系统能耗的因素。中国发明专利申请号200710035773. 3公开了一种建筑节能控制方法及系统，该系统采用上位能源管理计算机和建筑能耗设备联网，统一采集建筑能耗设备的能源实时数据，统一计算分析，并与数据库中的节能标准值进行比较，超标发出报警，并输出控制信号， 通过网络连接控制建筑能耗设备节能运行或停机。上述的建筑节能控制方法及系统存在着几个主要问题1)建筑物内所有能耗数据与业务数据处理相分离，尚未将智能建筑节能管理作为信息、资源和任务的综合共享与全局一体化的综合管理中的一个组成部分；幻没有考虑被管理的数量、对象的种类、组织的异构性、物理分布、参与组织的单元的数量、服务综合的程度等复杂因数；幻在系统的分布综合化、动态化和智能化等方面缺少综合考虑；4)只进行了能耗报警功能，而在能源审计、设备能耗管理、区域能耗管理、能源预测管理和能源评估等方面没有进行综合考量，缺少一种建筑能源管理的优化解决方案。
发明内容
为了克服已有的建筑节能控制方法及系统的电能效率管理手段单一、与业务数据处理相分离、综合化动态化智能化方面欠缺的不足，本发明提供一种具有多种节能管理手段的、结合企业管理和业务特点的、精细化的、动态化的、综合化的智能建筑能源管理系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种智能建筑能源管理系统，所述智能建筑能源管理系统包括系统设置单元，用于设置能耗管理对象、管理者信息，系统提供用户权限管理、系统通知、系统错误信息、系统操作记录、能耗术语解释以及系统参数设置；所述的系统参数设置包括外部供入能源的选择、设备的按日历计划运行的状态和关键参数的设定值，所述关键参数包括室内环境参数和设备运行参数；能耗数据采集单元，用于采集能耗管理对象的能耗数据；采用不同协议的现场计量设备进行通信，对建筑各种耗能设备和节能设备的相关数据进行采集，并自动在模拟图块上显示能耗设备的实时动静态属性；能源审计管理单元，用于审计能耗管理对象的能耗状态，包括无功功率的大小和相位角；自动采集各耗能设备实时运行参数，并自动保存到数据库，如发生异常运行状况， 系统自动报警；设备能耗管理单元，用于对以设备为单位的实时监测和管理；系统具备自动统计各耗能设备历史数据和能源形态归类综合数据能力，以坐标曲线、格式报表的形式显示、输出和打印；区域能耗管理单元，用于以区域为单位的实时监测和管理；所述的区域是单幢建筑物、是群体建筑物、集中的群体建筑物或是分散的群体建筑物；所述的区域能耗管理单元按时间段、基准时间及规范标准能耗的数据进行比较，得出区域中各耗能设备比较数据；具备当年时期数据与去年时期能耗，其他建筑物同类能耗之间的可比性，得出环比数据，并自动生成能耗报告形成能耗管理文件；所述的能耗管理文件中，给用户提供各能源管理组逐时、逐日、逐月、逐年能耗值报告，帮助用户掌握自己的能源消耗情况，找出能源消耗异常值；单位面积能耗指标报告为能耗统计、能源审计提供数据支持；温度、湿度参考功能帮助分析能耗数据与环境数据的相关性。能源预测管理单元，用于根据所述的能源管理数据库中的历史和现阶段的各种能耗数据、所述的能源审计管理单元中各能耗管理对象的能耗状态和能源计划实施单元的要求进行区域能耗数据统计与预测分析；能耗报警及需量控制单元，用于根据单位的负荷组、负荷和契约容量信息进行需量控制；能源评估单元，用于优化能源调度和平衡、节约能源和改善无功功率的消耗量；能源计划单元，用于根据目前的能源使用情况做出合理的能源使用计划；能源管理数据库，用于存储管理者、建筑物、建筑物的楼层、能耗管理对象、计量表、系统参数、关键参数、能耗设备日历运行计划、能耗基本数据、专家知识库和优先控制能耗对象装置数据表。
进一步，所述的能源预测管理单元中，提供各分类分项能耗数据的逐时、逐日、逐月、逐年的统计图表和文本报表，以及各类相关能耗指标的图表，各级管理人员对能源的班用量、日用量、月用量进行比对，分析能源使用过程中的漏洞和不合理情况，调整能源分配策略；采用公式(1)来预测能源的需求值；Ppneed = PNneedX (1800-t) X Δ t/ Δ ρ (1)式中PpnMd为预测能源需求值，PN_d为当前能源需求值，At/Δρ为预测系数，At 为监测采样时间间隔，单位为秒，Δρ为监测时间间隔内能源的变化量，t预测时间间隔，单位为秒；如果预测能源需求值超过峰值契约容量就需要根据负荷卸载优先级别卸载，以防止受到罚款或停电的处罚，预测周期为30分钟。所述的能耗报警及需量控制单元中，需量控制系统自动预测下一个时刻需量，根据负荷卸载优先级别卸载或恢复负荷，确保系统需量不超过峰值契约容量，免受罚款或停电；具体做法是在用电负荷功率曲线图中，若当前用电需量趋近峰值契约容量时，需要采取措施来降低用电需量，需量控制算法实现步骤如下用DL将负荷进行分组，一个监控节点可以有多个负荷组，但每个负荷组必须对应一个或一组契约；每个负荷组的控制运算独立进行，DL将负荷按照6个卸载级别分类；DL 每分钟处理以下流程1)DL读取计量表数据；2)DL预测需量周期内的功率需求，当功率需求超过峰值契约容量设定，DL计算需要调整的功率值，这个功率值就是DL需要卸载的量；3)当预测功率需求超过峰值契约容量设定，DL首先选择卸载级别为6的负荷进行卸载，直到达到卸载目标；DL循环卸载可卸载的设备；以下条件下的负荷不能卸载a)负荷被锁；b)负荷不在线，或处于报警状态；c)负荷已经处于卸载状态或低于卸载级别；d)负荷运行时间小于最小运行时间；e)负荷刚刚被DL卸载并恢复，但恢复时间小于最小恢复时间；4)如果卸载级别为6的负荷全部被卸载，DL开始卸载比该级别小一级的负载，即卸载负载为5的负荷，直到满足要求；5)如果卸载级别为5的负荷全部被卸载，DL开始卸载级别为4的负荷，直到满足要求；直到卸载级别为1的负荷；6)如果卸载全部可卸载的负荷仍不能满足要求，DL产生报警通知；7)每个负荷属性中有最短卸载时间，DL比较每一个负荷被卸载的时间，满足要求时，DL可以恢复负荷，恢复负荷的顺序与卸载相反；DL在运行态下负荷组图和负荷明细图，点击负荷组可以查看该负荷组的运行数据显示和需量周期内的功率曲线，负荷明细图中可以查看各负荷状态，同时对负荷进行控制， DL的分组信息存放在所述的优先控制能耗对象装置数据表内。所述的能源评估单元中，依靠专家系统实现离线、在线诊断和故障自动恢复，根据耗能设备变化规律，自动诊断能耗疾病，并给出节能报告以及耗能提示；所述的能源评估单元中还收录有关能源管理国家和地方规范标准；建立用以实现区域、建筑群和建筑物的总能耗费用的最小化的能源折标系统，，即计算区域、建筑群和建筑物的总能耗费用。所述的耗能提示，用户通过人机界面自定义各种耗能类型，具备耗能事件的传送、 确认处理及记录存档功能，提示信息可通过电子邮件、短信、指定打印机等不同方式传送至用户。所述的能源折标系统中，对于不同种类能源的使用情况折合成标准单位进行比较和综合，需要建立起燃油、燃煤、燃气与使用电力的能源折合关系，将企业能耗值折算为热量、标准煤以及原油、原煤等一次能源消耗量和相对的CO2释放量，而所述能源折合关系动态的、随着能源市场的变动进行调整。所述的能源计划单元，形成能耗管理文件；根据目前的能源使用情况，做出能源使用计划；根据能源使用需求，制订能源采购、生产、供应计划。所述的能源管理数据库中，通过各种网络和协议将所述的能耗数据采集单元将采集的能耗基本数据保存在相应的表中，所述的能源审计管理单元、所述的设备能耗管理单元、所述的区域能耗管理单元、所述的能源预测管理单元、所述的能耗报警及需量控制单元、所述的能源评估单元和所述的能源计划单元从所述的能耗数据库中读取相关的信息和数据并进行相应的计算，实现能耗的监测与管理。各个单元之间数据的交换和通信支持各种网络和协议，包括RS485、232、0PC、 Bacnet、Lonwork 等接口和协议。本发明的有益效果为具有多种节能管理手段、结合企业管理和业务特点，具有精细化、动态化、综合化的优点。
图1为通过削峰填谷进行建筑能源管理概念图；图2为智能建筑能源管理系统的构成框图；图3为一种智能建筑能源管理数据表结构和关系图；图4为一种智能建筑能源管理各子系统的关系图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图1 图4，一种智能建筑能源管理系统，包括用于设置能耗管理对象、管理者等相关信息的系统设置单元、用于采集能耗管理对象的能耗数据采集单元、用于审计能耗管理对象的能源审计管理单元、用于以设备为单位的实时监测和管理的设备能耗管理单元、用于以区域为单位的实时检测和管理的区域能耗管理单元、用于进行能耗数据统计与分析的能源预测管理单元、用于根据单位的负荷组、负荷和契约容量信息进行需量控制的能耗报警及需量控制单元、用于优化能源调度和平衡、节约能源和改善无功功率的消耗量的能源评估单元、用于根据目前的能源使用情况做出合理的能源使用计划的能源计划单元、用于存储管理者、建筑物、建筑物的楼层、能耗管理对象、计量表、系统参数、关键参数、 能耗设备日历运行计划、能耗基本数据、专家知识库、优先控制能耗对象装置数据表等的能耗数据库，各单元的连接关系如图4所示；所述的系统设置单元，用于设置能耗管理对象、管理者等相关信息，系统提供用户权限管理、系统同志、系统错误信息、系统操作记录、能耗术语解释、以及系统参数设置等功能；所述的系统参数设置包括了外部供入能源的选择、设备的按日历计划运行的状态(包括开/停与负荷率)，关键参数的设定值(包括室内环境参数，设备运行参数等)以及其他影响到系统能耗的因素；所述的能耗数据采集单元，用于采集能耗管理对象的能耗数据；要求系统采用不同协议的现场计量设备进行通信，对建筑各种耗能设备和节能设备的相关数据进行采集， 并自动在模拟图块上显示能耗设备的实时动静态属性；所述的能源审计管理单元，用于审计能耗管理对象的能耗状态，包括无功功率的大小和相位角；自动采集各耗能设备实时运行参数，并自动保存到数据库，如发生异常运行状况，系统自动报警；所述的设备能耗管理单元，用于对以设备为单位的实时监测和管理；系统具备自动统计各耗能设备历史数据和能源形态归类综合数据能力，以坐标曲线、格式报表的形式显示、输出和打印；所述的区域能耗管理单元，用于以区域为单位的实时监测和管理；所述的区域可以是单幢建筑物，也可以是群体建筑物；可以是集中的群体建筑物，也可以是分散的群体建筑物；所述的区域能耗管理单元按时间段、基准时间及规范标准能耗的数据进行比较，得出区域中各耗能设备比较数据；具备当年时期数据与去年时期能耗，其他建筑物同类能耗之间的可比性，得出环比数据，并自动生成能耗报告形成能耗管理文件；所述的能耗管理文件，用于给用户提供各能源管理组逐时、逐日、逐月、逐年能耗值报告，帮助用户掌握自己的能源消耗情况，找出能源消耗异常值；单位面积能耗(EUI)等多种相关能耗指标报告为能耗统计、能源审计提供数据支持；温度、湿度参考功能帮助分析能耗数据与环境数据的相关性，帮助管理人员分析和寻找节能的途径和方法；所述的能源预测管理单元，用于对所述的区域进行能耗数据统计与分析；提供各分类分项能耗数据的逐时、逐日、逐月、逐年的统计图表和文本报表，以及各类相关能耗指标的图表，各级管理人员对能源的班用量、日用量、月用量进行比对，分析能源使用过程中的漏洞和不合理情况，调整能源分配策略；本发明中采用公式(1)来预测能源的需求值；Ppneed = PNneedX (1800-t) X Δ t/ Δ ρ (1)式中PpnMd为预测能源需求值、PNnMd为当前能源需求值、Δ t/ Δ ρ为预测系数、Δ t 为监测采样时间间隔(单位为秒)、Δρ为监测时间间隔内能源的变化量，t预测时间间隔 (单位为秒)；如果预测能源需求值超过峰值契约容量就需要根据负荷卸载优先级别卸载，以防止受到罚款或停电的处罚，预测周期为30分钟；所述的能耗报警及需量控制单元，用于根据单位的负荷组、负荷和契约容量信息进行需量控制；需量控制系统自动预测下一个时刻需量，根据负荷卸载优先级别卸载或恢复负荷，确保系统需量不超过峰值契约容量，免受罚款或停电；具体做法是在用电负荷功率曲线图中，如附图1所示，若当前用电需量趋近峰值契约容量时，需要采取措施来降低用电需量，需量控制算法实现步骤如下
用DL将负荷进行分组，一个监控节点可以有多个负荷组，但每个负荷组必须对应一个或一组契约；每个负荷组的控制运算独立进行，DL将负荷按照6个卸载级别分类；所述的6个卸载级别分类参照优先卸载机器能源供应表，如表1所示；
权利要求
1.一种智能建筑能源管理系统，其特征在于所述智能建筑能源管理系统包括 系统设置单元，用于设置能耗管理对象、管理者信息，系统提供用户权限管理、系统通知、系统错误信息、系统操作记录、能耗术语解释以及系统参数设置；所述的系统参数设置包括外部供入能源的选择、设备的按日历计划运行的状态和关键参数的设定值，所述关键参数包括室内环境参数和设备运行参数；能耗数据采集单元，用于采集能耗管理对象的能耗数据；采用不同协议的现场计量设备进行通信，对建筑各种耗能设备和节能设备的相关数据进行采集，并自动在模拟图块上显示能耗设备的实时动静态属性；能源审计管理单元，用于审计能耗管理对象的能耗状态，包括无功功率的大小和相位角；自动采集各耗能设备实时运行参数，并自动保存到数据库，如发生异常运行状况，系统自动报警；设备能耗管理单元，用于对以设备为单位的实时监测和管理；系统具备自动统计各耗能设备历史数据和能源形态归类综合数据能力，以坐标曲线、格式报表的形式显示、输出和打印；区域能耗管理单元，用于以区域为单位的实时监测和管理；所述的区域是单幢建筑物、 是群体建筑物、集中的群体建筑物或是分散的群体建筑物；所述的区域能耗管理单元按时间段、基准时间及规范标准能耗的数据进行比较，得出区域中各耗能设备比较数据；具备当年时期数据与去年时期能耗，其他建筑物同类能耗之间的可比性，得出环比数据，并自动生成能耗报告形成能耗管理文件；所述的能耗管理文件中，给用户提供各能源管理组逐时、逐日、逐月、逐年能耗值报告， 帮助用户掌握自己的能源消耗情况，找出能源消耗异常值；单位面积能耗指标报告为能耗统计、能源审计提供数据支持；温度、湿度参考功能帮助分析能耗数据与环境数据的相关性；能源预测管理单元，用于根据所述的能源管理数据库中的历史和现阶段的各种能耗数据、所述的能源审计管理单元中各能耗管理对象的能耗状态和能源计划实施单元的要求进行区域能耗数据统计与预测分析；能耗报警及需量控制单元，用于根据单位的负荷组、负荷和契约容量信息进行需量控制；能源评估单元，用于优化能源调度和平衡、节约能源和改善无功功率的消耗量； 能源计划单元，用于根据目前的能源使用情况做出合理的能源使用计划； 能源管理数据库，用于存储管理者、建筑物、建筑物的楼层、能耗管理对象、计量表、系统参数、关键参数、能耗设备日历运行计划、能耗基本数据、专家知识库和优先控制能耗对象装置数据表。
2.如权利要求1所述的智能建筑能源管理系统，其特征在于所述的能源预测管理单元中，提供各分类分项能耗数据的逐时、逐日、逐月、逐年的统计图表和文本报表，以及各类相关能耗指标的图表，各级管理人员对能源的班用量、日用量、月用量进行比对，分析能源使用过程中的漏洞和不合理情况，调整能源分配策略；采用公式(1)来预测能源的需求值； 式中Ppnrad为预测能源需求值，Plted为当前能源需求值，At/Δρ为预测系数，At为监测采样时间间隔，单位为秒，Δρ为监测时间间隔内能源的变化量，t预测时间间隔，单位为秒；如果预测能源需求值超过峰值契约容量就需要根据负荷卸载优先级别卸载，以防止受到罚款或停电的处罚，预测周期为30分钟。
3.如权利要求1或2所述的智能建筑能源管理系统，其特征在于所述的能耗报警及需量控制单元中，需量控制系统自动预测下一个时刻需量，根据负荷卸载优先级别卸载或恢复负荷，确保系统需量不超过峰值契约容量，免受罚款或停电；具体做法是在用电负荷功率曲线图中，若当前用电需量趋近峰值契约容量时，需要采取措施来降低用电需量，需量控制算法实现步骤如下用DL将负荷进行分组，一个监控节点可以有多个负荷组，但每个负荷组必须对应一个或一组契约；每个负荷组的控制运算独立进行，DL将负荷按照6个卸载级别分类；DL每分钟处理以下流程1)DL读取计量表数据；2)DL预测需量周期内的功率需求，当功率需求超过峰值契约容量设定，DL计算需要调整的功率值，这个功率值就是DL需要卸载的量；3)当预测功率需求超过峰值契约容量设定，DL首先选择卸载级别为6的负荷进行卸载，直到达到卸载目标；DL循环卸载可卸载的设备；以下条件下的负荷不能卸载a)负荷被锁；b)负荷不在线，或处于报警状态；c)负荷已经处于卸载状态或低于卸载级别；d)负荷运行时间小于最小运行时间；e)负荷刚刚被DL卸载并恢复，但恢复时间小于最小恢复时间；4)如果卸载级别为6的负荷全部被卸载，DL开始卸载比该级别小一级的负载，即卸载负载为5的负荷，直到满足要求；5)如果卸载级别为5的负荷全部被卸载，DL开始卸载级别为4的负荷，直到满足要求； 直到卸载级别为1的负荷；6)如果卸载全部可卸载的负荷仍不能满足要求，DL产生报警通知；7)每个负荷属性中有最短卸载时间，DL比较每一个负荷被卸载的时间，满足要求时， DL可以恢复负荷，恢复负荷的顺序与卸载相反；DL在运行态下负荷组图和负荷明细图，点击负荷组可以查看该负荷组的运行数据显示和需量周期内的功率曲线，负荷明细图中可以查看各负荷状态，同时对负荷进行控制，DL的分组信息存放在所述的优先控制能耗对象装置数据表内。
4.如权利要求1或2所述的智能建筑能源管理系统，其特征在于所述的能源评估单元中，依靠专家系统实现离线、在线诊断和故障自动恢复，根据耗能设备变化规律，自动诊断能耗疾病，并给出节能报告以及耗能提示；所述的能源评估单元中还收录有关能源管理国家和地方规范标准；建立用以实现区域、建筑群和建筑物的总能耗费用的最小化的能源折标系统，，即计算区域、建筑群和建筑物的总能耗费用。
5.如权利要求4所述的智能建筑能源管理系统，其特征在于所述的耗能提示，用户通过人机界面自定义各种耗能类型，具备耗能事件的传送、确认处理及记录存档功能，提示信息可通过电子邮件、短信、指定打印机等不同方式传送至用户。
6.如权利要求5所述的智能建筑能源管理系统，其特征在于所述的能源折标系统中， 对于不同种类能源的使用情况折合成标准单位进行比较和综合，需要建立起燃油、燃煤、燃气与使用电力的能源折合关系，将企业能耗值折算为热量、标准煤以及原油、原煤等一次能源消耗量和相对的CO2释放量，而所述能源折合关系动态的、随着能源市场的变动进行调離iF. ο
7.如权利要求1或2所述的智能建筑能源管理系统，其特征在于所述的能源计划单元，形成能耗管理文件；根据目前的能源使用情况，做出能源使用计划；根据能源使用需求，制订能源采购、生产、供应计划。
8.如权利要求1或2所述的智能建筑能源管理系统，其特征在于所述的能源管理数据库中，通过各种网络和协议将所述的能耗数据采集单元将采集的能耗基本数据保存在相应的表中，所述的能源审计管理单元、所述的设备能耗管理单元、所述的区域能耗管理单元、所述的能源预测管理单元、所述的能耗报警及需量控制单元、所述的能源评估单元和所述的能源计划单元从所述的能耗数据库中读取相关的信息和数据并进行相应的计算，实现能耗的监测与管理。
9.如权利要求1或2所述的智能建筑能源管理系统，其特征在于各个单元之间数据的交换和通信支持各种网络和协议，包括RS485、232、OPC、Bacnet、Lonwork等接口和协议。
全文摘要
一种智能建筑能源管理系统，包括用于设置能耗管理对象、管理者相关信息的系统设置单元、用于采集能耗管理对象的能耗数据采集单元、用于审计能耗管理对象的能源审计管理单元、用于以设备为单位的实时监测和管理的设备能耗管理单元、用于以区域为单位的实时检测和管理的区域能耗管理单元、用于进行能耗数据统计与分析的能源预测管理单元、用于根据单位的负荷组、负荷和契约容量信息进行需量控制的能耗报警及需量控制单元、用于优化能源调度和平衡、节约能源和改善无功功率的消耗量的能源评估单元、用于根据目前的能源使用情况做出合理的能源使用计划的能源计划单元、以及能源管理数据库；本发明能有效解决建筑群的能源实时平衡管理和监控管理。
文档编号G05B19/418GK102193544SQ201110073540
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者姜野, 岳一涛, 徐策, 汤一平, 王麒诚, 胡拥军 申请人:汉鼎信息科技股份有限公司