智能楼宇能源管理系统
基于楼宇自动化的智能建筑通常具有三层能源管理结构：现场层、网络层和管理层。 现场层包括各种现场设备，包括传感器、执行器和各种智能仪表。 智能仪表包括水表、电表、气表等，现场层通讯采用现场总线标准，比较常用的有RS485、M-BUS等。 网络层是管理层与现场层相互沟通的桥梁。 它将现场层采集的数据信息上传给管理层，同时将管理层下达的动作命令发送给现场层，让现场设备执行相应的命令操作。 管理层对现场设备进行统一监控、控制和管理，同时将现场设备运行产生的数据存储在服务器中，用于记录设备日常运行日志和打印告警故障设备的信息。
物联网与建筑能源管理系统的融合
智能建筑能源管理系统的三层结构具备了与物联网融合的条件，也为物联网技术的应用创造了必要性。 现场层可以利用物联网技术添加各种智能设备，网络层可以转变为有线和无线网络进行数据通信，实现对建筑能耗设备的远程监控和管理。 管理层可以利用物联网云计算技术处理海量数据。 因此，智能楼宇能源管理系统已经具备了物联网的架构。
设备控制节能
通过深度数据挖掘分析，建立耗能设备运行全景数据分析，进而依靠人工智能技术确保运行过程中环境温度、湿度、水位在标准范围内空调、除湿机、风扇等耗能设备的使用，避免设备过多。 运行能耗浪费场景，结合人工智能技术优化设备运行策略，降低能耗，同时延长设备寿命。
预见性维护
许多设施采用预防性维护来保持设备正常运行。 这通常涉及对设备状态及其使用频率的例行检查和假设。 互联传感器技术通过对维护智能建筑的技术（包括设备温度、电源和声音）提供更精细的洞察，将这一概念提升到一个新的水平。
智能建筑中的人工智能和物联网技术
这方面的一个例子是监控通风扇电机，这些电机通常在商业建筑中全天 24 小时运行。 不同的机械谐波随着它们的老化而被识别，并且使用基于 LoRa 的传感器和调制解调器，电机的健康状况及其在其生命周期中的位置可以确定问题何时出现，以便在更大的问题出现之前解决它们。 在最方便的时间安排维护。
故障诊断预测与健康管理
通过现场采集的实时数据，可以对复杂施工设备进行全生命周期的故障诊断、预测、健康状态评估和健康管理。 可以使用的AI算法模型有：神经网络（分类）、强化学习、贝叶斯（分类）、K-means（聚类）、马尔可夫（预测）、专家系统，基于这些可以开发故障树算法模型检索系统、故障预测系统、健康管理系统。
能耗预测
在建筑能源系统中，如果历史数据有效且数据量充足，可以利用机器学习/深度学习等技术建立建筑能耗预测算法模型，并基于历史能耗数据建筑物物联网和楼宇自控的区别，可以预测建筑物未来的能源负荷需求。 为能源管理者制定能源需求计划和节能评估提供可靠的数据支持。
管理端节能
基于大数据支持，通过三级能耗计量系统，从各区域能耗进行大数据分析和管理，实时监控各区域能耗，异常状态及时发现分类报警，同时减轻人员巡查工作量。 ，确保设备供电安全。 以达到管理层面的节能目标。
从以上应用场景来看，人工智能和物联网技术将不断为智能建筑节能管理提供新的机遇。 借助连接的设备和强大的分析，我们可以实施更多解决方案来提高效率并为可持续发展和节约开辟新的机会。
直流配电以其高效接入分布式电源、储能和直流负载等优势，近年来在建筑电气行业引起了广泛关注。 作为具有大量节能潜力的商业建筑，所采用的配电形式成为影响其能效水平的关键因素。 迫切需要对建筑物交直流配电系统的能效进行比较分析。 现有配电网能效评价研究未能充分考虑商业建筑负荷的特殊性，评价方法和指标难以应用。
针对这一问题，来自清华四川能源互联网研究院、深圳市供电局有限公司、珠海格力电器有限公司的研究员李海波、赵玉明、刘国伟、江世勇、赵正佳”文中基于商业建筑交直流配电系统的典型结构，考虑建筑负荷类型的特殊性和时序性，换流设备的分段线性效率函数和线路的动态功率损耗模型建立了电源和负载支路作为评价单元，提出了基于时序仿真的能效评价指标和方法。设计了具有相同边界条件的配电系统，并进行了能效比较分析。
实例分析表明，商业建筑负荷类型对交直流配电系统能效水平有重要影响。 随着直流负载率和分布式电源接入容量的增加，直流配电系统的能效优势逐渐增强。
随着经济发展和城镇化进程的加快，建筑能耗特别是商业建筑能耗占社会总能耗的比重逐年上升，商业建筑高能耗问题逐渐引起社会关注。注意力。 据统计，商业建筑的能耗约占物业管理成本的30%至40%，其中中央空调系统的能耗一般占40%至65%。 研究如何提高商业建筑的能效水平，不仅可以提高建筑运营的经济性，还可以促进低碳建筑的发展，实现全社会的节能减排，具有重要的经济效益和经济效益。社交好处。
直流配电系统以其高效接入分布式电源、储能和直流（或变频）负载等优势，近年来引起了建筑电气行业的广泛关注。 同时，电力电子器件技术的快速发展带动了直流配电网的发展。 商业建筑配电系统的主要负载类型为中央空调、电梯等用电设备。 目前大多采用变频技术，属于广义直流负载。 此外，大部分建筑还配备了光伏、储能等分布式电源。 从定性的角度来看，采用直流配电可以简化分布式电源和直流负载的并网变流设备，降低系统电能损耗，提高能源效率。
但考虑到不同商业建筑的负载类型和分布式电源配置不同，直流配电带来的能效提升效果并不完全相同。 因此，迫切需要建立一套商业建筑交直流配电系统能效评价方法，从定量的角度评价直流和交流配电系统的能效差异，为未来规划提供指导。和商业建筑配电系统的配置。
在交流配电网能效评价研究方面，国家标准《中低压配电网能效评价导则》于2015年2月发布，其中规定了中低压配电网能效指标的计算和评价分析。 《10（20）kV及以下低压配电网方法》，从不同维度定义了多个指标，给出了各指标的计算方法。 同时，有关专家学者也对能效评价问题进行了大量研究，先后提出了基于层次分析法的配电网能效评价指标体系、基于层次分析法的能效评价指标体系等。基于层次分析法和灰色关联的多能协同园区能源价值研究基于分级综合评价法的变电站能效评价体系和电力用户综合能效评价模型等。
以上研究成果可为建筑配电能效评价指标的建立提供一定参考，但由于研究对象不同，不能直接应用于建筑能效评价。
直流配电网能效评估逐渐引起国内外学者的关注。 国外部分科研团队采用仿真方法，对直流配电系统在多场景（民用和商用）的能效水平进行多维度评估，分析直流系统与交流相比的主要优势和节能效果配电系统。 同时，一些团队通过实验的方法，对接入分布式电源前后的能效指标进行了定量分析。 结果表明，直流配电系统不仅在整体能效方面优于交流，而且光伏组件的转换效率也有所提高，储能装置也对提高能效起到了积极作用.
国内团队更注重指标体系的构建和评价方法。 部分团队沿用交流配电系统能效评价体系的思路，基于层次分析法，提出了考虑电力电子变压器的交直流混合配电网能效评价指标体系。 . 针对分布式电源的接入，部分团队先后开展了光伏-混合储能直流微电网能效评价研究、船舶微电网艏侧推运行能效研究等，并提出了能效管理策略.
目前，交直流配电系统能效评价研究取得了一定进展，但综合分析，还存在以下几个方面的不足：
①在评价对象方面，现有研究大多集中在中高压配电网或微电网、变流设备的能效评价。 关于商业建筑能效评价的研究相对较少，尤其是建筑物直流配电。 能效比较方面的探索也较少；
②在评价方法上，现有研究多采用平均值法进行评价，没有充分考虑各类分布式电源输出和负荷需求的时序特性楼宇自控配电柜，也没有充分考虑实时潮流特性分支，不能揭示能源效率指标的时空分布规律。 因此，提出一种准确、全面、客观的商业建筑交直流配电系统能效评价方法是亟待解决的问题。
针对上述问题，清华大学四川能源互联网研究院等单位的研究人员考虑了商业建筑交、直流配电系统拓扑结构的差异，并考虑了商业建筑负荷的特殊性和时序性。 通过细化低压电气设备种类和并网变流设备的差异，建立考虑多支路潮流分布的系统级能效计算模型，建立全链路能效评价指标和提出了“源-网-荷-储”的评价方法。
图1 系统能效评价算法流程
图 2 示例系统拓扑
课题组以深圳中美中心低压直流配电系统示范工程为基础，结合实际直流用电设备的研究数据，对交、直流配电系统能效进行了对比分析。分布式电源变流器的能效，主要得到以下结论：
1）在分布式电源和直流负载比例高的情况下，直流配电与交流配电相比在能效方面具有优势。 从年平均来看，直流配电系统的能效比交流系统高约6%； 从月度分布来看，各月直流系统能效均高于交流系统； 从典型的日常分布来看，直流系统在高峰负荷时期的能效高于交流系统。
2）系统运行效率（损耗）与系统运行条件（可再生能源出力、负荷水平）有明显的相关性。 从时序上看，系统的功率损耗表现出明显的周期性特征； 从空间分布来看，交流系统的损耗主要集中在负载侧变流器，直流系统的损耗主要分布在主干线上。
3）商业建筑负荷类型对交直流配电系统能效水平有重要影响。 随着直流负荷占比的增加，直流配电系统的能效优势逐渐增强。
4）分布式资源的接入能力对系统能效水平有显着影响，能效变化趋势呈现先升后降的趋势，出现“拐点”。 直流和交流系统的能效差异随着分布式电源接入容量的增加而增大。
研究成果可用于低压交直流配电系统规划与评估、基于能效的协调与源-网-荷-储优化运行等领域。
本文编译自《电工技术学报》2020年第19期，论文题目为《基于时序仿真的商业建筑交直流配电系统能效比较》。 作者为李海波、赵玉明等。
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