基于粒子群优化的智能建筑电气节能控制器设计

2018-11-28言娟

智能建筑与智慧城市 2018年11期

言娟

（江苏城乡建设职业学院）

1 引言

随着现代网络技术和智能技术的飞速发展，其应用领域从单纯的机械生产逐步向其他行业渗透，智能建筑就是其代表应用之一。智能建筑主要指在传统建筑物的基础上，通过各种类型的智能设备提供高智能化和人性化居住服务的新兴建筑。研究资料显示，智能建筑楼宇电气设备的能耗占建筑整体能耗的85%以上，因此，对智能建筑中的智能设备进行系统节能优化是智能建筑未来发展的整体趋势。在智能技术研究领域，粒子群优化算法是一种新型群体性智能优化技术，具有操作原理简单、相关检测参数少以及计算精确等特点，可以直接应用于智能建筑电气节能控制系统的优化设计，进而对智能建筑电力资源问题进行优化设计[1]。

2 基于粒子群优化技术的RTAM节能控制器逻辑结构

2.1 智能建筑电气系统组成结构分析

随着人们对现代智能建筑居住环境需求的逐渐增加，智能建筑电气系统也愈加复杂，需要着重考虑的人性化功能种类也不断增加。现代主流电气系统主要由发电设备和各部分原件组成。

现代智能建筑预设的电气系统主要包括电力配给、电力照明、电力运输、电力温度调节以及楼层安全消防等子系统。这些系统共同构建了整个预设智能服务系统，对各类子系统的电力优化设计和电力管理是智能建筑内部智能设备电气系统经济运行的基础，也是节能控制器控制力的核心所在[2]。

2.2 RTAM新型智能建筑电气节能控制器运行逻辑

新型智能建筑电气技能控制器主要针对智能建筑内不同类型的电气子系统电力能量进行合理集中调控，最终实现智能建筑节能减排的目的，主要系统结构包括控制对象、检测仪器、电力调控模块以及参数执行模块。RTAM控制器可以分析预设调控模块检测值，并求取与设定值的差值，最后向执行模块发出相应的控制指令，进行实时调控，以满足节能要求。

2.3 基于粒子群优化算法的DDC现场调控模块

为实现智能建筑电气设备的整体节能，RTAM新型智能建筑电气节能控制器系统结构中添加了传统结构不具备的DDC现场调控模块，该模块应用粒子群优化技术涵盖的组合测试集成算法，对智能建筑各电气子系统的电气参数进行综合评估，并提高其运行效率。粒子群优化技术结合测试集成算法可以生成具有较强组合覆盖能力的测试用例，求取电气适应值和电气启发式的合理设定[3]。

3 RTAM节能控制器优化设计

3.1 RTAM节能控制器核心计算模块设计

RTAM节能控制器计算模块使用的核心计算硬件是FREETIME(菲力塔姆）公司提供的最新型FAMM700型反应器，该反应器内置的重力系统可以提供最高精度小于6g的重力变量测量。信息数据输出模块采用美国克伦马尔齐公司生产的IPPR节点。

节点平台整体采用射频芯片和处理芯片结合的方式，支持低功率下的电气数据传输，通过RAM接口采集三轴加速度数据，并且及时发送至网关节点，整体数据采集速率可达到90Hz，无线数据收发速率为5M/s。

3.2 控制器变配电管理模块设计

控制器变配电模块设计主要针对常规节能系统变配电模块一体化结构的改变。新设计的RTAM节能控制器模块引入新型电气平台C/S结构对配电管理模块进行电力重组。在电力系统领域，C/S结构又称为电配器和调控器结构，是现代电气管理设计平台中较为先进的一种系统结构。与传统的一体化配电器结构相比，C/S结构可以充分发挥电配器和调控器两端对电力输送的优势，将智能电器各子模块的应用电力合理分配至电配器和调控器，从而提高系统软件任务的工作效率，降低通讯开销。

J2NM是JAVA技术平台的内在移动技术，可以为后续RTAM节能控制器模块设计解决移动配电器单一的问题，借助美国SUN公司对J2NM技术的逐层处理技术，可以进一步细化其结构，确保J2NM对每一项配电器设备进行限制工作。J2NN技术是SUN公司设计的一项开发分步规范，可以为SPOC平台设计提供多层次的开发技术模型。

3.3 智能建筑照明系统管理模块设计

传统的电气节能控制系统节能控制器没有对建筑照明系统部门电力系统进行集中管理，RTAM新型智能建筑电气节能控制器针对智能建筑的照明系统设计了三维点云照明系统分层管理模块。该模块可以将智能建筑照明系统折换成三维点，并进行层级化标记。标记的照明系统三维点云数据采用八叉树空间聚类效应进行电气聚类处理。

在电气逻辑上可以将规定的空间立方体视为聚类节点，而后沿着标定的电气方向，对整个电路规则间进行聚类剖分，剖分后的规则空间被分为若干个小的独立电气规则，每一个小的剖分空间包含的三维电气数据为一次聚类处理。若该规则空间完全包含三维点云数据，则视为有效聚类，如果三维点云数据处于两个或两个以上的规则空间，视为无效聚类，那么，该三维点云数据的提取节点为原始规则空间的中心节点。

3.4 智能建筑电气数据存储模块设计

RTAM新型智能建筑电气节能控制器设置了电气系统存储模块，用于存储电气信息，保证节能控制器进行合理的电力配给。对于现代电力系统节能控制器而言，最理想的电气系统的存储复制方式应采用适用性广且通用性强的数据接口和数据模型结构，应适用于各种智能电气设备的JDBC数据源，再通过常规的XML文件扩展方式进行数据文件的转换。通过JDBC数据源和XML文件扩展方式，可以集成创建和统一所有类型的电气数据源信息，从而大大降低对源数据文件格式的要求，摆脱传统电气技能控制器以DBMS文件为转换媒介的数据传输方式，进而为不同种类的异构数据库服务。

4 实验验证

为验证RTAM新型智能建筑电气节能控制器是否具备真实有效性设计对比实验。以某智能小区两栋完全相同的智能建筑为实验样本进行对比实验，设计对比组和实验组，对比组应用RTAM新型智能建筑电气节能控制器，实验组应用传统的控制器。该小区智能建筑电气系统包括照明系统、电梯系统、日常智能服务型设备以及整体安全系统。每个子系统均具有各自的电气线路，使实验组和对照组分别应用电气技能控制器，对小区设备内包含的各子系统进行集中控制调配，运行一个星期，分别记录各系统的耗电量，数据如表1所示。