一种可模拟真实节点数据变化的能源管理实验系统、方法技术领域
本发明涉及能源管理实验设备领域，尤其涉及一种可模拟真实节点数据变化的能
源管理实验系统、方法。
背景技术
能源发展正面临资源紧张、环境污染、气候变化等严峻挑战，我国近年来也加大针
对制造业的节能减排力度。因此，能源互联越来越受到人们关注。能源互联，基于物物互联
的物联网思想，构成一个电力装置、供水装置、空调装置和压力装置等能源装置相互关联的
企业能源生态系统，实现能源数据共享，通过对能源数据的关联变化分析而为企业的节能
减排提供可行方案。
为实现能源互联，常常需要在制造企业内建立能源管理系统，设置多种能源计量
仪表来获取各种能源装置的节点数据，以便进行综合分析。但这样需投入大量的人力物力，
一套能源管理系统仅针对一家制造企业使用，通用性差。而且，由于该能源管理系统嵌入到
实际运行的能源生产系统中，若要获取一些特殊的实验数据，如超负荷工况下运行的数据，
则需要能源生产系统在超负荷工况下运行，容易对能源生产系统造成损坏，实验风险高。
因此，是否可通过一个可完全模拟出真实能源生产系统中节点数据变化的能源管
理实验系统，来解决以上问题呢？
发明内容
本发明的目的在于提出一种实验真实性和可靠性高的可模拟真实节点数据变化
的能源管理实验系统、方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种可模拟真实节点数据变化的能源管理实验系统，包括实验控制服务器和多个
模拟节点，所述实验控制服务器和多个模拟节点构建成模拟能源监控网络，所述实验控制
服务器包括：
节点选择模块，用于选择所需测量的模拟节点以及根据所选模拟节点来选择模拟
装置的类型；
中央控制模块，用于根据节点选择模块选择的模拟节点，向所选的模拟节点发送
控制命令；
所述模拟节点包括：
控制命令接收模块，用于接收并执行所述中央控制模块发送的控制命令；
模拟节点基数库，用于设定模拟节点数据的取值范围，并生成在模拟节点数据的
取值范围内的模拟节点基数集；
节点基数生成模块，用于从模拟节点基数库生成的模拟节点基数集中，选取一个
模拟节点基数；
节点伪随机数生成模块，用于根据线性同余法生成模拟节点伪随机数；
模拟节点数据生成模块，用于根据节点基数生成模块选取的模拟节点基数，和根
据节点伪随机数生成模块生成的模拟节点伪随机数，生成模拟节点数据，并向所述实验控
制服务器发送模拟节点数据；
其中，所述模拟节点数据的结构为：
模拟节点数据＝模拟节点基数+模拟节点伪随机数。
优选地，所述节点伪随机数生成模块包括：
伪随机序列产生器，用于根据递归序列公式生成模拟节点伪随机数；
其中，所述递归序列公式为：
x(n+1)＝(Ax(n)+B)mod M，n＝0、1、2、…；
x(n)为前一个模拟节点伪随机数，x(n+1)为后一个模拟节点伪随机数，A、B和M均
为伪随机序列产生器预设的常数，M代表所述递归序列公式的周期且满足以下条件：
(1)B和M互为质数；
(2)A、B和x(0)均小于M；
(3)A-1是p的倍数，p为可除尽M的任何质数；
(4)当M为4的倍数时，A-1必须为4的倍数。
优选地，所述模拟节点还包括：
节点基数传感器，用于获取并输送节点检测数据至所述节点基数生成模块；
所述节点基数生成模块还包括：
节点检测数据判断器，用于判断接收的所述节点检测数据是否在模拟节点数据的
取值范围内，若是则将所述节点检测数据设置为模拟节点基数。
优选地，所述实验控制服务器还包括：
数据更新时间设定模块，用于设定数据更新时间，定时更新模拟节点伪随机数，从
而定时更新模拟节点数据，所述模拟节点数据模拟真实节点数据的波动变化；
模拟节点数据管理库，用于存储管理接收到的所述模拟节点数据。
优选地，使用所述可模拟真实节点数据变化的能源管理实验系统的实验方法，包
括选择模拟节点过程和模拟节点数据生成过程：
选择模拟节点过程包括：
步骤A1，实验控制服务器选择所需测量的模拟节点以及对应模拟的装置类型；
步骤A2，根据步骤A1选择的模拟节点，实验控制服务器向所选的模拟节点发送控
制命令；
步骤A3，模拟节点接收并执行所述实验控制服务器发送的控制命令；
模拟节点数据生成过程包括：
步骤B1，模拟节点设定模拟节点数据的取值范围；
步骤B2，模拟节点根据步骤B1设定的模拟节点数据的取值范围，设置模拟节点基
数；
步骤B3，模拟节点根据线性同余法生成模拟节点伪随机数；
步骤B4，根据步骤B2设置的模拟节点基数，和根据步骤B3生成的模拟节点伪随机
数，模拟节点生成模拟节点数据，并向所述实验控制服务器发送模拟节点数据；
其中，所述模拟节点数据的结构为：
模拟节点数据＝模拟节点基数+模拟节点伪随机数。
优选地，根据线性同余法生成模拟节点伪随机数，具体包括:
模拟节点根据递归序列公式生成模拟节点伪随机数；
所述递归序列公式为：
x(n+1)＝(Ax(n)+B)mod M，n＝0、1、2、…；
x(n)为前一个模拟节点伪随机数，x(n+1)为后一个模拟节点伪随机数，A、B和M均
为常数，M代表所述递归序列公式的周期且满足以下条件：
(1)B和M互为质数；
(2)A、B和x(0)均小于M；
(3)A-1是p的倍数，p为可除尽M的任何质数；
(4)当M为4的倍数时，A-1必须为4的倍数。
优选地，模拟节点基数设置方法，具体包括:
根据步骤B1设定的模拟节点数据的取值范围，模拟节点建立在模拟节点数据的取
值范围内的模拟节点基数集，并从模拟节点基数集中选取一个模拟节点基数；
或者，模拟节点通过传感器获取节点检测数据，并判断获取的节点检测数据是否
在模拟节点数据的取值范围内，若是则将所述节点检测数据设置为模拟节点基数。
优选地，还包括模拟节点数据更新过程：
步骤C1，实验控制服务器设定数据更新时间；
步骤C2，根据步骤C1设定的数据更新时间，模拟节点定时更新模拟节点伪随机数，
从而定时更新模拟节点数据，所述模拟节点数据模拟真实节点数据的波动变化；
步骤C3，实验控制服务器存储管理接收到的所述模拟节点数据。
所述能源管理实验系统基于物物互联的物联网思想，模拟一个或多个电力装置、
供水装置、空调装置和压力装置等能源装置相互关联的企业能源生态系统，实现能源数据
共享，通过对能源数据的关联变化分析而为企业的节能减排提供可行方案。设置多个所述
模拟节点分别模拟出各种能源装置的真实节点数据的波动变化，例如电表、水表、温湿度仪
和压力表等能源计量仪表的节点数据变化。所述伪随机序列产生器利用所述线性同余法生
成模拟节点伪随机数，生成速度快，保证模拟节点数据为围绕一个节点基数在小范围内变
化，贴合正常稳定运行的企业能源生态系统中能源数据变化。
附图说明
附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明其中一个实施例的能源管理实验系统结构示意图；
图2是本发明其中一个实施例的能源管理实验系统模块关系图；
图3是本发明其中一个实施例的能源管理实验系统控制流程图。
其中：实验控制服务器1；模拟节点2；中央控制模块11；节点选择模块12；控制命令
接收模块21；模拟节点基数库22；节点基数生成模块23；节点伪随机数生成模块24；模拟节
点数据生成模块25；伪随机序列产生器241；节点基数传感器26；数据更新时间设定模块13；
模拟节点数据管理库14。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例的可模拟真实节点数据变化的能源管理实验系统，如图1所示，包括实验
控制服务器1和多个模拟节点2，所述实验控制服务器1和多个模拟节点2构建成模拟能源监
控网络，
如图2所示，所述实验控制服务器1包括：
节点选择模块12，用于选择所需测量的模拟节点2以及根据所选模拟节点2来选择
模拟装置的类型；
中央控制模块11，用于根据节点选择模块12选择的模拟节点2，向所选的模拟节点
2发送控制命令；
所述模拟节点2包括：
控制命令接收模块21，用于接收并执行所述中央控制模块11发送的控制命令；
模拟节点基数库22，用于设定模拟节点数据的取值范围，并生成在模拟节点数据
的取值范围内的模拟节点基数集；
节点基数生成模块23，用于从模拟节点基数库22生成的模拟节点基数集中，选取
一个模拟节点基数；
节点伪随机数生成模块24，用于根据线性同余法生成模拟节点伪随机数；
模拟节点数据生成模块25，用于根据节点基数生成模块23选取的模拟节点基数，
和根据节点伪随机数生成模块24生成的模拟节点伪随机数，生成模拟节点数据，并向所述
实验控制服务器1发送模拟节点数据；
其中，所述模拟节点数据的结构为：
模拟节点数据＝模拟节点基数+模拟节点伪随机数。
所述可模拟真实节点数据变化的能源管理实验系统基于物物互联的物联网思想，
模拟一个或多个电力装置、供水装置、空调装置和压力装置等能源装置相互关联的企业能
源生态系统，实现能源数据共享，通过对能源数据的关联变化分析而为企业的节能减排提
供可行方案。所述能源管理实验系统包括实验控制服务器1和多个模拟节点2，所述模拟节
点2生成模拟节点数据，可设置多个模拟节点2，分别模拟出各种能源装置的真实节点数据
的波动变化，例如电表、水表、温湿度仪和压力表等能源计量仪表的节点数据变化；所述实
验控制服务器1用于选择和控制各个模拟节点2；所述模拟节点基数库22根据对应的能源计
量仪表测量范围和预先设定模拟节点数据的取值范围，生成的所有模拟节点数据必须在所
述模拟节点数据的取值范围内，从而保证模拟节点数据的有效性。
使用时，用户通过实验控制服务器1选择所需的模拟节点2，比如电表的模拟节点
2；然后，用户通过所述节点基数生成模块23从所述模拟节点基数集选取一个模拟节点基
数；接着通过所述节点伪随机数生成模块24根据线性同余法生成模拟节点伪随机数；最后，
所述模拟节点数据生成模块25将所述模拟节点伪随机数添加至模拟节点基数从而生成模
拟节点数据，并向所述实验控制服务器1发送模拟节点数据。所述可模拟真实节点数据变化
的能源管理实验系统模拟真实节点数据的波动变化，从而保证所述能源管理实验系统的真
实准确。
优选地，所述节点伪随机数生成模块24包括：
伪随机序列产生器241，用于根据递归序列公式生成模拟节点伪随机数；
其中，所述递归序列公式为：
x(n+1)＝(Ax(n)+B)mod M，n＝0、1、2、…；
x(n)为前一个模拟节点伪随机数，x(n+1)为后一个模拟节点伪随机数，A、B和M均
为伪随机序列产生器241预设的常数，M代表所述递归序列公式的周期且满足以下条件：
(1)B和M互为质数；
(2)A、B和x(0)均小于M；
(3)A-1是p的倍数，p为可除尽M的任何质数；
(4)当M为4的倍数时，A-1必须为4的倍数。
所述伪随机序列产生器241用于根据递归序列公式生成模拟节点伪随机数，即通
过对前一个模拟节点伪随机数进行线性运算并取模从而得到下一个模拟节点伪随机数。所
述伪随机序列产生器241利用所述线性同余法生成模拟节点伪随机数，生成速度快，生成的
模拟节点伪随机数均匀分布并且其随机性高，继而使模拟节点数据能更好地模拟真实节点
数据的波动变化。需要说明的是，x(0)＝0，从而生成的模拟节点伪随机数变化幅度不大，保
证模拟节点数据为围绕一个节点基数在小范围内变化，贴合正常稳定运行的企业能源生态
系统中能源数据变化。
优选地，所述模拟节点2还包括：
节点基数传感器26，用于获取并输送节点检测数据至所述节点基数生成模块23；
所述节点基数生成模块23还包括：
节点检测数据判断器，用于判断接收的所述节点检测数据是否在模拟节点数据的
取值范围内，若是则将所述节点检测数据设置为模拟节点基数。
所述模拟节点2还包括节点基数传感器26，用户可自行选择通过节点基数传感器
26来检测获取节点检测数据，使所述节点基数生成模块23设置的所述模拟节点基数更为真
实，继而使生成的模拟节点数据更为真实可靠。
优选地，所述实验控制服务器1还包括：
数据更新时间设定模块13，用于设定数据更新时间，定时更新模拟节点伪随机数，
从而定时更新模拟节点数据，所述模拟节点数据模拟真实节点数据的波动变化；
模拟节点数据管理库14，用于存储管理接收到的所述模拟节点数据。
由于在正常稳定运行的企业能源生态系统中真实节点数据为围绕一个节点基数
在一定范围内上下波动，因此设置所述数据更新时间设定模块13，通过定时更新模拟节点
伪随机数，使所述模拟节点数据模拟真实节点数据的波动变化，从而保证能源管理实验系
统的真实准确。所述模拟节点数据管理库14将接收到的模拟节点数据进行存储和分类管
理，可生成各种模拟节点数据分析表，便于用户分析数据，为设计节能减排方案提供支持。
优选地，使用所述可模拟真实节点数据变化的能源管理实验系统的实验方法，如
图3所示，包括选择模拟节点过程和模拟节点数据生成过程：
选择模拟节点过程包括：
步骤A1，实验控制服务器1选择所需测量的模拟节点2以及对应模拟的装置类型；
步骤A2，根据步骤A1选择的模拟节点2，实验控制服务器1向所选的模拟节点2发送
控制命令；
步骤A3，模拟节点2接收并执行所述实验控制服务器1发送的控制命令；
模拟节点数据生成过程包括：
步骤B1，模拟节点2设定模拟节点数据的取值范围；
步骤B2，模拟节点2根据步骤B1设定的模拟节点数据的取值范围，设置模拟节点基
数；
步骤B3，模拟节点2根据线性同余法生成模拟节点伪随机数；
步骤B4，根据步骤B2设置的模拟节点基数，和根据步骤B3生成的模拟节点伪随机
数，模拟节点2生成模拟节点数据，并向所述实验控制服务器1发送模拟节点数据；
其中，所述模拟节点数据的结构为：
模拟节点数据＝模拟节点基数+模拟节点伪随机数。
所述可模拟真实节点数据变化的能源管理实验方法用于为物联网能源管理实验
提供模拟节点数据，所述模拟节点数据模拟真实节点数据的波动变化，提高实验的真实性
和可靠性。物联网能源管理实验，基于物物互联的物联网思想，模拟一个或多个电力装置、
供水装置、空调装置和压力装置等能源装置相互关联的企业能源生态系统，实现能源数据
共享，通过对能源数据的关联变化分析而为企业的节能减排提供可行方案。而物联网能源
管理实验的关键在于可模拟出各种能源装置的真实节点数据的波动变化，在正常稳定运行
的企业能源生态系统中真实节点数据为围绕一个节点基数在一定范围内上下波动。
所述模拟节点数据生成方法根据线性同余法生成模拟节点伪随机数，并将其添加
至所述模拟节点基数以形成模拟节点数据，通过定时更新模拟节点伪随机数，使所述模拟
节点数据模拟真实节点数据的波动变化，从而保证物联网能源管理实验的真实准确。可模
拟出各种能源装置的真实节点数据的波动变化，例如电表、水表、温湿度仪和压力表等能源
计量仪表的节点数据变化。所述模拟节点数据的取值范围是根据对应的能源计量仪表测量
范围而设定的，生成的所有模拟节点数据必须在所述模拟节点数据的取值范围内，从而保
证模拟节点数据的有效性。
优选地，根据线性同余法生成模拟节点伪随机数，具体包括:
模拟节点2根据递归序列公式生成模拟节点伪随机数；
所述递归序列公式为：
x(n+1)＝(Ax(n)+B)mod M，n＝0、1、2、…；
x(n)为前一个模拟节点伪随机数，x(n+1)为后一个模拟节点伪随机数，A、B和M均
为常数，M代表所述递归序列公式的周期且满足以下条件：
(1)B和M互为质数；
(2)A、B和x(0)均小于M；
(3)A-1是p的倍数，p为可除尽M的任何质数；
(4)当M为4的倍数时，A-1必须为4的倍数。
线性同余法根据递归序列公式生成模拟节点伪随机数，即通过对前一个模拟节点
伪随机数进行线性运算并取模从而得到下一个模拟节点伪随机数。利用所述线性同余法生
成模拟节点伪随机数，生成速度快，生成的模拟节点伪随机数均匀分布并且其随机性高，继
而使模拟节点数据能更好地模拟真实节点数据的波动变化。需要说明的是，x(0)＝0，从而
生成的模拟节点伪随机数变化幅度不大，保证模拟节点数据为围绕一个节点基数在小范围
内变化，贴合正常稳定运行的企业能源生态系统中能源数据变化。
优选地，模拟节点基数设置方法，具体包括:
根据步骤B1设定的模拟节点数据的取值范围，模拟节点2建立在模拟节点数据的
取值范围内的模拟节点基数集，并从模拟节点基数集中选取一个模拟节点基数；
或者，模拟节点2通过传感器获取节点检测数据，并判断获取的节点检测数据是否
在模拟节点数据的取值范围内，若是则将所述节点检测数据设置为模拟节点基数。
所述模拟节点基数可从所述模拟节点基数集中选取，所述模拟节点基数为一个固
定值，在更新中维持不变，即模拟节点数据由一个固定的模拟节点基数和一个变化的模拟
节点伪随机数组成。所述模拟节点基数也可通过传感器来检测获取，使设置的所述模拟节
点基数更为真实，继而使生成的模拟节点数据更为真实可靠。
优选地，如图3所示，还包括模拟节点数据更新过程：
步骤C1，实验控制服务器1设定数据更新时间；
步骤C2，根据步骤C1设定的数据更新时间，模拟节点2定时更新模拟节点伪随机
数，从而定时更新模拟节点数据，所述模拟节点数据模拟真实节点数据的波动变化；
步骤C3，实验控制服务器1存储管理接收到的所述模拟节点数据。
由于在正常稳定运行的企业能源生态系统中真实节点数据为围绕一个节点基数
在一定范围内上下波动，因此设置模拟节点数据更新过程，通过定时更新模拟节点伪随机
数，使所述模拟节点数据模拟真实节点数据的波动变化，从而保证能源管理实验方法的真
实准确。所述实验控制服务器1将接收到的模拟节点数据进行存储和分类管理，可生成各种
模拟节点数据分析表，便于用户分析数据，为设计节能减排方案提供支持。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的
原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术
人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入
本发明的保护范围之内。