CN113793044A - 一种智慧园区的能耗管理*** - Google Patents

一种智慧园区的能耗管理*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智慧园区的能耗管理***，属于能耗管理技术领域。它包括应用层、数据处理层、传输层及感知层，应用层、传输层及感知层均与数据处理层相连；应用层设置有能耗监控模块与能耗优化调度模块，能耗监控模块与能耗优化调度模块相连，能耗优化调度模块与中央服务器相连；数据处理层包括实时数据处理单元、关系数据库及共享信息服务模块，实时数据处理单元与关系数据库相连，共享信息服务模块与关系数据库相连，关系数据库与中央服务器相连；传输层包括数据采集平台与无线传输模块，数据采集平台通过无线传输模块与中央服务器相连。它能够提高能耗管理中通信网络动态路由转发和控制能力。

Description

一种智慧园区的能耗管理***
技术领域
本发明属于能耗管理技术领域，具体地说，涉及一种智慧园区的能耗管理***。
背景技术
研究表明，我国能源利用效率为33％，相比发达国家低10个百分点。能源问题给社会发展和环境资源带来了巨大压力，节能减排形式严峻。传统的粗放式能源管理方式和举措难以满足管理需求。随着物联网、大数据技术的发展，尤其是低功耗广域网(Low-PowerWide-Area Network，LPWAN)技术的兴起，借助新兴技术，搭建园区能源管理***已成为推进节能降耗和实现用能精细化管理的必然趋势。园区能耗管理***综合运用现代通信技术、能源物联网技术以及需求侧管理措施等，对园区内各单位的耗能进行实时监测、动态分析和集中管理，提升园区能源管理水平，降低能源成本。
例如，现有技术CN105629864B公开了一种能耗监控应用***及能耗监控的方法，其中的能耗监控的方法主要步骤包括：接收所述转换后的能源数据，根据所述转换后的能源数据确定所述机台设备的当前能源消耗值；将所述当前能源消耗值与所述机台设备当前的加工状态信息对应的标准能源消耗值做比较，若所述当前能源消耗值超过所述标准能源消耗值，向所述监测控制单元发送所述控制指令，所述控制指令用于控制所述机台设备的能源供给量，使得第一能源的当前能源消耗值小于或等于所述标准能源消耗值，所述第一能源为所述当前能源消耗值超过所述标准能源消耗值的能源”。这种方式存在以下问题：面对工业园区众多企业，很难实现有效监管，尤其是实时的数据传输、数据低丢包率及数据抗干扰性。
发明内容
1、要解决的问题
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种智慧园区的能耗管理***，建立应用层、数据处理层、传输层及感知层，四种层级之间相互协同增效，传输层的算法优化，能够提高通信网络动态路由转发和控制能力，在连通域内进行通信网络路由动态数据的分组转发，并结合补偿机制，根据当前数据分组携带节点的位置特性，建立通信网络的端到端路径转发协议，提高了能耗管理***中网络的传递率和抗干扰性。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种智慧园区的能耗管理***，包括应用层、数据处理层、传输层及感知层，所述应用层、所述传输层及所述感知层均与所述数据处理层相连；
所述应用层设置有能耗监控模块与能耗优化调度模块，所述能耗监控模块与所述能耗优化调度模块相连，所述能耗优化调度模块与中央服务器相连；
所述数据处理层包括实时数据处理单元、关系数据库及共享信息服务模块，所述实时数据处理单元与所述关系数据库相连，所述共享信息服务模块与所述关系数据库相连，所述关系数据库与所述中央服务器相连；
所述传输层包括数据采集平台与无线传输模块，所述数据采集平台通过所述无线传输模块与所述中央服务器相连；
所述感知层包括远程计量表与能耗计量传感器，所述远程计量表、所述能耗计量传感器均通过所述无线传输模块与所述中央服务器相连。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述能耗监控模块设置有监控单元、报警单元及分析单元，所述监控单元、所述报警单元均与所述分析单元相连，所述分析单元通过所述无线传输模块与所述中央服务器相连。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述能耗优化调度模块设置有管网调度模块与产耗计算模块，所述管网调度模块内设置有存储器，所述存储器中存储有启动固件，所述启动固件内设置有操作***OS和智能管理单元IMU固件，所述操作***OS与所述智能管理单元IMU固件相连，所述智能管理单元IMU固件与所述产耗计算模块相连。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述产耗计算模块的处理步骤如下：
所述操作***OS将所要处理的产耗数据分为用水数据和用电数据两类，其中用水数据通过计算每块水表测量园区内对象的用水量，其中用电数据包括园区内对象的用电量和园区公共设备的用电量，并将用水数据和用电数据发送给智能管理单元IMU固件，随后在智能管理单元IMU固件内进行产耗数据模型的构建，接着把相应的产耗数据模型发送给所述中央服务器。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述关系数据库的处理步骤如下：
获取用于表征关系数据库中数据库表结构的结构信息，其中结构信息包括企业用户名、企业水表注册号及企业电表注册号；
根据所述结构信息建立与所述数据库表结构一一映射的类结构；
根据所述关系数据库的版本注册所述类结构；
获取用于表征处理关系数据库数据的操作指示；
通过所述类结构调用所述关系数据库中用于表征所述操作指示的处理方式处理所述关系数据库中的数据。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述无线传输模块的数量为三个；
所述无线传输模块之间设置有中央交换器，所述中央交换器与所述中央服务器相连。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述中央路由器的路由协议利用BP神经网络进行通信网络动态节点优化。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述通信网络动态节点优化的方法如下：
(1)设置三个区域网络节点的顶点；
(2)设置步骤(1)中三个区域网络节点的顶点的参数估计模型：
Figure BDA0003269151330000031
式(I)中，
Figure BDA0003269151330000032
为参数估计模型的部署参数值，p0、sj及s′分别为三个区域网络节点的顶点；
(3)利用步骤(2)中设置的参数估计模型得到的参数估计模型的部署参数值，进行动态节点优化控制参数的获取，并反馈给所述中央路由器；其中获取算法如下：
Figure BDA0003269151330000033
式(II)中，w为中央路由器内置的有效用度函数，k为中央路由器的丢包率，
Figure BDA0003269151330000034
为参数估计模型的部署参数值，sign为符号函数。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述中央路由器利用LoRa通讯技术进行数据链接至所述中央服务器。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述LoRa通讯技术采用Modbus RTU协议进行点对点传输数据。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明建立了应用层、数据处理层、传输层及感知层，四种层级之间相互协同增效，解决了现有的智慧园区的能耗管理***存在网络延迟高、管理效率低等问题。与传统技术相比，传输层的算法优化，能够提高通信网络动态路由转发和控制能力，在连通域内进行通信网络路由动态数据的分组转发，并结合补偿机制，根据当前数据分组携带节点的位置特性，建立通信网络的端到端路径转发协议，提高了能耗管理***中网络的传递率和抗干扰性。
附图说明
图1是本发明中智慧园区的能耗管理***的结构图；
图2是本发明中中央服务器的结构原理图；
图3是本发明中通信网络动态节点优化的路由探测判断过程图；
图4是本发明中LoRa网关程序流程框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施例的智慧园区的能耗管理***，所述能耗管理***包括应用层、数据处理层、传输层及感知层，所述应用层、所述传输层及所述感知层均与所述数据处理层相连。本发明设计的能耗管理***着重能耗管理设备的数据方面与数据传输方面的分离，提高数据处理的效果，尤其是面对包括大量企业用户的工业园区。
此外，能耗管理数据监测***多采用WiFi，ZigBee，存在信号衰减快、极易受到其他信号干扰的问题。本文需要设计了一种基于新型数据传输的园区能耗管理***，实现耗能的实时采集及科学预警。因此，园区能耗管理***利用园区内各种传感器采集耗能信息，实现采集、显示、分析、诊断等功能，并实现对各***的控制和优化管理。
如图1和图2所示，所述应用层设置有能耗监控模块与能耗优化调度模块，所述能耗监控模块与所述能耗优化调度模块相连，所述能耗优化调度模块与中央服务器相连。需要提醒的是，园区的正常运转需要水、电等多种能源供给，各种能源消耗具有范围广、时间不规律、消耗量大等特点；因此，通过园区耗能数据采集、传输、数据管理及应用，实现了园区能源调配与优化运维。
所述数据处理层包括实时数据处理单元、关系数据库及共享信息服务模块，所述实时数据处理单元与所述关系数据库相连，所述共享信息服务模块与所述关系数据库相连，所述关系数据库与所述中央服务器相连。需要注意的是，实时数据处理单元、关系数据库剂共享信息服务模块，可以采用现有技术中成熟技术方案。
所述传输层包括数据采集平台与无线传输模块，所述数据采集平台通过所述无线传输模块与所述中央服务器相连；
所述感知层包括远程计量表与能耗计量传感器，所述远程计量表、所述能耗计量传感器均通过所述无线传输模块与所述中央服务器相连。需要提醒的是，远程计量表采用常规的水电计量表即可。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述能耗监控模块设置有监控单元、报警单元及分析单元，所述监控单元、所述报警单元均与所述分析单元相连，所述分析单元通过所述无线传输模块与所述中央服务器相连。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述能耗优化调度模块设置有管网调度模块与产耗计算模块，所述管网调度模块内设置有存储器，所述存储器中存储有启动固件，所述启动固件内设置有操作***OS和智能管理单元IMU固件，所述操作***OS与所述智能管理单元IMU固件相连，所述智能管理单元IMU固件与所述产耗计算模块相连。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述产耗计算模块的处理步骤如下：
所述操作***OS将所要处理的产耗数据分为用水数据和用电数据两类，其中用水数据通过计算每块水表测量园区内对象的用水量，其中用电数据包括园区内对象的用电量和园区公共设备的用电量，并将用水数据和用电数据发送给智能管理单元IMU固件，随后在智能管理单元IMU固件内进行产耗数据模型的构建，接着把相应的产耗数据模型发送给所述中央服务器。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述关系数据库的处理步骤如下：
获取用于表征关系数据库中数据库表结构的结构信息，其中结构信息包括企业用户名、企业水表注册号及企业电表注册号；
根据所述结构信息建立与所述数据库表结构一一映射的类结构；
根据所述关系数据库的版本注册所述类结构；
获取用于表征处理关系数据库数据的操作指示；
通过所述类结构调用所述关系数据库中用于表征所述操作指示的处理方式处理所述关系数据库中的数据。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述无线传输模块的数量为三个；
所述无线传输模块之间设置有中央交换器，所述中央交换器与所述中央服务器相连。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述中央路由器的路由协议利用BP神经网络进行通信网络动态节点优化。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
所述通信网络动态节点优化的方法如下：
(1)设置三个区域网络节点的顶点；
(2)设置步骤(1)中三个区域网络节点的顶点的参数估计模型：
Figure BDA0003269151330000061
式(I)中，
Figure BDA0003269151330000062
为参数估计模型的部署参数值，p0、sj及s′分别为三个区域网络节点的顶点；
(3)利用步骤(2)中设置的参数估计模型得到的参数估计模型的部署参数值，进行动态节点优化控制参数的获取，并反馈给所述中央路由器；其中获取算法如下：
Figure BDA0003269151330000063
式(II)中，w为中央路由器内置的有效用度函数，k为中央路由器的丢包率，
Figure BDA0003269151330000064
为参数估计模型的部署参数值，sign为符号函数。
实际应用时，如图3所示，图3是本发明中通信网络动态节点优化的路由探测判断过程图。
结合上述方法，进行如下流程的测试处理：
将链路数据进行初始化，随后中央路由器的路由表中进行判定；
若当前携带节点与目的节点同连通域，则进行TTL的到达目的节点跳数的计算；
若达到，则查找路由表将数据分组逐跳传送至目的节点；
若未达到，则将剩余TTL值进行调整为路由跳数；
此外，在当前携带节点与目的节点同连通域的判断中，若为否，则将剩余TTL置为0，删除该数据分组。
上述所述智慧园区的能耗管理***中，
LoRa具有低功耗、远距离、大容量和穿透能力强的特点，能够减少开发成本和运营维护成本，适用于园区能耗管理***。
所述中央路由器利用LoRa通讯技术进行数据链接至所述中央服务器，所述LoRa通讯技术采用Modbus RTU协议进行点对点传输数据。
如图4所示，此处为具有Modbus RTU协议的LoRa网关程序进行测试，具体如下：
先进行LoRa网关初始化处理；
接着利用轮询读取终端节点参数；
随后利用中央服务器进行执行下发指令；
若下发指令未超过三次，则说明接收到新消息已经成功，只需LoRa网关回复缺消息即可；
最终轮询完毕；
后续进行数据封装并执行远程发送；
若上述下发指令超过三次，则从头重复执行。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着必然的执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
上述智慧园区数据综合管理***中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
所述产耗计算模块以及数据库处理步骤中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为监控单元、报警单元及分析单元，以及产耗计算模块等的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种智慧园区的能耗管理***，其特征在于：
能耗管理***包括应用层、数据处理层、传输层及感知层；
所述应用层、所述传输层及所述感知层均与所述数据处理层相连；
所述应用层设置有能耗监控模块与能耗优化调度模块，所述能耗监控模块与所述能耗优化调度模块相连，所述能耗优化调度模块与中央服务器相连；
所述数据处理层包括实时数据处理单元、关系数据库及共享信息服务模块，所述实时数据处理单元与所述关系数据库相连，所述共享信息服务模块与所述关系数据库相连，所述关系数据库与所述中央服务器相连；
所述传输层包括数据采集平台与无线传输模块，所述数据采集平台通过所述无线传输模块与所述中央服务器相连；
所述感知层包括远程计量表与能耗计量传感器，所述远程计量表、所述能耗计量传感器均通过所述无线传输模块与所述中央服务器相连。
2.根据权利要求1所述智慧园区的能耗管理***，其特征在于：
所述能耗监控模块设置有监控单元、报警单元及分析单元，所述监控单元、所述报警单元均与所述分析单元相连，所述分析单元通过所述无线传输模块与所述中央服务器相连。
3.根据权利要求1所述智慧园区的能耗管理***，其特征在于：
所述能耗优化调度模块设置有管网调度模块与产耗计算模块，所述管网调度模块内设置有存储器，所述存储器中存储有启动固件，所述启动固件内设置有操作***OS和智能管理单元IMU固件，所述操作***OS与所述智能管理单元IMU固件相连，所述智能管理单元IMU固件与所述产耗计算模块相连。
4.根据权利要求3所述智慧园区的能耗管理***，其特征在于：
所述产耗计算模块的处理步骤如下：
所述操作***OS将所要处理的产耗数据分为用水数据和用电数据两类，其中用水数据通过计算每块水表测量园区内对象的用水量，其中用电数据包括园区内对象的用电量和园区公共设备的用电量，并将用水数据和用电数据发送给智能管理单元IMU固件，随后在智能管理单元IMU固件内进行产耗数据模型的构建，接着把相应的产耗数据模型发送给所述中央服务器。
5.根据权利要求1所述智慧园区的能耗管理***，其特征在于：
所述关系数据库的处理步骤如下：
获取用于表征关系数据库中数据库表结构的结构信息，其中结构信息包括企业用户名、企业水表注册号及企业电表注册号；
根据所述结构信息建立与所述数据库表结构一一映射的类结构；
根据所述关系数据库的版本注册所述类结构；
获取用于表征处理关系数据库数据的操作指示；
通过所述类结构调用所述关系数据库中用于表征所述操作指示的处理方式处理所述关系数据库中的数据。
6.根据权利要求1所述智慧园区的能耗管理***，其特征在于：
所述无线传输模块的数量为三个；
所述无线传输模块之间设置有中央交换器，所述中央交换器与所述中央服务器相连。
7.根据权利要求6所述智慧园区的能耗管理***，其特征在于：
所述中央路由器的路由协议利用BP神经网络进行通信网络动态节点优化。
8.根据权利要求7所述智慧园区的能耗管理***，其特征在于：
所述通信网络动态节点优化的方法如下：
(1)设置三个区域网络节点的顶点，其中第一区域网络节点为第一无线传输模块，其中第二区域网络节点为第二无线传输模块，其中第三区域网络节点为第三无线传输模块；
(2)设置步骤(1)中三个区域网络节点的顶点的参数估计模型：
Figure FDA0003269151320000021
式(I)中，
Figure FDA0003269151320000022
为参数估计模型的部署参数值，p0、sj及s′分别为三个区域网络节点的顶点；
(3)利用步骤(2)中设置的参数估计模型得到的参数估计模型的部署参数值，进行动态节点优化控制参数的获取，并反馈给所述中央路由器；其中获取算法如下：
Figure FDA0003269151320000023
式(II)中，w为中央路由器内置的有效用度函数，k为中央路由器的丢包率，
Figure FDA0003269151320000024
为参数估计模型的部署参数值，sign为符号函数。
9.根据权利要求8所述智慧园区的能耗管理***，其特征在于：
所述中央路由器利用LoRa通讯技术进行数据链接至所述中央服务器。
10.根据权利要求9所述智慧园区的能耗管理***，其特征在于：
所述LoRa通讯技术采用Modbus RTU协议进行点对点传输数据。
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