一种智能楼宇柔性负荷节能控制架构设计方法与流程

本发明涉及智能配用电、需求响应领域，还涉及windows程序设计、数据库管理、现场总线以及网络技术等领域。

背景技术：

在国家节能减排、大力发展绿色经济的号召下，能源监测和控制领域特别是电力行业的节能控制迅速发展。电能作为现代社会不可缺少的能源形式，其节能控制技术的发展对全社会整体能源利用效率的提高具有重要意义。不仅如此，该行业的发展带动了其他行业或者技术的进一步发展，促进了不同应用背景下各技术的相互融合，为相关技术的发展打开新的突破口。

社会的不断进步使得人民的需求向着多元化方向发展。日常生活中消耗电能的设备越来越繁杂，因此为了充分利用耗能设备的节能潜力和简化设备的控制方法，需要一种电能的监测和管理平台将所有的设备或耗能较大的设备整合在一起集中进行管理。另外在大型写字楼、办公楼或者商业楼宇中，中央空调负荷耗能占据相当大的比重，在居民负荷中家用空调耗能也比较可观，因此，空调负荷的节能控制技术已势在必行。

目前网络技术特别是局域网技术的发展已经逐步完善，并且正在向着ipv6地址空间进一步升级。在用户终端负荷信息采集方面，国家电网公司在2009年7月提出建设智能电网的发展计划，作为智能电网终端的智能电表得到了飞速发展。智能电表一方面具有传统电表的电量计量功能，另一方面又添加了许多其他功能，比如双向多费率电量计量、远程抄表、用户端控制、双向数据通信、防窃电等功能。这些功能使其智能化，更能适应电网公司和用户的需求。在数据传输方面，现场总线技术发展完善，通过选用合适的通信协议使得信息能够顺利无误传输。

现有的各种技术或设备大多是独立发展和更新换代，彼此之间的耦合性和兼容性相对较差，导致实现的功能较为简单，无法满足当今社会发展的需求。因此，如何将各种不同的技术和智能设备有机的组合在一起实现较为复杂的功能，即综合利用各种现代技术手段以减少各电力负荷的耗电量成为现在的最大难题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的难题，一种智能楼宇柔性负荷节能控制架构设计方法，可以对楼宇中的各种能耗设备进行集中监测和控制，重点针对耗能比重较大的空调类负荷，优化其运行方式以达到节能的目的。

一种智能楼宇柔性负荷节能控制架构设计方法，包括以下步骤：

1、对通信网络进行拓扑设计，并确定通信网络采取的通信协议；

2、设计测量数据的查询和存储方式；

3、空调系统的通信接口与控制方法。

所述步骤1包括：

(1)确定通信网络采用现场总线类型，并确定其采用的通信协议；

(2)10台智能电表全部挂在同一组通信总线上，智能电表通信协议须与通信网络一致；

(3)一般情况下监控计算机采用的通信网络与现场总线不相同，因此需要网络转换设备以实现不同网络间的信息传递；

(4)两台监控计算机都有权限查询各种设备的用能信息，为避免两台监控计算机之间互相影响，两台监控计算机与以太网中央节点用星型拓扑方式。

所述步骤2包括：

(1)智能电表采集的数据通过现场总线传输到现场网络控制器中暂存，然后通过以太网交换机连接到服务器和两台监控计算机上；

(2)历史数据在数据服务器中永久存储。通过监控计算机上监控软件可以访问特定的历史数据。

所述步骤3具体为：

(1)空调设备通过智能插座获取电能，智能插座可以采集其上所接负荷设备的各种电量信息，并将信息上传至监控计算机；

(2)智能插座也须采用与现场总线一致的通信协议，将其通讯线连接到现场网络的任一节点即可实现监控计算机与智能插座的双向信息交互。

智能插座只支持部分空调设备类型，因此在实际操作时如果空调设备不能响应智能插座发出的控制信号，需要利用该类型空调设备的遥控器进行解码，然后编制对应的智能插座程序。

一种新型的负荷监测与控制设备的架构设计方法，能够保证数据传输的实时性、准确性与可靠性，并且具有拓扑灵活性和可扩展性：如果需要监控新的用电负荷，首先需要将其电源线连接到智能插座或者智能电表上，然后将智能插座或智能电表的通信线连接到现场总线通信网络的某一个节点，实现数据双向传输。该设计方法可适应多种现场环境，可通过多个监控计算机来查看当前各设备的工作情况：只需要将其网络接入其他监控计算机所接入的局域网中即可访问。该发明以空调负荷为例来说明智能插座的监测和控制作用，但是不仅限于是空调负荷，凡是符合智能插座接线标准的负荷设备都可以作为其监测和控制的对象。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明拓扑图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

一种智能楼宇柔性负荷节能控制架构设计方法，其整体结构如图1所示。最核心一层为能源监管平台，即用户与系统直接进行信息交互的媒介，用户可以通过该平台查询系统内各台设备的耗电情况。向外一层为信息传输网络，该网络将终端设备的用电信息上传至信息管理平台，以方便用户查询和存储。再向外一层即智能采集终端，包括智能电表和智能插座两部分，分别模拟实际生活中的大功率负荷和各种家庭负荷。最外层为耗电设备。本发明主要考虑内三层。

根据每层具体功能需求，该系统的具体实现如图2所示。按照功能分为三层，由下至上分别为设备层、通讯网络层、系统应用层。设备层为智能采集终端，包括智能电表和智能插座，分别用来监测相应回路上的负荷用电信息，本图中，智能电表用来采集多联机空调室外机的用电信息，分体空调用来采集分体空调的用电信息；通讯网络层包括现场总线通信网络和以太网通信网络以及连接这两个通讯网络的转换设备——网络控制器，通讯网络层为系统应用层和设备层提供通信的桥梁；系统应用层一方面为数据提供存储空间（数据服务器），另一方面为人机交互接口（监管平台），帮助用户查询历史数据，分析各设备的用电情况，为优化用户用电行为提供依据。

下面详细介绍其设计方法。

1、对通信网络进行拓扑设计，并确定通信网络采取的通信协议。

(1)首先需要将智能电表终端接入楼宇所需监测的用电设备的供电回路上，确定各台智能电表的接线回路后，将所有智能电表的通信线路组网，通过总线连接到现场网络控制器；

(2)现场网络控制器通过网线和以太网交换机连接，现场网络控制器为连接现场总线和以太网的中间节点，负责转换通信协议和数据格式；

(3)所有的监控计算机通过网线连接到该交换机，以查询各个监控设备的实时数据；

(4)为长时间保存智能电表采集数据，应该专门配置一台数据服务器。如将数据保存在监控计算机中，一方面监控计算机配置较高，花费较大；另一方面，数据只能由这一台监控机进行访问，其他监控计算机无法获取历史数据；

(5)数据服务器也应通过网线连接到交换机，以实现数据的双向传输，交换机为以太网的星型拓扑的中间节点。

2、空调系统的通信接口与控制方法。

(1)空调系统通过智能插座来获取电能，智能插座首先需要接电源线(单相)，通信线就近连接到现场总线的某个节点，以实现传输数据。智能插座相当于一个智能采集终端，与功能简化的智能电表相似；

(2)智能插座通过红外控制线改变空调的运行状态，需要经红外控制线一端连接到智能插座用于接收信号，另一端连接到空调的控制面板上，用于发射信号。