一种基于LonWorks的建筑智能微电网监控系统的制作方法

本发明涉及智能微电网监控技术领域，尤其涉及一种基于LonWorks的建筑智能微电网监控系统。

背景技术：

随着太阳能、风能等能源利用技术的发展，太阳能建筑成为绿色建筑的重要组成部分。太阳能建筑充分利用光伏发电和风力发电等可再生能源获取清洁电力，满足建筑用电要求，实现节能减排。

风力发电、太阳能发电均具有随机特性，负荷用电也具有随机特性，用电与发电之间不能实时平衡。为了充分利用随机波动的可再生能源电力，同时维持市电断电时建筑的正常供电，以可再生能源发电、储能单元、负荷以及电能变换装置及控制器等构建的微电网成为了一种可靠的新型建筑供配电系统。

现有建筑微电网的研究主要集中在源端，例如光伏并网技术、风电并网技术、蓄电池充放电技术，以及各种电源之间的协调控制等。对负荷端的研究较少，建筑负荷不仅具有冷热电的复合供能要求，而且具有明显的时空分布特性。因此建筑微电网的构建及运行需要综合考虑源端与负荷端的协同。

建筑智能化子系统很多，包括消防、安防、照明、供配电等。其中的安防、消防等建筑智能化子系统已经开始应用美国Echelon公司1991年推出的局部操作网(Local Operating Network，Lon)平台LonWorks，以解决对控制应用的需要。然而，在供配电领域，特别是在建筑微电网这种新型供配电系统中的并无相关的应用。而且，现有的建筑微电网智能化程度低，设备信息互联互通困难，因此无法统一监控与管理，且能源利用效率低。

技术实现要素：

本发明的目的之一至少在于，针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于LonWorks的建筑智能微电网监控系统，能够使设备信息的网络化互联互通，实现源端与负荷端设备的统一监控与管理，提高建筑微电网供配电系统的智能化程度和能源利用效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于LonWorks的建筑智能微电网监控系统，其包括：智能服务器、第一Lon节点、以及第二Lon节点；

其中，所述第一Lon节点的一端与源端设备的电源转换器连接以获取源端设备信息，另一端与电力线连接以将源端设备信息通过电力线发送给智能服务器；

所述第二Lon节点的一端与负荷端设备的控制器连接以获取负荷端设备信息，另一端与电力线连接以将负荷端设备信息通过电力线发送给智能服务器；

所述智能服务器的一端与电力线连接以接收源端和负荷端设备信息，另一端与云平台连接以发送源端和负荷端设备信息。

优选地，所述智能服务器进一步用于根据LonTalk传输协议通过第一Lon节点来控制源端设备，通过第二Lon节点来控制负载端设备，实现对微电网接入设备的智能调度控制。

优选地，所述第一Lon节点和第二Lon节点包括智能节点单元FT3150、AT89S52单片机、以及MAX485芯片。

优选地，所述MAX485芯片通过RS485通信接口连接到源端设备的电源转换器或者负荷端设备的控制器并分别获取源端或者负荷端设备信息。

优选地，所述MAX485芯片与AT89S52单片机之间通过UART进行通信，AT89S52单片机与智能节点单元FT3150之间通过SPI进行通信，智能节点单元FT3150 19与电力线7连接并根据LonTalk传输协议将获取的负荷端设备信息发送给智能服务器。

优选地，所述智能节点单元FT3150包括：用作主控制器的神经元处理器Neuron 3150、耦合电路、以及FT-X1收发器；其中，耦合电路一端与电力线耦合连接，另一端与FT-X1收发器连接。

优选地，所述FT-X1收发器包括接收与A/D转换单元、数字信号处理单元、D/A转换单元、发送与放大单元；其中，A/D转换单元用于对从电力线耦合来的信号进行滤波处理，将模拟信号转换为数字信号；D/A单元用于将数字信号处理单元处理后数字信号转换为模拟信号，将转换后的模拟信号进行功率放大并发送到耦合电路。

优选地，所述源端设备包括光伏阵列、风机、以及蓄电池组；所述电源转换器包括逆变器和双向变流器。

优选地，所述负载端设备包括照明设备、空调、热水器、以及喷泉。

优选地，所述智能服务器进一步用于当所述源端设备提供的电力小于建筑所需电力时，闭合断路器通过市电向建筑供电；当所源端设备提供的电力大于或者等于建筑所需电力时，断开断路器通过源端设备向建筑供电。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

1、通过在建筑微电网中融入LonWorks网络平台，实现了源端与负荷端设备的统一监控与管理，提高了建筑微电网供配电系统的智能化程度和能源利用效率高；

2、通过将传感器技术和LonWorks网络平台相融合，告别了传统仅利用传感器技术检测建筑设备信息的方法，实现了设备信息的网络化互联互通，避免产生信息孤岛；

3、通过Lon节点电路，建筑设备的本地控制器通过RS485总线与LonWorks总线通信，使得设备接入网络方便快捷，稳定可靠的实现了信息的双向传输；

4、LonWorks网络采用电力线作为通信介质，不需要额外布线，系统扩容方便快捷。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的基于LonWorks的建筑智能微电网监控系统的结构示意图；

图2是根据本发明一实施例的基于LonWorks的建筑智能微电网监控系统的应用示意图；

图3是根据本发明另一实施例的基于LonWorks的建筑智能微电网监控系统中Lon节点的结构示意图

图4是根据本发明一实施例的Lon节点中智能节点单元FT3150的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了根据本发明一实施例的基于LonWorks的建筑智能微电网监控系统的结构，其包括智能服务器9、第一Lon节点1A、以及第二Lon节点1B。

其中，第一Lon节点1A的一端与源端设备5的电源转换器4连接以获取源端设备信息，另一端与电力线7连接以将源端设备信息通过电力线7发送给智能服务9；第二Lon节点1B的一端与负荷端设备3的控制器10连接以获取负荷端设备信息，另一端与电力线7连接以将负荷端设备信息通过电力线7发送给智能服务9；智能服务器9的一端与电力线7连接以接收源端和负荷端设备信息，另一端与云平台2连接以发送源端和负荷端设备信息。智能服务器9可以基于所获取的源端和负荷端设备信息根据LonTalk传输协议通过第一Lon节点1A来控制源端设备5，通过第二Lon节点1B来控制负载端设备3，实现对微电网接入设备的智能调度控制。

图2为根据本发明另一实施例的基于LonWorks的建筑智能微电网监控系统的应用示意图。图2所示的微电网可独立运行或者与市电联网运行，其中光伏阵列5和风机11发电可以作为可再生能源的源端，并通过逆变器4连接到建筑微电网中的电力线7，从而为整个建筑物供电。当发电量饱和时，剩余的电能经由电力线7通过双向变流器12存储到蓄电池6中。当太阳能发电量或者风能发电量不能满足建筑的需求时，蓄电池6通过双向变流器12向建筑物供电。当蓄电池6中的电能低于预设的阈值(例如，低于20％、或者耗尽时)，通过断路器8将外电网(例如，市电电网)与建筑微电网中的电力线7连通，向建筑物提供市电。

其中，一部分Lon节点1与电源转换器连接(例如，逆变器4、双向变流器12等)，用于采集光伏阵列5、风机11、蓄电池6等源端设备的交/直流电压、电流等源端设备信息，进而以电力线7为传输介质根据LonTalk传输协议将获取的源端设备信息传输到SmartSever智能服务器9中。一部分Lon节点1与建筑物的负荷端设备3(例如，照明设备、空调、热水器、喷泉等)各自的控制器10(例如，对应的控制器1～4)连接，采集各负荷端设备3的交/直流电压、电流等负荷端设备信息，也以电力线7为传输介质根据LonTalk传输协议将获取的负荷端设备信息传输到SmartSever智能服务器9中。SmartSever智能服务器9通过网络与云平台2连接，并根据TCP/IP协议将接收的源端和负荷端设备信息通过网络(例如，局域网、城域网、广域网、以及互联网等)发送到云平台2中，从而实现源端与负荷端设备的统一监控与管理，提高建筑微电网供配电系统的智能化程度和能源利用效率。

图3示出了根据本发明一实施例的基于LonWorks的建筑智能微电网监控系统中Lon节点的结构。如图所示，Lon节点包括智能节点单元FT3150 19、AT89S52单片机20、以及MAX485芯片21。其中，在AT89S52单片机20的控制下，MAX485芯片21通过RS485通信接口连接到源端设备的电源转换器或者负荷端设备的控制器并分别获取源端或者负荷端设备信息；随后，MAX485芯片21与AT89S52单片机20之间通过UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)进行通信，AT89S52单片机20与智能节点单元FT3150 19之间通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)进行通信，智能节点单元FT3150 19与电力线7连接，并根据LonTalk传输协议将获取的源端和负荷端设备信息传输到SmartSever智能服务器9中。

图4示出了根据本发明一实施例的Lon节点中智能节点单元FT3150的结构。如图所示，智能节点单元FT315019采用神经元处理器Neuron 315017作为主控制器，时钟复位电路18用于提供精准的时钟信号和复位单元。FLASH 15可以作为外部存储器用于储存所获取的设备信息。耦合电路14一端与电力线7耦合连接，另一端与FT-X1收发器13连接。电磁干扰隔离单元16利用二极管的单向导通和电容的滤波作用，把电磁干扰降到极小。

在优选的实施例中，FT-X1收发器13可以包括接收与A/D转换单元、数字信号处理单元、D/A转换单元、发送与放大单元等电路；其中，A/D转换单元可对从电力线7耦合来的信号进行滤波等处理，将模拟信号转换为数字信号，D/A单元用于将数字信号处理单元处理后的要发送的数字信号转换为模拟信号，将转换后的信号进行功率放大并发送到耦合电路14。

以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。