一种基于数字孪生的建筑楼宇能源管理系统

本发明涉及数字孪生，具体为一种基于数字孪生的建筑楼宇能源管理系统。

背景技术：

1、全球人口增长、城市化进程加快，建筑楼宇数量和规模不断增加，对能源的需求也在不断增长，然而传统能源资源的有限性和不可再生性，以及能源开采、利用过程中带来的问题日益凸显，为了应对能源危机和减少环境污染，建筑楼宇能源管理成为必要选择。

2、在申请公布号为cn 116187191 a的中国发明申请中，公开了一种基于数字孪生的建筑楼宇能源管理系统及方法，包括如下步骤：获取实体模型的实体参数，并将所述实体参数添加到参数数据库；基于所述实体模型生成虚拟的孪生模型，并对所述孪生模型进行模拟仿真获取孪生参数，并将所述孪生参数添加到所述参数数据库；根据所述参数数据库中保存的所述实体参数和所述孪生参数提取能源参数，并获取所述参数数据库中至少一个所述能源参数对其对应能源装置能源消耗的影响趋势；所述机器学习部基于所述趋势分析所述能源参数对应实体模型中能源装置的能源消耗贡献值；重复步骤获取全部所述能源参数对应实体模型中能源装置的能源消耗贡献值；所述机器学习部整合全部所述能源参数及其对应的能源装置的能源消耗贡献值获取全部所述能源装置的最佳能耗值，所述能源装置的个数n为大于等于2的整数，第i个能源装置的最佳能耗为pi。

3、在以上发明申请中，通过数字孪生模型分析各个能源装置的能耗，用于解决能源消耗节能管理的问题，但在实际使用过程中，建筑楼宇在某个发生突发情况时，如停电、漏电、火灾等，仅仅对能源装置进行预测分析是不够的，本发明通过构建预测模型对建筑楼宇能源消耗进行实时监测，并对预测结果进行误差分析，及时调整预测模型，在发生突发情况时也能进行准确预测，通过预测报警，可以及时做出应急调整，保证系统正常运行。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于数字孪生的建筑楼宇能源管理系统。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、一种基于数字孪生的建筑楼宇能源管理系统，包括：模型构建模块、数据采集模块、用电分析模块、预测模拟模块及安全预警模块。

6、模型构建模块用于收集和整理建筑楼宇的规格和构造数据，并将这些数据进行数字化处理，统一存储，在数字孪生技术支持下，建立建筑楼宇的三维模型，并将三维模型进行区域划分。

7、数据采集模块用于采集电能源参数，包括采集t时间内不同时段的电流、电压、温度及电表显示量，构建电能源参数数据库。

8、用电分析模块对数据采集模块采集得到的电表显示量进行定向数据处理，得到每个t时间内的用电量、t时间内不同时段的用电量的平均值及用电评价指数yd，用电分析模块包括第一分析单元、第二分析单元及第三分析单元。

9、预测模拟模块基于模型构建模块建立的建筑楼宇的三维模型、数据采集模块采集的电能源参数及用电分析模块计算得到的用电相关参数，构建建筑楼宇能源消耗预测模型，并依据建筑楼宇消耗模型对建筑楼宇各个区域的能源消耗情况进行预测，获得能源消耗预测值ny。

10、安全预警模块根据预测模拟模块得到能源消耗预测值ny与预设的第一阈值和第二阈值之间的关系，选择不同的安全预警处理策略。

11、进一步的，根据建筑楼宇的楼层和空间大小，将其划分为不同的租用单元，例如将楼层划分为多个独立的办公空间，或将大型写字楼划分为多个出租单位，对于一些共享资源如会议室、厨房、储藏室和接待区，可以将其划分为共享的区域，方便写字楼内的租户共同使用。

12、进一步的，其中电流通过电流传感器进行实时监测，电压通过电压传感器进行实时监测，温度通过温度传感器进行实时监测，电表显示量通过采集电力仪表获得，i表示t时间内不同时段的电流、电压、温度及电表显示量的编号，i=1、2、3、4、……、n，n为正整数。

13、进一步的，第一分析单元对于数据采集模块采集得到的电表显示量进行定向数据处理，获得每个t时间内的用电量，计算公式如下：

14、

15、其中，t表示每个t时间内用电量的顺序编号，t=1、2、3、4、……、n，n为正整数。

16、进一步的，第二分析单元对于第一分析单元处理得到的每个t时间内的用电量进行定向数据处理，获得t时间内不同时段用电量的平均值：

17、

18、对应的t时间内不同时段用电量的平均值的计算公式如上。

19、进一步的，第三分析单元对于第二分析单元处理得到的t时间内不同时段的用电量和用电量的平均值进行相关联，依照如下关联公式：

20、

21、获得用电分析指标yd。

22、进一步的，构建建筑楼宇能源消耗预测模型需要将数据采集模块采集的电能源参数和用电分析模块计算得到的用电相关参数作为样本数据，基于监督学习算法构建初始建筑楼宇能源消耗预测模型，对建筑楼宇各个区域每个t时间内的能源消耗情况进行预测，获得初始能源消耗预测值。

23、进一步的，将初始能源消耗预测值和实际每个t时间内的用电量进行误差分析，依照如下计算公式：

24、

25、获得预测偏离指数yc。

26、进一步的，直至预测偏离指数yc小于预设阈值，将训练好的建筑楼宇消耗模型输出应用，对建筑楼宇各个区域的能源消耗情况进行预测，获得能源消耗预测值ny。

27、进一步的，建筑安全预警模块根据预测模拟模块得到能源消耗预测值ny与预设的第一阈值和第二阈值之间的关系，选择不同的安全预警处理策略，具体地：

28、当阈值时，说明当前监测周期内的能源消耗处于较低水平，不会造成安全隐患问题，对应地，模拟预警模块向外发出低能耗信号。

29、当时，说明当前监测周期内的能源消耗处于正常水平，可能对建筑楼宇造成轻度安全隐患问题，对应地，模拟预警模块向外发出正常工作信号。

30、当时，说明当前监测周期内的能源消耗处于异常水平，当前建筑楼宇相应区域处于危险能耗状态，对应地，模拟预警模块向外发出预警信号。

31、（三）有益效果

32、本发明提供了一种基于数字孪生的建筑楼宇能源管理系统，具备以下有益效果：

33、1、将建筑楼宇划分为不同的租用单元可以更精确地计算每个单位的能源消耗，通过对各个租用单元的能源消耗情况进行分析，可以发现一些设计和管理上存在问题的地方，并针对性地进行优化。例如，在某些楼层或空间大小较小的区域可能存在通风或隔热效果不佳等问题，需要加强改进。

34、2、通过建立能源预测模型，可以更加准确地预测未来的能源需求，这样就可以根据实际情况进行供应计划和调整，避免出现供不应求或者过剩的情况。例如，在高峰期提前增加供电功率，在低谷期适当降低供电功率等。这样就可以更加合理地利用能源，并且降低运营成本。

35、并且通过建立能源预测模型，可以提高系统的安全性和稳定性。例如，在突发事件或者天气变化等情况下，通过预测报警，可以做出及时反应可以及时做出应急调整，保证系统正常运行。

36、3、通过对预测模型进行误差分析，可以发现模型存在问题的地方，如果某个时间段内预测值与实际值相差较大，那么就可能存在数据缺失、异常数据等问题，这时可以及时采取措施解决问题，并且提高预测结果的可靠性。