一种节能动力系统的数字孪生方法与流程

1.本发明涉及智慧建筑领域，尤其涉及一种节能动力系统的数字孪生方法。


背景技术：

2.随着人工智能、大数据等技术的快速发展和应用，信息化、数字化的概念逐渐融入到各行各业中，同时，数字孪生技术也受到了国内外的广泛研究和应用。数字孪生技术即以数字化方式构造物理实体的虚拟模型，利用物理模型与数字孪生体的动态交互仿真，结合数据融合分析、决策优化等方法完成设备管控、目标优化、故障诊断、行为预测等功能，具有多维、多尺度、可靠性高等特点。数字孪生技术是一个实体产品的数字化表达，以便于我们能够在数字化产品上看到实体产品可能发生的情况。数字化产品在数字化设计与数字化生产的过程中，仿真分析模型的参数，可以传递到数字化产品定义的全三维几何模型，再传递到实体中加工成实际产品，实际产品又通过在线的数字化检测/测量系统反映到产品定义数字化模型中，进而又反馈到仿真分析模型中。
3.建筑电气中动力系统具体指动力的成套定型的电气设备、控制设备、保护设备、测量仪表、母线架设、配管、配线、接地装置组成母线，母线也叫干线或汇流排是电路的主干线。建筑电气动力设备系统建筑物内有很多动力设备，如水泵、锅炉、空气调节设备、送风和排风机、电梯、试验装置等。这些设备及其供电线路、控制电器、保护继电器等，组成动力设备系统。
4.在建筑动力系统构建过程中，或构建完成后，对于其内部耗能装置的增减以及应急状态下的承压能力的测试往往成本较高，容易导致大规模设备问题，并且对于建筑动力系统在日常运转过程中如何一步步优化直至保证正常运转的最佳节能状态的测试，不可能通过直接对建筑动力系统进行模块测试来实现，当下需要能够解决上述问题的方案。


技术实现要素：

5.本发明克服了现有技术的不足，提供一种节能动力系统的数字孪生方法。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种节能动力系统的数字孪生方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：通过传感器对动力系统数据收集，建立动力系统数字三维模型以及动力系统能耗模型；s2：通过数据处理将能耗模型嵌套入所述数字三维模型中，得到三维动态数字孪生体；s3：建立可视化模块对三维动态数字孪生体的动态数据进行展示以及传输；s4：建立虚拟实验管理模块，通过对数字孪生体的实验数据对动力系统进行相应调节。
7.本发明一个较佳实施例中，所述动力系统数字三维模型通过三维制图软件对建筑结构以及耗能部件位置进行建模，并通过模拟软件对运行状态下建筑各位置能耗进行渲染。
8.本发明一个较佳实施例中，所述能耗模型包括各工况条件下的阶段化动力输出数据，至少包括不同时间对应能耗。
9.本发明一个较佳实施例中，所述可视化模块包括模型画面以及数据输出。
10.本发明一个较佳实施例中，所述虚拟实验管理模块能够模拟若干实验条件，至少包括：应急状态，限能状态，夜间状态，白昼状态。
11.本发明一个较佳实施例中，所述传感器通过若干组测试数据的均值，建立动力系统能耗模型。
12.本发明一个较佳实施例中，通过实验数据对动力系统进行相应调节后，将对应调节的模块以及数据返回至数字孪生体中进行迭代更新。
13.本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
14.本发明通过将建筑及其内部能耗部件进行数字化孪生构建，通过虚拟实验验证分析建筑能耗问题以及应急能力，降低在大型建筑体系中的试错成本，提高风险管控能力。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
16.图1是本发明的优选实施例的流程示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本发明的描述中，“实施例”、“一个实施例”或“其他实施例”的提及表示结合实施例说明的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不必是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.动力系统的电气设计主要包含:动力设备的配电；动力设备的控制。常用动力设备的配电：民用建筑中的动力设备主要有：水泵类、风机类、电梯类、空调设备类、大型厨房设备类、大型洗衣设备类等。动力设备的配电主要从三个方面考虑：供电可靠性：即设备的负荷等级，负荷大小：即设备的容量、或功率。电动机启动方式的选择:电动机启动电流是额定工作电流的4～7倍,需要经过几秒钟时间才能达到稳定值(额定工作电流)。若启动电流过大,会影响其他设备的正常工作,甚至会造成线路的故障等。电动机启动方式有:直接启动:适用于小功率的电动机类设备的启动。如:各种小型风机、污水泵、管道泵等。降压启动:适用于大功率的电动机类设备的启动。如:正压风机、大功率的排烟风机、消防泵、喷淋泵等。此外，消防设备的控制是建筑电气设备的控制中最重要的内容,其控制方法有:现场手动控制,远程控制(遥控)。
19.如图1所示的一种节能动力系统的数字孪生方法，包括以下步骤：通过传感器对动力系统进行多组的能耗数据收集，去均值建立动力系统数字三维模型以及包括各工况条件下能耗数据的能耗模型，具体的，通过三维制图软件对建筑结构以及耗能部件位置进行建模，并通过模拟软件对运行状态下建筑各位置能耗进行渲染，得到三维动态数字孪生体；建立模型画面模块以及数据输出模块，对三维动态数字孪生体的动态数据进行展示以及传
输；建立虚拟实验管理模块，通过应急测试，昼夜对比测试对数字孪生体的各工况实验数据，对建筑动力系统进行相应调节，从而确保在建筑正常运转过程中，提供最为节能的部件启停状态，并且通过实验数据对动力系统进行相应调节后，将对应调节的模块以及数据返回至数字孪生体中进行迭代更新，从而进行不间断的节能状态更新。
20.一实施例中，对照明系统进行节能控制，照明系统包括电光源、灯具和照明线路，将电光源、灯具和照明线路的具体能耗数据嵌套入具备其具体位置信息的建筑立体模型中，构建成建筑照明系统数字孪生体，通过对数字孪生体的测试实验以及与建筑实体配套的迭代更新，对建筑内节能模式不断更新优化，从而实现建筑动力系统节能效果。
21.另一实施例中，对建筑应急系统进行节能优化，消防动力设备主要有:消防泵、喷淋泵、正压风机、防排烟风机、送风机、消防电梯、防火卷帘门等。配电特点:双电源供电、未端切换。绝大多数消防设备的功率较大,都采用放射式配电。功率很小的消防设备(每台设备的功率在3kw以内)可采用链式、树干式配电，将消防动力设备能耗信息与其具体位置信息以及功能信息构建成建筑消防动力设备数字孪生体后，对其进行实验优化。
22.另一实施例中，对建筑空调系统进行节能优化，以单电源供电方式为主。大多数空调动力设备功率大,采用放射式配电(有时为两级放射式配电)。小型空调设备(如风机盘管)可采用链式配电。分体空调、柜机、窗机一般在照明配电箱中按普通插座配电，配合建筑内空调系统使用习惯，以及季节天气状态数据，构建建筑空调系统数字孪生体。
23.另一实施例中，对建筑电梯系统进行节能优化，民用建筑中的电梯主要有:客梯、自动扶梯、景观电梯、货梯、消防电梯等。配电特点:采用放射式配电。非消防电梯可采用单电源供电。消防电梯采用双电源供电、末端切换，构建建筑电梯系统数字孪生体后，结合使用频率数据，最电梯系统进行抗压测试。
24.另一实施例中，对非消防给排水系统进行节能优化，给排水设备的配电民用建筑中的非消防给排水设备主要有:生活水泵、潜污泵、管道泵等。配电特点:生活水泵一般都采用放射式配电(有时为两级放射式配电)。潜污泵、管道泵的功率一般只有2～3kw,且布置较分散,通常采用链式配电或两级放射式配。构建建筑给排水系统数字孪生体后，结合昼夜用水量变化数据，对给排水系统进行压力测试。
25.本发明通过将建筑及其内部能耗部件进行数字化孪生构建，通过虚拟实验验证分析建筑能耗问题以及应急能力，降低在大型建筑体系中的试错成本，提高风险管控能力。
26.以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。