一种适合双向互动的节能楼宇集中器控制方法与流程

1.本发明属于电力系统用户用电设备控制领域，涉及节能楼宇集中器控制方法，适用于电力系统自动监测和控制用户用电设备的用电情况。


背景技术：

2.我国用电峰谷差较大，真正的电网尖峰负荷持续时间不长。在用电高峰，电网负荷大，但持续时间不长，这导致利用传统方法满足高峰用电所需付出的代价较大；在用电低谷，电网负荷低于正常值，又导致电能的浪费。
3.目前市面上较为成熟的智能家居系统价无法参与到电网的管理中，无法实现各种电源、客户终端与电网的无缝互联；不易错开高峰用电时段，导致加重电网负荷，增加电能损耗，也无法消除对电网危害较大的谐波。
4.本发明提出的一种适合双向互动的节能楼宇集中器控制方法。该方法为用户提供个性化的用电节能方案，避免用户用电设备工作在用电高峰期和用电低谷期，减少电能的浪费，提高用电能效水平。该节能楼宇集中器还可以监测和管理空气中存在的谐波，并及时地消除谐波危害，从而提高电能质量，保护用户用电设备不受谐波损害。


技术实现要素：

5.本发明提出一种适合双向互动的节能楼宇集中器控制方法。该节能楼宇集中器包含：装置入口端子和出口端子，入口空气开关、出口空气开关和旁路空气开关，供电单元，电气测量单元，继电器单元，时钟及存储电路，通讯单元，dsp数据处理中心，arm平板一体机；该节能楼宇集中器实时监测用户用电设备在不同时间段的用电数据，并对采集到的用户用电设备的用电数据进行优化分析，进而控制用户用电设备的实际启动时间，实现用户侧综合能源的自动管理；所提方法在使用过程中的步骤为：
6.步骤(1)：该节能楼宇集中器通过装置入口端子和出口端子方便的将本装置串联进原电路中，无需考虑装置内部接线；
7.步骤(2)：该节能楼宇集中器中的入口空气开关和出口空气开关作为保护装置内部电路和用户线路使用，旁路空气开关在装置内部故障时，给装置旁路临时提供一条供电线路，从而不影响用户的供电；
8.步骤(3)：供电单元中采用电磁兼容电源模块将220v交流电压变换为5v直流电压，为该节能楼宇集中器提供稳定的直流电压，为该节能楼宇集中器的正常运行提供保障；
9.步骤(4)：该节能楼宇集中器通过电气测量单元对用户总线上的电气信息进行测量，测量得到的用电数据经dsp数据处理中心进行分析处理后，得到电压、电流、频率、视在功率、有功功率、无功功率、功率因数、用电量、0～31电压谐波以及0～31次电流谐波的用电数据；
10.步骤(5)：继电器单元包括大功率继电器和驱动电路；大功率继电器采用jqx
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38f
‑
3z大功率继电器，继电器单元的额定工作电压为220v，最大切换电流为60a；驱动电路由
ib0512s模块和9013晶体管组成，9013晶体管的基极接到dsp数据处理中心的一个io引脚，由这个io引脚控制9013晶体管的通断，作为继电器单元控制脚电源的开关，而ib0512s模块则能提供继电器单元动作所需的12v线圈电压；
11.步骤(6)：时钟及存储电路包括带电可擦可编程只读存储器芯片和时钟芯片；带电可擦可编程只读存储器芯片采用at24c64，主要用于储存设备的预设参数如编号、自身特性、地址，以及各项修正参数；时钟芯片采用ds1302z，是一款高性能、低功耗、带随机存取存储器的实时时钟电路，内置一个31
×
8位的用于临时存放数据的随机存取寄存器，能对年、月、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，用作dsp数据处理中心的定时器和以及提供实时时间，储存数据的部分参数；
12.步骤(7)：通讯单元包括rs232接口、wifi模块以及以太网模块；通讯单元将用电数据发送到arm平板一体机以及云端服务器；
13.步骤(8)：arm平板一体机内部搭载安卓系统，安装专为节能楼宇集中器研发的智能入户终端集中器本地系统软件，用于显示测得的用电数据；
14.步骤(9)：该智能入户终端集中器本地系统软件利用pareto多目标能量管理优化，对需求侧本地能源进行管理优化，并将优化结果返回到dsp数据处理中心；pareto多目标能量管理优化用函数描述为
15.min f(x)＝f
i
(x) i＝1,2,...,m
obj
[0016][0017]
式中，f
i
(x)为第i个目标函数；x为决策变量；m
obj
、m
ineq
、m
eq
和m
var
分别表示目标函数、不等式约束、等式约束和决策变量的个数；g
i
(x)和h
i
(x)分别为不等式约束和等式约束；u
i
和l
i
分别为决策变量的上下边界；满足约束条件为
[0018][0019]
的向量称作可行解，即解向量；其中，f
i
(x
a
)和f
i
(x
b
)分别为解向量x
a
和x
b
的目标函数值；假设x
a
和x
b
所示为多目标优化问题的两个解向量，则称与x
b
相比，x
a
是支配x
b
的解向量；对于每个解向量，若不存在一个比该解的各个目标函数值都优的更优解，则称之为非劣解，即pareto最优解；整个可行空间内的pareto最优解即为pareto最优解集；
[0020]
步骤(10)：dsp数据处理中心上的用电数据经wifi模块将指令下达至用户用电设备；该节能楼宇集中器在无需用户干预的情况下自动地对用户用电设备进行管理，实现用户侧综合能源的自动管理。
[0021]
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0022]
(1)本发明研发的节能楼宇集中器能实现需求侧和电网之间的直接互动，即用户可通过该节能楼宇集中器，实时监测并管理各用电器的用电情况，实现用户与电网之间的双向互动。
[0023]
(2)本发明利用节能楼宇集中器中的电气测量单元能对空气中存在的谐波进行测量和评估，并通过dsp数据处理中心及时地消除谐波危害，既保护用户用电设备的正常工
作，延长用户用电设备的使用寿命，又能够减少电能损耗，提高电能质量。达到了节能减排、保护环境的目的。
[0024]
(3)本发明采用了一种pareto多目标能量管理优化，该pareto多目标能量管理优化能同时对多个用户用电设备在不同时段的用电情况进行对比和分析，从而为用户提供一套最为优化的用电方案。
附图说明
[0025]
图1是本发明方法中节能楼宇集中器的内部结构图。
[0026]
图2是本发明方法的pareto多目标能量管理优化流程图。
具体实施方式
[0027]
本发明提出的一种适合双向互动的节能楼宇集中器控制方法，结合附图详细说明如下：
[0028]
图1是本发明方法中节能楼宇集中器的内部结构图。包括了装置入口端子、出口端子、入口空气开关、出口空气开关、旁路空气开关、主电路板以及arm平板一体机。更进一步的，主电路板中包括了供电单元、电气测量单元、继电器单元、时钟及存储单元、通讯单元和dsp数据处理中心。该节能楼宇集中器通过装置入口端子和出口端子可以方便的将本装置串联进原电路中，而无需考虑装置内部接线；入口空气开关和出口空气开关作为保护装置内部电路和用户线路使用，旁路空气开关可以在装置内部故障时，给装置旁路临时提供一条供电线路，从而不影响用户的供电；主电路板集电气数据测量、数据分析、控制、通讯多种功能于一体，通过电气测量单元对用户总线上的电气信息进行测量，测量得到的用电数据经dsp数据处理中心进行分析处理后，可以得到电压、电流、频率、视在功率、有功功率、无功功率、功率因数、用电量、0～31电压谐波、0～31次电流谐波等数据，经过通讯单元可以将数据发送到arm平板一体机以及云端服务器；arm平板一体机内部搭载安卓系统，安装专为本装置研发的智能入户终端集中器本地系统软件。该智能入户终端集中器本地系统软件利用pareto多目标能量管理优化进行需求侧本地能源管理优化，再将优化结果返回到dsp数据处理中心，经通讯单元中的wifi模块将指令下达至用户用电设备。该节能楼宇集中器在无需用户干预的情况下自动地对用户设备进行管理，实现用户侧综合能源的自动管理。
[0029]
图2是本发明方法的pareto多目标能量管理优化流程图。pareto多目标能量管理优化对多目标函数的解同时进行对比分析和优化处理。首先，智能入户终端集中器本地系统软件统计用户用电设备的种类和个数，并记录各用户用电设备在一天当中不同时刻的用电数据及用电情况，得出用户用电设备运行的高峰期和低谷期的时段。然后及时地对任一时刻的用电数据进行对比和分析，判断该时刻是否为用户用电设备工作的最佳时间。若存在某个时刻比前一时刻解的各个目标函数值更优的解，则选择该时刻为此用户用电设备的最佳使用时段，若该时刻不是用户用电设备的最佳用电时段，则应剔除该用电方案，再根据pareto多目标能量管理优化方法，选择其他时刻的用电数据再次进行比较和分析，优选出用户用电设备的最佳用电时段，同时，为用户提供一套最优化最节能的用电方案。