一種樓宇空調(diào)設(shè)備負荷監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種樓宇空調(diào)設(shè)備負荷監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控方法可以實時采集樓宇中各空調(diào)設(shè)備的用電信息，實時采集各空調(diào)設(shè)備所在的環(huán)境溫度，并根據(jù)采集的歷史用電和環(huán)境溫度信息對樓宇的空調(diào)設(shè)備用電負荷進行預測得到樓宇空調(diào)設(shè)備用電曲線，監(jiān)控系統(tǒng)還可實時獲取配電網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度信息，并結(jié)合樓宇空調(diào)設(shè)備用電曲線和配電網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度信息，確定樓宇空調(diào)設(shè)備的供電策略，以最大程度的滿足樓宇空調(diào)設(shè)備用電需求和配電網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度要求，極大程度的提高了用電效率、樓宇用戶用電體驗和樓宇配電網(wǎng)的可靠性。
【專利說明】一種樓宇空調(diào)設(shè)備負荷監(jiān)控系統(tǒng) 所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉一種樓宇空調(diào)設(shè)備負荷監(jiān)控系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 對電力用戶負荷進行合理控制，不僅可以有效地改善負荷曲線的形狀，而且還可 以提高設(shè)備的利用率。隨著智能電網(wǎng)和電力需求側(cè)管理理念的深入，電網(wǎng)的運行模式正朝 著雙向互動、多元服務(wù)、智能響應、節(jié)能高效的新方向發(fā)展。用戶對用電服務(wù)的要求越來越 高，以往電網(wǎng)主導、用戶被動接受的用電服務(wù)模式已經(jīng)不能滿足用戶個性化、差異化的服務(wù) 需求。
[0003] 樓宇智能配電系統(tǒng)是一種針對目前城市中應用越來越廣泛的智能化住宅開發(fā)的 小區(qū)配電終端系統(tǒng)，可與配電網(wǎng)自動化主站、電網(wǎng)自動化子站系統(tǒng)配合，實現(xiàn)多個住宅、多 個用電設(shè)備、多條用電線路的數(shù)據(jù)采集、負荷檢測、故障檢測、自動切換供電等功能，從而實 現(xiàn)節(jié)能、提高配電效率和可靠性。
[0004] 在樓宇智能配電系統(tǒng)中，用電負荷的預測和監(jiān)控一直是提高配電效率、節(jié)約能源 的關(guān)鍵因素，也是樓宇智能配電系統(tǒng)中的難點技術(shù)之一。在樓宇中，能量的消耗相當大一部 分來自建筑中空調(diào)系統(tǒng)。同時，大的樓宇中，一般也需要涉及到復雜的空調(diào)系統(tǒng)。因此，對 于建筑中的空調(diào)系統(tǒng)，進行電能管理，使其獲得較為平穩(wěn)的用電曲線，能夠使用戶獲得較大 的效益。此外，樓宇中的人們對空調(diào)性能的要求越來越高，主要體現(xiàn)對空調(diào)的智能控制，節(jié) 能，環(huán)境性能（如低噪音）等方面。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種樓宇空調(diào)設(shè)備負荷監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控方法可以 實時采集樓宇中各空調(diào)設(shè)備的用電信息，實時采集各空調(diào)設(shè)備所在的環(huán)境溫度，并根據(jù)采 集的歷史用電和環(huán)境溫度信息對樓宇的空調(diào)設(shè)備用電負荷進行預測得到樓宇空調(diào)設(shè)備用 電曲線，監(jiān)控系統(tǒng)還可實時獲取配電網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度信息，并結(jié)合樓宇空調(diào)設(shè)備用電曲線和配 電網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度信息，確定樓宇空調(diào)設(shè)備的供電策略，以最大程度的滿足樓宇空調(diào)設(shè)備用電 需求和配電網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度要求，極大程度的提高了用電效率、樓宇用戶用電體驗和樓宇配電 網(wǎng)的可靠性。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種樓宇空調(diào)設(shè)備負荷監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：
[0007] 空調(diào)設(shè)備用電信息采集模塊，用于實時采集樓宇內(nèi)各空調(diào)設(shè)備的用電信息；
[0008] 室內(nèi)溫度采集模塊，用于采集空調(diào)所在室內(nèi)的環(huán)境溫度；
[0009] 戶外環(huán)境采集模塊，用于采集樓宇外的溫度、濕度、風力、陽光強度等戶外環(huán)境信 息；
[0010] 信息存儲模塊，用于儲存上述信息采集模塊采集的用電信息、室內(nèi)溫度采集模塊 采集的室內(nèi)環(huán)境溫度信息和戶外環(huán)境采集模塊采集的戶外環(huán)境信息；
[0011] 配電網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)模塊，用于實時獲取配電網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度信息，并向配電網(wǎng)絡(luò)上傳樓宇 空調(diào)設(shè)備用電的相關(guān)信息；
[0012] 空調(diào)設(shè)備負荷預測和監(jiān)控模塊，包括：
[0013] 空調(diào)設(shè)備負荷預測單元，用于對樓宇的空調(diào)設(shè)備負荷進行預測，得到空調(diào)設(shè)備的 負荷曲線；
[0014] 供電策略制定單元，根據(jù)負荷曲線及配電網(wǎng)的調(diào)度信息，確定對各空調(diào)設(shè)備的供 電策略；以及
[0015] 顯示單元，用于顯示供電策略、調(diào)度信息和空調(diào)設(shè)備運行情況；
[0016] 供電執(zhí)行模塊，用于根據(jù)上述供電策略，實現(xiàn)對各個空調(diào)設(shè)備的執(zhí)行特定的供電 指令；
[0017] 總線通信模塊，用于上述各個模塊之間的通信。
[0018] 進一步的，所述空調(diào)設(shè)備負荷預測單元，包含樓宇溫度預測子單元，該溫度預測子 單元基于室內(nèi)溫度采集模塊采集的室內(nèi)環(huán)境溫度信息和戶外環(huán)境信息，對樓宇各空間的溫 度進行預測。
[0019] 進一步的，所述樓宇溫度預測該溫度預測子單元，在對樓宇中各空間溫度進行預 測時，首先根據(jù)樓宇自身特性建立樓宇熱量模型，然后根據(jù)該熱量模型建立狀態(tài)空間下的 熱力學模型，該熱力學模型以當前各室內(nèi)溫度信息、戶外溫度、濕度、風力、陽光強度等戶外 環(huán)境信息為輸入量，計算各室內(nèi)未來一段的時間的溫度變化曲線。
[0020] 進一步的，所述空調(diào)設(shè)備負荷預測單元根據(jù)所述室內(nèi)未來一段的時間的溫度變化 曲線，以及樓宇各室內(nèi)歷史溫度信息，來預測未來一段時間內(nèi)的各空調(diào)設(shè)備的用電情況，綜 合所有空調(diào)設(shè)備的未來用電情況，得到樓宇內(nèi)空調(diào)設(shè)備的負荷曲線。
[0021] 進一步的，供電策略制定單元根據(jù)負荷曲線、配電網(wǎng)調(diào)度信息以及各空調(diào)設(shè)備的 實時用電信息，確定當前的供電策略：將預測值與閾值進行比較，并根據(jù)預測值與閾值的差 值發(fā)出調(diào)節(jié)用電負荷指令，若預測值大于或等于閾值，則發(fā)出用電負荷指令調(diào)節(jié)這些空調(diào) 設(shè)備的技術(shù)性能參數(shù)；若預測值小于閾值，則按照用戶需求對這些空調(diào)設(shè)備供電。
[0022] 進一步的，所述空調(diào)設(shè)備用電信息采集模塊，同時采集多個空調(diào)設(shè)備的數(shù)據(jù)，包括 電壓、電流、有功功率、無功功率和電能。
[0023] 進一步的，所述閾值由配電網(wǎng)調(diào)度信息、樓宇配電線路參數(shù)、空調(diào)設(shè)備參數(shù)共同確 定。
[0024] 本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：（1)準確預測空調(diào)設(shè)備用電負荷；（2)供電策略 兼顧空調(diào)設(shè)備需求、配電網(wǎng)絡(luò)調(diào)度需求，滿足用戶同時，兼顧了用電的可靠性，同時提高了 用電效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1示出了本發(fā)明使用的一種樓宇空調(diào)設(shè)備負荷監(jiān)控系統(tǒng)的框圖；
[0026] 圖2示出了圖1中系統(tǒng)的負荷預測和監(jiān)控模塊的具體組成圖。

【具體實施方式】
[0027] 圖1是示出了本發(fā)明的一種樓宇智能配電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：空調(diào)設(shè)備用電信息 采集模塊7、室內(nèi)溫度采集模塊9、戶外環(huán)境采集模塊10、信息存儲模塊8、配電網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)模 塊3、空調(diào)設(shè)備負荷預測和監(jiān)控模塊4、供電執(zhí)行模塊6、總線通信模塊2。
[0028] 空調(diào)設(shè)備用電信息采集模塊7,用于實時采集樓宇內(nèi)各空調(diào)設(shè)備1-n的用電信息。 所述空調(diào)設(shè)備用電信息采集模塊7包括電壓互感器、電流互感器、AD轉(zhuǎn)換電路、串口通信電 路和電源，電壓互感器和電流互感器的信號輸出端與AD轉(zhuǎn)換電路相連接，AD轉(zhuǎn)換電路與串 口通信電路相接，串口通信電路與上述總線通信模塊相接，從而實現(xiàn)空調(diào)設(shè)備信息采集模 塊的數(shù)據(jù)向其他模塊的傳輸。所述空調(diào)設(shè)備信息采集模塊同時采集多個空調(diào)設(shè)備的數(shù)據(jù)， 包括電壓、電流、有功功率、無功功率和電能。
[0029] 室內(nèi)溫度采集模塊9,用于采集空調(diào)設(shè)備1-n所在室內(nèi)的環(huán)境溫度，該室內(nèi)溫度采 集模塊9可以采用通用溫度傳感器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)。
[0030] 戶外環(huán)境采集模塊10,用于采集樓宇外的溫度、濕度、風力、陽光強度等戶外環(huán)境 信息，該戶外環(huán)境采集模塊可采用通用的溫度傳感器、濕度傳感器、風力儀、光傳感器及模 數(shù)轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)。
[0031] 信息存儲模塊8,用于儲存空調(diào)設(shè)備用電信息采集模塊7采集的用電信息、室內(nèi)溫 度采集模塊9采集的室內(nèi)溫度信息以及戶外環(huán)境采集模塊采集的樓宇外的溫度、濕度、風 力、陽光強度等戶外環(huán)境信息。信息存儲模塊8接收上述信息并將其解碼后存儲至數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)內(nèi)，空調(diào)設(shè)備負荷預測和監(jiān)控模塊4通過總線2調(diào)取數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)的空調(diào)設(shè)備用電信 肩、。
[0032] 配電網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)模塊3,用于實時獲取上級配電網(wǎng)絡(luò)1的調(diào)度信息，并向上級配電網(wǎng) 絡(luò)1上傳樓宇智能配電系統(tǒng)的相關(guān)信息。
[0033] 供電執(zhí)行模塊6,用于根據(jù)上述供電策略，實現(xiàn)對各個空調(diào)設(shè)備的執(zhí)行特定的供電 指令。所述供電執(zhí)行模塊6包括為每一個空調(diào)設(shè)備1-n安裝的供電執(zhí)行單元，該供電執(zhí)行 單元包括：
[0034] 電源輸入接口，連接電力傳輸線；
[0035] 電源輸出接口，連接用用電負載；
[0036] 手動控制開關(guān)FS和總線控制開關(guān)NS，連接在負載回路中，控制負載通斷。
[0037] 總線通信模塊2,用于上述各個模塊之間的通信，所述總線通信模塊2通過冗余雙 CAN總線與其他模塊相連。
[0038] 空調(diào)設(shè)備負荷預測和監(jiān)控模塊4,包括：
[0039] 空調(diào)設(shè)備負荷預測單元41，用于對樓宇的空調(diào)設(shè)備負荷進行預測，得到空調(diào)設(shè)備 的負荷曲線；
[0040] 供電策略制定單元42,根據(jù)負荷曲線及配電網(wǎng)的調(diào)度信息，確定對各空調(diào)設(shè)備的 供電策略；以及
[0041] 顯示單元43,用于顯示供電策略、調(diào)度信息和空調(diào)設(shè)備運行情況。
[0042] 所述空調(diào)設(shè)備負荷預測單元41，包含樓宇溫度預測子單元，該溫度預測子單元基 于室內(nèi)溫度采集模塊采集的室內(nèi)環(huán)境溫度信息和戶外環(huán)境信息，對樓宇各空間的溫度進行 預測。
[0043] 具體的，所述樓宇溫度預測該溫度預測子單元，在對樓宇中各空間溫度進行預測 時，首先根據(jù)樓宇自身特性建立樓宇熱量模型，然后根據(jù)該熱量模型建立狀態(tài)空間下的熱 力學模型，該熱力學模型以當前各室內(nèi)溫度信息、戶外溫度、濕度、風力、陽光強度等戶外環(huán) 境信息為輸入量，計算各室內(nèi)未來一段的時間的溫度變化曲線。
[0044] 在建筑物中，加熱和制冷系統(tǒng)用于控制建筑物不同區(qū)域間（例如，不同房間）或建 筑物不同區(qū)域同外界環(huán)境的能量傳遞。每個區(qū)域內(nèi)的熱動力學，都被以下三個因素影響：室 外環(huán)境（例如，太陽輻射到建筑物外表面或是同外界環(huán)境的熱交換），室內(nèi)環(huán)境（例如，加熱 器或其它設(shè)備產(chǎn)生的熱量，人的活動等），區(qū)域間能量（例如，熱量從一個房間通過墻傳到 另一個房間）。
[0045] 所述空調(diào)設(shè)備負荷預測單元41根據(jù)所述室內(nèi)未來一段的時間的溫度變化曲線， 以及樓宇各室內(nèi)歷史溫度信息，來預測未來一段時間內(nèi)的各空調(diào)設(shè)備的用電情況，綜合所 有空調(diào)設(shè)備的未來用電情況，得到樓宇內(nèi)空調(diào)設(shè)備1-n的負荷曲線。
[0046] 在上述步驟S3中，所述樓宇溫度預測該溫度預測子單元，在對樓宇中各空間溫度 進行預測時，首先根據(jù)樓宇自身特性建立樓宇熱量模型，然后根據(jù)該熱量模型建立狀態(tài)空 間下的熱力學模型，該熱力學模型以當前各室內(nèi)溫度信息、戶外溫度、濕度、風力、陽光強度 等戶外環(huán)境信息為輸入量，計算各室內(nèi)未來一段的時間的溫度變化曲線。
[0047] 作為一種實施方式，可以采用如下方法獲得溫度變化曲線。
[0048] 步驟1 :建立建筑物中熱量模型；
[0049] 步驟2 :建立狀態(tài)空間下的熱力學模型；
[0050] 步驟3 :進行可調(diào)度性測試，判定在給定電力負荷預算下，該建筑物的溫度是否具 有可調(diào)度性；
[0051] 步驟4 :運行基于模型預測控制MPC的熱量控制策略，對式（1)進行最小化求解， 解出相應的控制輸出變量（溫度變化情況）；
[0052] 其中，所述步驟4具體如下：
[0053] 對于式（2)表示的目標函數(shù)，在滿足式（1)中的約束下，采用求解標準的整數(shù)最小 二乘優(yōu)化問題的方式進行求解：
[0054]

【權(quán)利要求】
1. 一種樓宇空調(diào)設(shè)備負荷監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括： 空調(diào)設(shè)備用電信息采集模塊，用于實時采集樓宇內(nèi)各空調(diào)設(shè)備的用電信息； 室內(nèi)溫度采集模塊，用于采集空調(diào)所在室內(nèi)的環(huán)境溫度； 戶外環(huán)境采集模塊，用于采集樓宇外的溫度、濕度、風力、陽光強度等戶外環(huán)境信息； 信息存儲模塊，用于儲存上述信息采集模塊采集的用電信息、室內(nèi)溫度采集模塊采集 的室內(nèi)環(huán)境溫度信息和戶外環(huán)境采集模塊采集的戶外環(huán)境信息； 配電網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)模塊，用于實時獲取配電網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度信息，并向配電網(wǎng)絡(luò)上傳樓宇空調(diào) 設(shè)備用電的相關(guān)信息； 空調(diào)設(shè)備負荷預測和監(jiān)控模塊，包括： 空調(diào)設(shè)備負荷預測單元，用于對樓宇的空調(diào)設(shè)備負荷進行預測，得到空調(diào)設(shè)備的負荷 曲線； 供電策略制定單元，根據(jù)負荷曲線及配電網(wǎng)的調(diào)度信息，確定對各空調(diào)設(shè)備的供電策 略；以及 顯示單元，用于顯示供電策略、調(diào)度信息和空調(diào)設(shè)備運行情況； 供電執(zhí)行模塊，用于根據(jù)上述供電策略，實現(xiàn)對各個空調(diào)設(shè)備的執(zhí)行特定的供電指 令； 總線通信模塊，用于上述各個模塊之間的通信。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述空調(diào)設(shè)備負荷預測單元，包含樓宇溫度 預測子單元，該溫度預測子單元基于室內(nèi)溫度采集模塊采集的室內(nèi)環(huán)境溫度信息和戶外環(huán) 境信息，對樓宇各空間的溫度進行預測。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述樓宇溫度預測該溫度預測子單元，在 對樓宇中各空間溫度進行預測時，首先根據(jù)樓宇自身特性建立樓宇熱量模型，然后根據(jù)該 熱量模型建立狀態(tài)空間下的熱力學模型，該熱力學模型以當前各室內(nèi)溫度信息、戶外溫度、 濕度、風力、陽光強度等戶外環(huán)境信息為輸入量，計算各室內(nèi)未來一段的時間的溫度變化曲 線。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述空調(diào)設(shè)備負荷預測單元根據(jù)所述室內(nèi) 未來一段的時間的溫度變化曲線，以及樓宇各室內(nèi)歷史溫度信息，來預測未來一段時間內(nèi) 的各空調(diào)設(shè)備的用電情況，綜合所有空調(diào)設(shè)備的未來用電情況，得到樓宇內(nèi)空調(diào)設(shè)備的負 荷曲線。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，供電策略制定單元根據(jù)負荷曲線、配電網(wǎng)調(diào) 度信息以及各空調(diào)設(shè)備的實時用電信息，確定當前的供電策略：將預測值與閾值進行比較， 并根據(jù)預測值與閾值的差值發(fā)出調(diào)節(jié)用電負荷指令，若預測值大于或等于閾值，則發(fā)出用 電負荷指令調(diào)節(jié)這些空調(diào)設(shè)備的技術(shù)性能參數(shù)；若預測值小于閾值，則按照用戶需求對這 些空調(diào)設(shè)備供電。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，述空調(diào)設(shè)備用電信息采集模塊，同時采集多 個空調(diào)設(shè)備的數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、有功功率、無功功率和電能。
7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述閾值由配電網(wǎng)調(diào)度信息、樓宇配電線路 參數(shù)、空調(diào)設(shè)備參數(shù)共同確定。
【文檔編號】H02J13/00GK104269940SQ201410593610
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】鄧亮戈, 周洪全, 鮮景潤, 李果 申請人:四川慧盈科技有限責任公司