基于粒子群優(yōu)化的智能建筑電氣節(jié)能控制器設計

言 娟

（江蘇城鄉(xiāng)建設職業(yè)學院）

1 引言

隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡技術和智能技術的飛速發(fā)展，其應用領域從單純的機械生產(chǎn)逐步向其他行業(yè)滲透，智能建筑就是其代表應用之一。智能建筑主要指在傳統(tǒng)建筑物的基礎上，通過各種類型的智能設備提供高智能化和人性化居住服務的新興建筑。研究資料顯示，智能建筑樓宇電氣設備的能耗占建筑整體能耗的85%以上，因此，對智能建筑中的智能設備進行系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化是智能建筑未來發(fā)展的整體趨勢。在智能技術研究領域，粒子群優(yōu)化算法是一種新型群體性智能優(yōu)化技術，具有操作原理簡單、相關檢測參數(shù)少以及計算精確等特點，可以直接應用于智能建筑電氣節(jié)能控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計，進而對智能建筑電力資源問題進行優(yōu)化設計[1]。

2 基于粒子群優(yōu)化技術的RTAM節(jié)能控制器邏輯結構

2.1 智能建筑電氣系統(tǒng)組成結構分析

隨著人們對現(xiàn)代智能建筑居住環(huán)境需求的逐漸增加，智能建筑電氣系統(tǒng)也愈加復雜，需要著重考慮的人性化功能種類也不斷增加?，F(xiàn)代主流電氣系統(tǒng)主要由發(fā)電設備和各部分原件組成。

現(xiàn)代智能建筑預設的電氣系統(tǒng)主要包括電力配給、電力照明、電力運輸、電力溫度調節(jié)以及樓層安全消防等子系統(tǒng)。這些系統(tǒng)共同構建了整個預設智能服務系統(tǒng)，對各類子系統(tǒng)的電力優(yōu)化設計和電力管理是智能建筑內部智能設備電氣系統(tǒng)經(jīng)濟運行的基礎，也是節(jié)能控制器控制力的核心所在[2]。

2.2 RTAM新型智能建筑電氣節(jié)能控制器運行邏輯

新型智能建筑電氣技能控制器主要針對智能建筑內不同類型的電氣子系統(tǒng)電力能量進行合理集中調控，最終實現(xiàn)智能建筑節(jié)能減排的目的，主要系統(tǒng)結構包括控制對象、檢測儀器、電力調控模塊以及參數(shù)執(zhí)行模塊。RTAM控制器可以分析預設調控模塊檢測值，并求取與設定值的差值，最后向執(zhí)行模塊發(fā)出相應的控制指令，進行實時調控，以滿足節(jié)能要求。

2.3 基于粒子群優(yōu)化算法的DDC現(xiàn)場調控模塊

為實現(xiàn)智能建筑電氣設備的整體節(jié)能，RTAM新型智能建筑電氣節(jié)能控制器系統(tǒng)結構中添加了傳統(tǒng)結構不具備的DDC現(xiàn)場調控模塊，該模塊應用粒子群優(yōu)化技術涵蓋的組合測試集成算法，對智能建筑各電氣子系統(tǒng)的電氣參數(shù)進行綜合評估，并提高其運行效率。粒子群優(yōu)化技術結合測試集成算法可以生成具有較強組合覆蓋能力的測試用例，求取電氣適應值和電氣啟發(fā)式的合理設定[3]。

3 RTAM節(jié)能控制器優(yōu)化設計

3.1 RTAM節(jié)能控制器核心計算模塊設計

RTAM節(jié)能控制器計算模塊使用的核心計算硬件是FREETIME(菲力塔姆）公司提供的最新型FAMM700型反應器，該反應器內置的重力系統(tǒng)可以提供最高精度小于6g的重力變量測量。信息數(shù)據(jù)輸出模塊采用美國克倫馬爾齊公司生產(chǎn)的IPPR節(jié)點。

節(jié)點平臺整體采用射頻芯片和處理芯片結合的方式，支持低功率下的電氣數(shù)據(jù)傳輸，通過RAM接口采集三軸加速度數(shù)據(jù)，并且及時發(fā)送至網(wǎng)關節(jié)點，整體數(shù)據(jù)采集速率可達到90Hz，無線數(shù)據(jù)收發(fā)速率為5M/s。

3.2 控制器變配電管理模塊設計

控制器變配電模塊設計主要針對常規(guī)節(jié)能系統(tǒng)變配電模塊一體化結構的改變。新設計的RTAM節(jié)能控制器模塊引入新型電氣平臺C/S結構對配電管理模塊進行電力重組。在電力系統(tǒng)領域，C/S結構又稱為電配器和調控器結構，是現(xiàn)代電氣管理設計平臺中較為先進的一種系統(tǒng)結構。與傳統(tǒng)的一體化配電器結構相比，C/S結構可以充分發(fā)揮電配器和調控器兩端對電力輸送的優(yōu)勢，將智能電器各子模塊的應用電力合理分配至電配器和調控器，從而提高系統(tǒng)軟件任務的工作效率，降低通訊開銷。

J2NM是JAVA技術平臺的內在移動技術，可以為后續(xù)RTAM節(jié)能控制器模塊設計解決移動配電器單一的問題，借助美國SUN公司對J2NM技術的逐層處理技術，可以進一步細化其結構，確保J2NM對每一項配電器設備進行限制工作。J2NN技術是SUN公司設計的一項開發(fā)分步規(guī)范，可以為SPOC平臺設計提供多層次的開發(fā)技術模型。

3.3 智能建筑照明系統(tǒng)管理模塊設計

傳統(tǒng)的電氣節(jié)能控制系統(tǒng)節(jié)能控制器沒有對建筑照明系統(tǒng)部門電力系統(tǒng)進行集中管理，RTAM新型智能建筑電氣節(jié)能控制器針對智能建筑的照明系統(tǒng)設計了三維點云照明系統(tǒng)分層管理模塊。該模塊可以將智能建筑照明系統(tǒng)折換成三維點，并進行層級化標記。標記的照明系統(tǒng)三維點云數(shù)據(jù)采用八叉樹空間聚類效應進行電氣聚類處理。

在電氣邏輯上可以將規(guī)定的空間立方體視為聚類節(jié)點，而后沿著標定的電氣方向，對整個電路規(guī)則間進行聚類剖分，剖分后的規(guī)則空間被分為若干個小的獨立電氣規(guī)則，每一個小的剖分空間包含的三維電氣數(shù)據(jù)為一次聚類處理。若該規(guī)則空間完全包含三維點云數(shù)據(jù)，則視為有效聚類，如果三維點云數(shù)據(jù)處于兩個或兩個以上的規(guī)則空間，視為無效聚類，那么，該三維點云數(shù)據(jù)的提取節(jié)點為原始規(guī)則空間的中心節(jié)點。

3.4 智能建筑電氣數(shù)據(jù)存儲模塊設計

RTAM新型智能建筑電氣節(jié)能控制器設置了電氣系統(tǒng)存儲模塊，用于存儲電氣信息，保證節(jié)能控制器進行合理的電力配給。對于現(xiàn)代電力系統(tǒng)節(jié)能控制器而言，最理想的電氣系統(tǒng)的存儲復制方式應采用適用性廣且通用性強的數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)模型結構，應適用于各種智能電氣設備的JDBC數(shù)據(jù)源，再通過常規(guī)的XML文件擴展方式進行數(shù)據(jù)文件的轉換。通過JDBC數(shù)據(jù)源和XML文件擴展方式，可以集成創(chuàng)建和統(tǒng)一所有類型的電氣數(shù)據(jù)源信息，從而大大降低對源數(shù)據(jù)文件格式的要求，擺脫傳統(tǒng)電氣技能控制器以DBMS文件為轉換媒介的數(shù)據(jù)傳輸方式，進而為不同種類的異構數(shù)據(jù)庫服務。

4 實驗驗證

為驗證RTAM新型智能建筑電氣節(jié)能控制器是否具備真實有效性設計對比實驗。以某智能小區(qū)兩棟完全相同的智能建筑為實驗樣本進行對比實驗，設計對比組和實驗組，對比組應用RTAM新型智能建筑電氣節(jié)能控制器，實驗組應用傳統(tǒng)的控制器。該小區(qū)智能建筑電氣系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、日常智能服務型設備以及整體安全系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)均具有各自的電氣線路，使實驗組和對照組分別應用電氣技能控制器，對小區(qū)設備內包含的各子系統(tǒng)進行集中控制調配，運行一個星期，分別記錄各系統(tǒng)的耗電量，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 耗電量數(shù)據(jù)對比

經(jīng)實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出，實驗組智能建筑各子系統(tǒng)耗電量為2 866kW·h，對比組耗電量僅為1 769kW·h，比實驗組下降超過30%，可以判定RTAM新型智能建筑電氣節(jié)能控制器可以降低智能建筑的耗電量，起到節(jié)能減排的作用。

5 結語

基于粒子群優(yōu)化的智能建筑電氣節(jié)能控制器對現(xiàn)代智能建筑電氣結構系統(tǒng)進行劃分，針對傳統(tǒng)節(jié)能控制器的弊端，進行重新優(yōu)化設計，實現(xiàn)對現(xiàn)代智能建筑以及各電力機構的電氣資源節(jié)能。