CN114678956A - 基于脉冲电流的智能楼宇管理系统及方法 - Google Patents

基于脉冲电流的智能楼宇管理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于脉冲电流的智能楼宇管理系统及方法。其通信中心控制器控制表箱监控装置逐个发射表箱脉冲电压载波信号以及控制配电箱监控装置逐个发射配电箱脉冲电流载波信号，以根据每个表箱监控装置发射表箱脉冲电压载波信号的特征信息以及每个配电箱监控装置发射配电箱脉冲电流载波信号确定由分支级拓扑；在确定分支级拓扑后，通信中心控制器控制适配器逐个发射相应的适配器脉冲电压载波信号，根据每个适配器所发射适配器脉冲电压载波信号确定适配器与相应表箱监控装置所对应连接形成的表箱级拓扑。本发明对楼宇的直流配电拓扑有效识别与维护，提高用电设备使用时的监控智能化与可靠性。

Description

基于脉冲电流的智能楼宇管理系统及方法
技术领域
本发明涉及一种楼宇管理系统及方法，尤其是一种基于脉冲电流的智能楼宇管理系统及方法。
背景技术
目前，楼宇综合管理系统功能比较单一，通常只能通过配电室或中控室对整栋楼的用电状态进行监测，无法对整个线路上各个负载的拓扑关系进行分析和辨识。楼宇各个用户及房间的用电设备缺少自动监测手段，用电设备在使用中出现超负荷或线路短路、断路等故障时，只能依靠人工现场核查和维修，无法采取及时的监控措施，缺乏有效的信息化手段进行管控，用户所属用电设备拓扑关系维护困难，前清后乱问题突出。
在高端的新型楼宇设计中，大部分已经部署了智能化综合监控系统，但由于多种设备因素的影响，安全等级较低，故障定位不准确，报警响应不够及时，无法满足现今楼宇安全需求，变压器和断路器设备或分支线路重过载与轻空载并存，线路负载不平衡，严重时出现设备和线路烧毁，危及国家财产和人身安全。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于脉冲电流的智能楼宇管理系统及方法，其对楼宇的直流配电拓扑有效识别与维护，提高用电设备使用时的监控智能化与可靠性。
按照本发明提供的技术方案，所述基于脉冲电流的智能楼宇管理系统，包括通信中心控制器、若干用于监控配电箱供电状态的配电箱监控装置、若干用于监控表箱供电状态的表箱监控装置以及若干用于监控用电设备用电状态的适配器，其中，配电箱监控装置与所监控的配电箱呈一一对应，表箱监控装置与所监控的表箱呈一一对应，通信中心控制器、配电箱监控装置、表箱监控装置以及适配器间基于HPLC网络进行通信；
通信中心控制器控制表箱监控装置逐个发射表箱脉冲电压载波信号以及控制配电箱监控装置逐个发射配电箱脉冲电流载波信号，以根据每个表箱监控装置发射表箱脉冲电压载波信号的特征信息以及每个配电箱监控装置发射配电箱脉冲电流载波信号确定由通信中心控制器与所有配电箱监控装置以及所有表箱监控装置对应连接形成的分支级拓扑；
在确定分支级拓扑后，通信中心控制器控制适配器逐个发射相应的适配器脉冲电压载波信号，根据每个适配器所发射适配器脉冲电压载波信号确定适配器与相应表箱监控装置所对应连接形成的表箱级拓扑。
所述配电箱监控装置包括具备HPLC通信能力的配电监控断路器装置和/或配电监控检测开关装置；
所述表箱监控装置包括具备HPLC通信能力的表箱检测开关装置。
对任一配电箱监控装置，发射的配电箱脉冲电流载波信号为：
Figure BDA0003576969470000021
其中，It为脉冲电流载波信号，V为市电电压的有效值，f0为市电频率，σ1为配电箱监控装置以频率f1发射所述脉冲电流载波信号It时其对应波形的占空比，R为配电箱监控装置在发射所述脉冲电流载波信号时的等效负载值；t为当前配电箱监控装置发射配电箱脉冲电流载波信号的时刻。
通信中心控制器在确定分支级拓扑时，包括依次识别的分支末级连接拓扑与分支主级连接拓扑，其中，通过分支末级连接拓扑确定表箱监控装置与相应配电箱监控装置间的拓扑连接位置状态，通过分支主级连接拓扑确定配电箱监控装置间以及配电箱监控装置与通信中心控制器间相对应的拓扑连接位置状态。
在分支末级连接拓扑识别时，任一表箱监控装置产生表箱脉冲电压载波信号后，将所产生的表箱脉冲电压载波信号以及所述表箱脉冲电压载波信号的表箱电压载波发射时频特性同时馈入HPLC网络；
对与当前产生表箱脉冲电压载波信号的表箱监控装置适配连接的配电箱监控装置，通过HPLC网络接收所述表箱脉冲电压载波信号以及所述表箱脉冲电压载波信号的电压载波发射时频特性，并在接收后，利用Hilbert-Huang提取得到所述表箱脉冲电压载波信号的表箱电压载波接收时频特性，且将提取的表箱电压载波接收时频特性以及所接收的表箱电压载波发射时频特性同时发送至通信中心控制器内；
通信中心控制器对表箱电压载波发射时频特性以及表箱电压载波接收时频特性进行比较，当表箱电压载波发射时频特性与表箱电压载波接收时频特性匹配时，确定当前发射表箱脉冲电压载波信号的表箱监控装置的表箱监控拓扑ID以及相应的表箱拓扑连接位置状态；
通过确定所有表箱监控装置的表箱监控拓扑ID以及表箱拓扑连接位置状态，通信中心控制器确定表箱监控装置与配电箱监控装置所对应连接形成的分支末级连接拓扑。
在分支主级连接拓扑识别时，任一配电箱监控装置产生一配电箱脉冲电流载波信号后，将所产生的配电箱脉冲电流载波信号以及所述配电箱脉冲电流载波信号的配电箱电流载波发射时频特性同时馈入HPLC网络；
对与当前产生配电箱电流载波信号的配电箱监控装置适配连接的通信中心控制器或配电箱监控装置，通过HPLC网络接收配电箱脉冲电流载波信号以及所述配电箱脉冲电流载波发射时频特性，并在接收后，利用Hilbert-Huang变换提取得到所接收配电箱脉冲电流载波信号的配电箱电流载波接收时频特性；
通信中心控制器对配电箱电流载波发射时频特性以及配电箱电流载波接收时频特性进行比较，当配电箱电流载波发射时频特性与配电箱电流载波接收时频特性匹配时，确定当前发射配电箱脉冲电流载波信号的配电箱监控装置的配电监控拓扑ID以及相应的配电箱拓扑连接位置状态；
通过确定所有配电箱监控装置的配电监控拓扑ID以及分配电箱扑连接位置状态，通信中心控制器确定所有配电箱监控装置所对应连接形成的分支主级连接拓扑。
在确定表箱级拓扑后，一表箱监控装置还发射拓扑校验电压，在发射拓扑检验电压后，采用基于基尔霍夫电流定律对发射拓扑校验电压的表箱监控装置所在的表箱级拓扑连接位置状态进行校验确认。
对任一表箱监控装置，发射的表箱脉冲电压载波信号为：
Vt＝A·cos(2πf0t)·(0.5σ2+0.5)
其中，Vt为脉冲电压载波信号，A为信号振幅，σ2为以配电箱监控装置以频率f2发射所述表箱脉冲电压载波信号时其对应波形的占空比，t为表箱脉冲电压载波信号Vt的发射时刻。
通过适配器监测用电设备的用电状态参数包括电压、电流和/或功率因数。
一种基于脉冲电流的智能楼宇管理方法，提供通信中心控制器、若干用于监控配电箱供电状态的配电箱监控装置、若干用于监控表箱供电状态的表箱监控装置以及若干用于监控用电设备用电状态的适配器，其中，配电箱监控装置与所监控的配电箱呈一一对应，表箱监控装置与所监控的表箱呈一一对应，通信中心控制器、配电箱监控装置、表箱监控装置以及适配器间基于HPLC网络进行通信；
通信中心控制器控制表箱监控装置逐个发射表箱脉冲电压载波信号以及控制配电箱监控装置逐个发射配电箱脉冲电流载波信号，以根据每个表箱监控装置发射表箱脉冲电压载波信号的特征信息以及每个配电箱监控装置发射配电箱脉冲电流载波信号确定由通信中心控制器与所有配电箱监控装置以及所有表箱监控装置对应连接形成的分支级拓扑；
在确定分支级拓扑后，通信中心控制器控制适配器逐个发射相应的适配器脉冲电压载波信号，根据每个适配器所发射适配器脉冲电压载波信号确定适配器与相应表箱监控装置所对应连接形成的表箱级拓扑。
本发明的优点：通信中心控制器控制表箱监控装置逐个发射表箱脉冲电压载波信号以及控制配电箱监控装置逐个发射配电箱脉冲电流载波信号，以根据每个表箱监控装置发射表箱脉冲电压载波信号的特征信息以及每个配电箱监控装置发射配电箱脉冲电流载波信号确定由通信中心控制器与所有配电箱监控装置以及所有表箱监控装置对应连接形成的分支级拓扑；
在确定分支级拓扑后，通信中心控制器控制适配器逐个发射相应的适配器脉冲电压载波信号，根据每个适配器所发射适配器脉冲电压载波信号确定适配器与相应表箱监控装置所对应连接形成的表箱级拓扑，即可对楼宇的直流配电拓扑有效识别与维护，提高用电设备使用时的监控智能化与可靠性。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
图2为本发明利用表箱定位装置进行表箱级拓扑识别的示意图。
图3为本发明辨识确定楼宇配电拓扑的一种实施情况示意图。
图4为本发明进行楼宇配电拓扑识别的工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：为了能对楼宇的直流配电拓扑有效识别与维护，提高用电设备使用时的监控智能化与可靠性，本发明包括通信中心控制器、若干用于监控配电箱供电状态的配电箱监控装置、若干用于监控表箱供电状态的表箱监控装置以及若干用于监控用电设备用电状态的适配器，其中，配电箱监控装置与所监控的配电箱呈一一对应，表箱监控装置与所监控的表箱呈一一对应，通信中心控制器、配电箱监控装置、表箱监控装置以及适配器间基于HPLC网络进行通信；
通信中心控制器控制表箱监控装置逐个发射表箱脉冲电压载波信号以及控制配电箱监控装置逐个发射配电箱脉冲电流载波信号，以根据每个表箱监控装置发射表箱脉冲电压载波信号的特征信息以及每个配电箱监控装置发射配电箱脉冲电流载波信号确定由通信中心控制器与所有配电箱监控装置以及所有表箱监控装置对应连接形成的分支级拓扑；
在确定分支级拓扑后，通信中心控制器控制适配器逐个发射相应的适配器脉冲电压载波信号，根据每个适配器所发射适配器脉冲电压载波信号确定适配器与相应表箱监控装置所对应连接形成的表箱级拓扑。
具体地，通信中心控制器可以采用现有常用的形式，一般地，通信中心控制器可设置于楼宇变电所出线侧，通信中心控制器具备HPLC网络通信的能力，通信中心控制器的具体形式可根据需要选择，以能满足通信中心控制器的管理需求为准，此处不再赘述。
在进行直流配电拓扑识别时，通信中心控制器、配电箱监控装置、表箱监控装置以及适配器均位于同一台区，通过配电箱监控装置能监控配电箱的供电状态，通过表箱监控装置能实现表箱供电状态的监控，通过适配器能对房间内所需监控用电设备的用电参数监控。
具体实施时，配电箱监控装置与楼宇内的配电箱呈一一对应，即利用一个配电箱监控装置实现对一个配电箱供电状态的监控，所述监控包括配电箱供电状态监控，或者切断配电箱的供电等，具体可以根据实际需要选择。配电箱监控装置可以采用具备HPLC(宽带电力线载波)通信能力的配电监控断路器装置和/或配电监控检测开关装置；如配电监控断路器可以采用现有常用的塑壳断路器，配电监控检测开关装置可以为现有常用的智能检测开关，一般地，通过塑壳断路器可以关断所在配电箱的供电。
表箱监控装置用于实现对楼宇中表箱供电状态监控，当然，表箱监控装置与楼宇中的表箱也呈一一对应，表箱具体是指楼宇中进户的供电箱。表箱监控装置具体也采用具备HPLC通信能力的表箱检测开关装置。同理，适配器可采用现有能实现对用电设备监控的形式，且适配器也需要具备HPLC通信能力。
配电箱监控装置、表箱监控装置、适配器与通信中心控制器间均具备HPLC通信能力，即在工作时可形成HPLC网络。在形成HPLC网络后，通信中心控制器可控制配电箱监控装置发射配电箱脉冲电流载波信号，并可控制表箱监控装置发射表箱脉冲电压载波信号，以及控制适配器发射适配器埋层电压载波信号。配电箱监控装置可以采用本技术领域常用的技术手段实现发射配电箱脉冲电流载波信号；表箱监控装置、适配器可以采用本技术领域常用的技术手段实现发射对应的表箱脉冲电压载波信号、适配器脉冲电压载波信号，具体发射配电箱脉冲电流载波信号、表箱脉冲电压载波信号以及适配器脉冲电压载波信号的方式以及过程可根据实际需要选择，以能满足拓扑识别为准。
本发明实施例中，通信中心控制器先确定分支级拓扑，并在确定分支级拓扑后，能识别得到表箱级拓扑。图3中为一种确定分支级拓扑以及表箱级拓扑后，整个楼宇直流配电拓扑的示意图，其中，COO即为通信中心控制器，PCO1、PCO2、PCO3均为配电箱监控装置，STA1～STA9为表箱监控装置或适配器。
进一步地，通信中心控制器在确定分支级拓扑时，包括依次识别的分支末级连接拓扑与分支主级连接拓扑，其中，通过分支末级连接拓扑确定表箱监控装置与相应配电箱监控装置间的拓扑连接位置状态，通过分支主级连接拓扑确定配电箱监控装置间以及配电箱监控装置与通信中心控制器间相对应的拓扑连接位置状态。
本发明实施例中，分支级拓扑一般包括分支级末级连接拓扑以及分支主级连接拓扑，其中，通过分支末级连接拓扑确定表箱监控装置与相应配电箱监控装置间的拓扑连接位置状态，通过分支主级连接拓扑确定配电箱监控装置间以及配电箱监控装置与通信中心控制器间相对应的拓扑连接位置状态。
进一步地，在分支末级连接拓扑识别时，任一表箱监控装置产生表箱脉冲电压载波信号后，将所产生的表箱脉冲电压载波信号以及所述表箱脉冲电压载波信号的表箱电压载波发射时频特性同时馈入HPLC网络；
对与当前产生表箱脉冲电压载波信号的表箱监控装置适配连接的配电箱监控装置，通过HPLC网络接收所述表箱脉冲电压载波信号以及所述表箱脉冲电压载波信号的电压载波发射时频特性，并在接收后，利用Hilbert-Huang提取得到所述表箱脉冲电压载波信号的表箱电压载波接收时频特性，且将提取的表箱电压载波接收时频特性以及所接收的表箱电压载波发射时频特性同时发送至通信中心控制器内；
通信中心控制器对表箱电压载波发射时频特性以及表箱电压载波接收时频特性进行比较，当表箱电压载波发射时频特性与表箱电压载波接收时频特性匹配时，确定当前发射表箱脉冲电压载波信号的表箱监控装置的表箱监控拓扑ID以及相应的表箱拓扑连接位置状态；
通过确定所有表箱监控装置的表箱监控拓扑ID以及表箱拓扑连接位置状态，通信中心控制器确定表箱监控装置与配电箱监控装置所对应连接形成的分支末级连接拓扑。
具体实施时，对任一表箱监控装置，发射的表箱脉冲电压载波信号为：
Vt＝A·cos(2πf0t)·(0.5σ2+0.5)
其中，Vt为表箱脉冲电压载波信号，A为信号振幅，σ2为以配电箱监控装置以频率f2发射所述表箱脉冲电压载波信号时其对应波形的占空比，t为表箱脉冲电压载波信号Vt的发射时刻。
本发明实施例中，表箱监控装置一般安装在楼宇的最小定位单元，可以为一个住户或一个房间的表箱中，其进线端与对应楼层的总配电箱连接，出线端与房间线路的进线端连接。表箱监控装置也需要具备发射表箱脉冲电压载波信号的能力，具体实现表箱脉冲电压载波信号发射的方式可以根据需要选择，以能实现表箱脉冲电压载波信号的发射为准。
根据上述说明可知，表箱监控装置发射的表箱脉冲电压载波信号，即将所述表箱脉冲电压载波信号馈入所连接的电力线中。由于每个表箱监控装置发射表箱脉冲电压载波信号的时间t不同，即可得到相应的表箱脉冲电压载波信号。
具体实施时，表箱脉冲电压载波信号根据实际电路的负载阻抗分布特性，形成频域特性相同的脉冲电流信号流往各电气分支，所述电气分支具体是指适配连接的配电箱监控装置所形成的节点。因此，虽然表箱监控装置产生脉冲电流载波信号，但与表箱监控装置适配连接的配电箱监控装置所接收的依然为电流信号。
本发明实施例中，表箱监控装置在产生表箱脉冲电压载波信号后，可利用DFT变换等方式确定表箱脉冲电压载波信号的表箱电压载波发射时频特性，具体确定表箱电压载波发射时频特性的方式以及过程还可以根据需要选择。当然，在具体实施时，表箱监控装置会将表箱脉冲电压载波信号以及所述表箱脉冲电压载波信号的表箱电压载波发射时频特性同时馈入HPLC网络。
一般地，表箱级监控装置与相应配电箱监控装置物理连接，因此，表箱监控装置的表箱脉冲电压载波信号以及表箱电压载波发射时频特性，会被同一分支网络内所有的配电箱监控装置接收。在接收后，配电箱监控装置通过基于Hilbert-Huang提取得到所述表箱脉冲电压载波信号的表箱电压载波接收时频特性。配电箱监控装置提取得到表箱电压载波接收时频特性后，将提取的表箱电压载波接收时频特性以及所接收的表箱电压载波发射时频特性同时发送至通信中心控制器内，以便由通信中心控制器进行比较。
在通信中心控制器内，对表箱电压载波发射时频特性与表箱电压载波接收时频特性比较，以确定表箱电压载波发射时频特性与表箱电压载波接收时频特性是否匹配，此处的匹配具体是指电流载波发射时频特性中的频率、幅值与电流载波接收时频特性中的频率、幅值分别相一致，或相应的差值位于一个允许的范围内，所允许的范围具体可以根据需要设置确定，此处不再赘述。当匹配时，即可表箱监控装置与所有接收到表箱脉冲电压载波信号的配电箱监控装置位于同一分支网络。
具体实施时，确定当前发射表箱脉冲电压载波信号的表箱监控装置的表箱监控拓扑ID以及相应的表箱拓扑连接位置状态。一般地，在通信中心控制器内预先储存每个表箱监控装置的表箱监控拓扑ID，根据表箱监控装置的表箱监控拓扑ID，通信中心控制器能控制表箱监控装置逐个发射表箱脉冲电压载波信号，从而可确定所有表箱监控装置的表箱监控拓扑ID以及表箱拓扑连接位置状态。一般地，表箱监控装置的表箱监控拓扑ID与所在房间对应，即可获取相应房间的ID。。表箱拓扑连接位置状态，具体是指当前发射表箱脉冲电压载波信号的表箱监控装置与相应配电箱监控装置在同一分支网络内的连接状态。
本发明实施例中，通过确定所有表箱监控装置的表箱监控拓扑ID以及表箱拓扑连接位置状态，通信中心控制器确定表箱监控装置与配电箱监控装置所对应连接形成的分支末级连接拓扑。
进一步地，在分支主级连接拓扑识别时，任一配电箱监控装置产生一配电箱脉冲电流载波信号后，将所产生的配电箱脉冲电流载波信号以及所述配电箱脉冲电流载波信号的配电箱电流载波发射时频特性同时馈入HPLC网络；
对与当前产生配电箱电流载波信号的配电箱监控装置适配连接的通信中心控制器或配电箱监控装置，通过HPLC网络接收配电箱脉冲电流载波信号以及所述配电箱脉冲电流载波发射时频特性，并在接收后，利用Hilbert-Huang变换提取得到所接收配电箱脉冲电流载波信号的配电箱电流载波接收时频特性；
通信中心控制器对配电箱电流载波发射时频特性以及配电箱电流载波接收时频特性进行比较，当配电箱电流载波发射时频特性与配电箱电流载波接收时频特性匹配时，确定当前发射配电箱脉冲电流载波信号的配电箱监控装置的配电监控拓扑ID以及相应的配电箱拓扑连接位置状态；
通过确定所有配电箱监控装置的配电监控拓扑ID以及分配电箱扑连接位置状态，通信中心控制器确定所有配电箱监控装置所对应连接形成的分支主级连接拓扑。
具体实施时，对任一配电箱监控装置，发射的配电箱脉冲电流载波信号为：
Figure BDA0003576969470000081
其中，It为配电箱脉冲电流载波信号，V为市电电压的有效值，f0为市电频率，σ1为配电箱监控装置以频率f1发射所述配电箱脉冲电流载波信号It时其对应波形的占空比，R为配电箱监控装置在发射所述配电箱脉冲电流载波信号时的等效负载值；t为当前配电箱监控装置发射配电箱脉冲电流载波信号的时刻。
本发明实施例中，市电电压的有效值V一般为220V，市电频率f0一般为50Hz。配电箱监控装置除了具有HPLC通信能力，还需要具备发射配电箱脉冲电流载波信号的能力，具体可以采用现有常用的技术手段实现配电箱脉冲电流载波信号的发射，以能满足配电箱脉冲电流载波信号的发射为准。对一具体的配电箱监控装置，在发射配电箱脉冲电流载波信号It时，可以具体确定开关频率f1、占空比σ1以及等效负载值R。
由上述说明可知，通信中心控制器需控制配电箱监控装置逐个发射配电箱脉冲电流载波信号，即控制配电箱监控装置产生一相应的配电箱脉冲电流载波信号，产生配电箱脉冲电流载波信号馈入HPLC网络中，即馈入所连接的电力线中。以配电箱脉冲电流载波信号作为载波，可实现信息的传递。在具体实施时，配电箱监控装置在产生脉冲电流载波信号后，还需要确定所述配电箱脉冲电流载波信号的配电箱电流载波发射时频特性，具体确定配电箱脉冲电流载波信号的电流载波发射时频特性的方式可以根据需要选择，如采用DFT(离散傅立叶变换)的方式确定配电箱脉冲电流载波信号的电路载波发射时频特性。
本发明实施例中，配电箱监控装置同时将配电箱脉冲电流载波信号以及所述配电箱脉冲电流载波信号的配电箱电流载波发射时频特性同时馈入HPLC网络中。由配电箱监控装置在拓扑中的位置可知，馈入HPLC网络中的配电箱脉冲电路载波信号、配电箱电流载波发射时频特性被通信中心控制器或上一级的配电箱监控装置所接收，具体与当前发射配电箱脉冲电流载波信号的配电箱监控装置的位置相关，如图3所示。无论是通信中心控制器或同一分支网络内的配电箱监控装置，在接收到配电箱脉冲电流载波信号后，通过基于Hilbert-Huang变换提取得到所接收配电箱脉冲电流载波信号的配电箱电流载波接收时频特性。利用Hilbert-Huang变换提取得到所接收配电箱脉冲电流载波信号的配电箱电流载波接收时频特性，具体是指获取配电箱脉冲电流载波信号的频率与幅值，具体利用Hilbert-Huang变换提取得到配电箱电流载波接收时频特性的具体计算过程与现有相一致，此处不再赘述。
当通信中心控制器直接接收到配电箱脉冲电流载波信号以及配电箱电流载波发射时频特性时，通信中心控制器直接对配电箱电流载波发射时频特性与配电箱电流载波接收时频特性比较；而当一配电箱监控装置接收所述配电箱脉冲电流载波信号以及配电箱电流载波发射时频特性时，则所述配电箱监控装置将提取得到的配电箱电流载波接收时频特性以及所接收的配电箱电流载波发射时频特性同时传输至通信中心控制器内。
通信中心控制器能对配电箱电流载波发射时频特性以及配电箱电流载波接收时频特性进行比较，当配电箱电流载波发射时频特性以及配电箱电流载波接收时频特性匹配时，确定当前发射配电箱脉冲电流载波信号的配电箱监控装置的配电监控拓扑ID以及相应的配电箱拓扑连接位置状态。
一般地，在拓扑识别前，通信中心控制器需要向每个配电箱监控装置分配相应一唯一的配电监控拓扑ID，即在拓扑识别前，通信中心控制器内存储有所有配电箱监控装置的配电监控拓扑ID。具体实施时，上述通信中心控制器需控制配电箱监控装置逐个发射配电箱脉冲电流载波信号，具体是指通信中心控制器根据配电箱监控装置的配电监控拓扑ID的具体顺序，控制配电箱监控装置逐个发射配电箱脉冲电流载波信号，从而对任一发射配电箱脉冲电流载波信号的配电箱监控装置，通信中心控制器均能确定当前配电箱监控装置的配电监控拓扑ID。因此，通信中心控制器对所有的配电箱监控装置可采取点名方式，以逐个控制配电箱监控装置产生并发配电箱射脉冲电流载波信号。
配电箱电流载波发射时频特性以及配电箱电流载波接收时频特性匹配，具体可以参考上述表箱电压载波发射时频特性与表箱电压载波接收时频特性的具体说明，两者匹配的方式相一致，此处不再赘述。
配电箱拓扑连接位置状态，具体是指发射配电箱脉冲电流载波信号的配电箱监控装置与提取得到配电箱电流载波接收时频特性的配电箱监控装置之间的连接状态，或是发射配电箱埋层电流载波信号的配电箱监控装置与通信中心控制器的连接状态，一般地，提取得到配电箱电流载波接收时频特性的配电箱监控装置为发射脉冲电流载波信号的配电箱监控装置的上一级，两者存在物理连接，即在同一分支网络中。
一般地，同一层级的配电箱监控装置发送的脉冲电流载波信号一样具有相同的电流幅值，只是分时发送，时间上不重叠；而不同层级的配电箱监控装置其脉冲电流载波信号的幅值不同。所述层级具体是指拓扑关系中的连接位置，一般地，靠近通信中心控制器配电箱监控装置为相对远离通信中心控制器的配电箱监控装置的上一级。
进一步地，在确定表箱级拓扑后，一表箱监控装置还发射拓扑校验电压，在发射拓扑检验电压后，采用基于基尔霍夫电流定律对发射拓扑校验电压的表箱监控装置所在的表箱级拓扑进行校验确认。
如图2所示，智能监测开关A以及智能监测开关B分别为两个表箱监控装置，在校验确认拓扑时，可通过智能监测开关A向电力线中馈入的拓扑校验电压，会在个分支处产生同频的电流信号I1～I5，所述分支产生的同频电流具体为每个房间的进线与出线相应的节点电流，具体地，根据基尔霍夫定律得：
I1＝I2+I3
I3＝I4+I5
由上述基尔霍夫定律可得，智能监测开关A检测到的特征电流I1总是大于智能监测开关B检测到的特征电流I5。也就是说，通过在各房间进线端检测与量化该特征电流，利用“同房间脉冲电流最大原则”可对拓扑关系识别结果进行校验。一般地，拓扑检验电压可以为上述的脉冲电压载波信号。
具体实施时，智能监测开关A与智能监测开关B在拓扑上连接同一配电箱监控装置，在分支级拓扑识别后，通过智能监测开关A或智能监测开关B馈入的拓扑校验电压，以确定智能监测开关A、智能监测开关B是否为同一房间。
进一步地，通过适配器监测用电设备的用电状态参数包括电压、电流和/或功率因数。
本发明实施例中，适配器通过电力线与重点监测的用电设备连接，并通过内置的计量芯片对用电设备进行实时的状态监测，获取电压、电流、功率因数等电参量，如可每15min采集一次用电信息，每天采集96个数据点。
适配器也需要具备HPLC通信交互能力，以及发射适配器脉冲电压载波信号的能力。当存在多个适配器时，通信中心控制器也需要控制适配器逐个发射适配器脉冲电压载波信号，适配器发射的适配器脉冲电压载波信号具体可以参考上述表箱监控装置发射的表箱脉冲电压载波信号的具体情况。适配器一般位于房间内，适配器一般与表箱监控装置对应物理连接，即与表箱监控装置构成相应的拓扑连接关系，即表箱级拓扑。通信中心控制器识别适配器与相应表箱监控装置的表箱级，具体可以参考表箱监控装置与相应配电箱监控装置间的分支末级连接拓扑的方式与过程，具体可以参考上述说明，此处不再赘述。
适配器对与其连接的一个或多个用电设备进行状态监测，当发现监测的用电设备用电参数异常后，可自动发起故障报警。在产生故障报警信息后，通信中心控制器可以通过分支级拓扑定位到具体的分支末端，即定位到具体的表箱监控装置，再根据表箱级拓扑定位到故障所属房间，根据适配器所属的ID地址进一步定位到具体用电设备，从而实现楼宇的用电设备状态监测。
具体地，用电参数异常的具体情况可以根据实际监测场景确定，以能满足实际用电监控需求为准。由上述说明可知，通信中心控制器能确定知道任一适配器的适配器拓扑ID、表箱监控装置的表箱监控拓扑ID以及相对应的拓扑连接位置状态。因此，在发起故障报警后，通信中心控制器可以确定具体的表箱监控装置以及与所述表箱监控装置连接且发现监测异常的适配器。
综上，可得到种基于脉冲电流的智能楼宇管理方法，具体地，提供通信中心控制器、若干用于监控配电箱供电状态的配电箱监控装置、若干用于监控表箱供电状态的表箱监控装置以及若干用于监控用电设备用电状态的适配器，其中，配电箱监控装置与所监控的配电箱呈一一对应，表箱监控装置与所监控的表箱呈一一对应，通信中心控制器、配电箱监控装置、表箱监控装置以及适配器间基于HPLC网络进行通信；
通信中心控制器控制表箱监控装置逐个发射表箱脉冲电压载波信号以及控制配电箱监控装置逐个发射配电箱脉冲电流载波信号，以根据每个表箱监控装置发射表箱脉冲电压载波信号的特征信息以及每个配电箱监控装置发射配电箱脉冲电流载波信号确定由通信中心控制器与所有配电箱监控装置以及所有表箱监控装置对应连接形成的分支级拓扑；
在确定分支级拓扑后，通信中心控制器控制适配器逐个发射相应的适配器脉冲电压载波信号，根据每个适配器所发射适配器脉冲电压载波信号确定适配器与相应表箱监控装置所对应连接形成的表箱级拓扑。
具体地，通信中心控制器、配电箱监控装置、表箱监控装置具体的情况，以及配合确定分支级拓扑与表箱级拓扑的具体过程可以参考上述说明，此处不再赘述。
由图4和上述说明，可以得到本发明的具体拓扑识别过程：
步骤1、通信中心控制器采用现有常用的技术手段收集配电箱监控装置、表箱监控装置(记录电表的用电信息)以及适配器记录的(不记录电表的用电信息，记录用电设备的用电信息)用电设备监测信息，如可将所监控的信息通过HPLC网络与通信中心控制器进行通信交互；
步骤2、通信中心控制器依次清除收到的历史脉冲电流载波信号脉冲电流It的信息。通过上述步骤1以及步骤2，即可实现对拓扑识别过程的初始化。
步骤3、通信中心控制器点名指定配电箱监控装置依次发射脉冲电流载波信号，保证每个配电箱监控装置先后进行发射相应的脉冲电流载波信号，以在时间上不重叠。脉冲电流载波信号承载的数据内容包括配电监控拓扑ID，每个配电箱监控装置具有唯一的配电监控拓扑ID，所述配电监控拓扑ID由通信中心控制器统一分配指定。
步骤4、通信中心控制器依次查询接收的特征信息集合，并进行保存，其中，所述特征信息集合具体是指电流载波发射时频特征以及电流载波接收时频特征，特征信息集合的具体情况可以参考上述说明，此处不再赘述。
步骤5、通信中心控制器确定每个配电箱监控装置的上一连接节点，以确定得到分支级拓扑
步骤6：通信中心控制器点名指定表箱监控装置依次发射脉冲电压载波信号，保证每个表箱监控装置逐个依次发送脉冲电压载波信号，以使得脉冲电压载波信号在时间上不重叠。
步骤7：上一级的配电箱监控装置对接收由脉冲电压载波信号确定的电流进行基于Hilbert-Huang变换的特征提取，以便确定得到表箱级拓扑。对基尔霍夫定律计算每个房间进出线节点的电流，利用“同房间脉冲电流最大原则”实现“表箱级的拓扑关系识别”校验。
步骤8：适配器通过内置的计量芯片对用电设备进行实时的状态监测，获取电压、电流、功率因数等电参量，每15min采集一次用电信息，并上传至通信中心控制器。
步骤9：通信中心控制器分析并识别适配器所监测的用电设备所属的房间ID，具体识别适配器所属房间ID的具体情况可以参考上述说明，此处不再赘述。

Claims (10)

1.一种基于脉冲电流的智能楼宇管理系统，其特征是：包括通信中心控制器、若干用于监控配电箱供电状态的配电箱监控装置、若干用于监控表箱供电状态的表箱监控装置以及若干用于监控用电设备用电状态的适配器，其中，配电箱监控装置与所监控的配电箱呈一一对应，表箱监控装置与所监控的表箱呈一一对应，通信中心控制器、配电箱监控装置、表箱监控装置以及适配器间基于HPLC网络进行通信；
通信中心控制器控制表箱监控装置逐个发射表箱脉冲电压载波信号以及控制配电箱监控装置逐个发射配电箱脉冲电流载波信号，以根据每个表箱监控装置发射表箱脉冲电压载波信号的特征信息以及每个配电箱监控装置发射配电箱脉冲电流载波信号确定由通信中心控制器与所有配电箱监控装置以及所有表箱监控装置对应连接形成的分支级拓扑；
在确定分支级拓扑后，通信中心控制器控制适配器逐个发射相应的适配器脉冲电压载波信号，根据每个适配器所发射适配器脉冲电压载波信号确定适配器与相应表箱监控装置所对应连接形成的表箱级拓扑。
2.根据权利要求1所述的基于脉冲电流的智能楼宇管理系统，其特征是：
所述配电箱监控装置包括具备HPLC通信能力的配电监控断路器装置和/或配电监控检测开关装置；
所述表箱监控装置包括具备HPLC通信能力的表箱检测开关装置。
3.根据权利要求1所述的基于脉冲电流的智能楼宇管理系统，其特征是：对任一配电箱监控装置，发射的配电箱脉冲电流载波信号为：
Figure FDA0003576969460000011
其中，It为脉冲电流载波信号，V为市电电压的有效值，f0为市电频率，σ1为配电箱监控装置以频率f1发射所述脉冲电流载波信号It时其对应波形的占空比，R为配电箱监控装置在发射所述脉冲电流载波信号时的等效负载值；t为当前配电箱监控装置发射配电箱脉冲电流载波信号的时刻。
4.根据权利要求1至3任一项所述的基于脉冲电流的智能楼宇管理系统，其特征是：通信中心控制器在确定分支级拓扑时，包括依次识别的分支末级连接拓扑与分支主级连接拓扑，其中，通过分支末级连接拓扑确定表箱监控装置与相应配电箱监控装置间的拓扑连接位置状态，通过分支主级连接拓扑确定配电箱监控装置间以及配电箱监控装置与通信中心控制器间相对应的拓扑连接位置状态。
5.根据权利要求4所述的基于脉冲电流的智能楼宇管理系统，其特征是：在分支末级连接拓扑识别时，任一表箱监控装置产生表箱脉冲电压载波信号后，将所产生的表箱脉冲电压载波信号以及所述表箱脉冲电压载波信号的表箱电压载波发射时频特性同时馈入HPLC网络；
对与当前产生表箱脉冲电压载波信号的表箱监控装置适配连接的配电箱监控装置，通过HPLC网络接收所述表箱脉冲电压载波信号以及所述表箱脉冲电压载波信号的电压载波发射时频特性，并在接收后，利用Hilbert-Huang提取得到所述表箱脉冲电压载波信号的表箱电压载波接收时频特性，且将提取的表箱电压载波接收时频特性以及所接收的表箱电压载波发射时频特性同时发送至通信中心控制器内；
通信中心控制器对表箱电压载波发射时频特性以及表箱电压载波接收时频特性进行比较，当表箱电压载波发射时频特性与表箱电压载波接收时频特性匹配时，确定当前发射表箱脉冲电压载波信号的表箱监控装置的表箱监控拓扑ID以及相应的表箱拓扑连接位置状态；
通过确定所有表箱监控装置的表箱监控拓扑ID以及表箱拓扑连接位置状态，通信中心控制器确定表箱监控装置与配电箱监控装置所对应连接形成的分支末级连接拓扑。
6.根据权利要5所述的基于脉冲电流的智能楼宇管理系统，其特征是：在分支主级连接拓扑识别时，任一配电箱监控装置产生一配电箱脉冲电流载波信号后，将所产生的配电箱脉冲电流载波信号以及所述配电箱脉冲电流载波信号的配电箱电流载波发射时频特性同时馈入HPLC网络；
对与当前产生配电箱电流载波信号的配电箱监控装置适配连接的通信中心控制器或配电箱监控装置，通过HPLC网络接收配电箱脉冲电流载波信号以及所述配电箱脉冲电流载波发射时频特性，并在接收后，利用Hilbert-Huang变换提取得到所接收配电箱脉冲电流载波信号的配电箱电流载波接收时频特性；
通信中心控制器对配电箱电流载波发射时频特性以及配电箱电流载波接收时频特性进行比较，当配电箱电流载波发射时频特性与配电箱电流载波接收时频特性匹配时，确定当前发射配电箱脉冲电流载波信号的配电箱监控装置的配电监控拓扑ID以及相应的配电箱拓扑连接位置状态；
通过确定所有配电箱监控装置的配电监控拓扑ID以及分配电箱扑连接位置状态，通信中心控制器确定所有配电箱监控装置所对应连接形成的分支主级连接拓扑。
7.根据权利要6所述的基于脉冲电流的智能楼宇管理系统，其特征是：在确定表箱级拓扑后，一表箱监控装置还发射拓扑校验电压，在发射拓扑检验电压后，采用基于基尔霍夫电流定律对发射拓扑校验电压的表箱监控装置所在的表箱级拓扑连接位置状态进行校验确认。
8.根据权利要求1至3任一项所述的基于脉冲电流的智能楼宇管理系统，其特征是：对任一表箱监控装置，发射的表箱脉冲电压载波信号为：
Vt＝A·cos(2πf0t)·(0.5σ2+0.5)
其中，Vt为脉冲电压载波信号，A为信号振幅，σ2为以配电箱监控装置以频率f2发射所述表箱脉冲电压载波信号时其对应波形的占空比，t为表箱脉冲电压载波信号Vt的发射时刻。
9.根据权利要求1至3任一项所述的基于脉冲电流的智能楼宇管理系统，其特征是，通过适配器监测用电设备的用电状态参数包括电压、电流和/或功率因数。
10.一种基于脉冲电流的智能楼宇管理方法，其特征是：提供通信中心控制器、若干用于监控配电箱供电状态的配电箱监控装置、若干用于监控表箱供电状态的表箱监控装置以及若干用于监控用电设备用电状态的适配器，其中，配电箱监控装置与所监控的配电箱呈一一对应，表箱监控装置与所监控的表箱呈一一对应，通信中心控制器、配电箱监控装置、表箱监控装置以及适配器间基于HPLC网络进行通信；
通信中心控制器控制表箱监控装置逐个发射表箱脉冲电压载波信号以及控制配电箱监控装置逐个发射配电箱脉冲电流载波信号，以根据每个表箱监控装置发射表箱脉冲电压载波信号的特征信息以及每个配电箱监控装置发射配电箱脉冲电流载波信号确定由通信中心控制器与所有配电箱监控装置以及所有表箱监控装置对应连接形成的分支级拓扑；
在确定分支级拓扑后，通信中心控制器控制适配器逐个发射相应的适配器脉冲电压载波信号，根据每个适配器所发射适配器脉冲电压载波信号确定适配器与相应表箱监控装置所对应连接形成的表箱级拓扑。
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