一種支撐互動化用電信息採集系統的製作方法

2024-01-24 13:01:15

本發明涉及智能用電領域，特別是涉及一種支撐互動化用電信息採集系統。

背景技術：

近年來，隨著全球經濟的快速發展，能源緊缺問題日益突出，能源問題成為世界各國關注的焦點。與此同時，電網結構逐漸從集中式電網向分布式能源接入和雙向能源平衡方向發展，合理利用能源，推進智能電網建設，倡導智能用電將成為未來電網的發展趨勢。

智能用電的互動化特性是實現供需雙方信息和電能的雙向互動。然而，在當今的電網環境下，大部分用戶是固定的「負荷」，只能被動的接受供電方的調配，在電力供應緊張或者系統安全受到威脅時，無法主動參與維護電網的安全運行。一個重要的原因在於用戶無法及時、高效地接收來自電網的信息，雙方之間沒有一條可供交流的渠道，而智能用電的一個目標就是搭建用戶與電網雙向互動平臺，使電力用戶與電網之間能夠可靠、廣泛的聯繫，鼓勵用戶在必要情況下改變傳統的用電方式，積極參與電網運行，從而優化整個電力系統的供需關係，並且能夠實現分布式電源的「即插即用」併網運行方式以及電動汽車充放電的用能管理。

用電互動技術是指隨著現代化的信息技術、通信技術、計算機技術的發展，智能電網側與用戶側之間能夠實現控制類、管理類、信息類的雙向互動，使電力用戶享受到智能化、多樣化的優質服務，同時，又能夠提高電力企業對電力用戶的有效管理與控制能力，並改善供電質量與服務。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明依託用電信息採集系統平臺，實現電網與客戶能量流、信息流、業務流實時互動，構建客戶廣泛參與、市場響應迅速、服務方式靈活、資源配置優化、管理高效集約、多方合作共贏的新型供用電模式，不斷提升供電質量和服務品質，逐步提高電能利用效率及電能佔終端能源消費的比重。

本發明的目的是提供一種提升供電質量和服務品質，全面支撐智能用電互動化建設的支撐互動化用電信息採集系統。

為實現上述發明目的，本發明提供的技術方案是：

一種支撐互動化用電信息採集系統，在智能電網側與用戶側之間進行控制類、管理類、信息類的雙向互動，所述系統包括用電信息採集模塊、多信道與多模通信模塊、人工智慧模塊、智能控制模塊和智能用電互動集成模塊，

其中，所述用電信息採集模塊在用戶側測量、收集、儲存、分析、運用和傳送用戶用電數據、電價信息和系統運行狀況，同時支持需求響應；

所述多信道與多模通信模塊在智能電網側進行能效市場潛力分析、客戶能效項目在線預評估及能效信息發布和交流；

所述人工智慧模塊負責智能電網側的問題輸入、問題分析、問題求解和結果輸出；

所述智能控制模塊分析、診斷和預測智能電網狀況的裝置和算法，並做出決策、採取措施排除、解決電力問題；

所述智能用電互動集成模塊對信息系統、數據和應用進行集成。

進一步地，系統在用戶側還包括電力需求響應模塊，當電力批發市場價格升高或系統可靠性受威脅時，電力用戶接收到供電方發出的誘導性減少負荷的直接補償通知或者電力價格上升信號後，改變其固有的習慣用電模式，達到減少或者推移某時段的用電負荷而響應電力供應。

進一步地，所述用電信息採集模塊由四個部分組成：智能電錶、通信網絡、量測數據管理系統和用戶戶內網絡，同時能夠為應用系統建立應用接口，

所述智能電錶是可編程的電錶，用於記錄電能量，根據預先設定時間間隔來測量和儲存電能量、有功功率、無功功率、電壓的測量值，所述智能電錶具有內置通信模塊，接入雙向通信系統和數據中心進行信息交流；

所述通信網絡採用固定的雙向通信網絡，定時多次讀取智能電錶，並能把包括故障報警和裝置幹擾報警的表計信息實時地從智能電錶傳到數據中心；

所述量測數據管理系統是帶有分析工具的資料庫，處理和儲存電錶的計量值；

所述用戶戶內網絡通過網關或用戶入口把智能電錶和用戶戶內可控的電器或裝置連接起來，用戶能夠根據電力公司的需要，參與用戶側響應或電力市場。

進一步地，所述多信道與多模通信模塊採用無源光網絡技術，點對多點的光纖傳輸和接入，下行採用廣播方式、上行採用時分多址方式，組成樹型、星型、總線型多種拓樸結構。

進一步地，所述多信道與多模通信模塊採用低壓電力線載波通信技術，用偽隨機編碼將待發送的信息數據進行調製，實現頻譜擴展後再傳輸，在接收端採用相同編碼進行解調及相關處理，同時採用多載波方式進行調製。

進一步地，所述多信道與多模通信模塊採用無線通信技術，全球微波互聯接入，數據傳輸距離達到50km。

進一步地，所述人工智慧模塊，混合結構地區供電局電力營銷輔助決策技術支持系統利用地區供電局普遍已有的SCADA、電能量採集和負控實時系統，進行供電轄區電力營銷數據的優化整合及指標分析，搭建了獨立的資料庫伺服器，按權限開放給區域網內的用戶。

進一步地，所述智能控制模塊利用高級控制方法將檢測主要器件提供及時和合適的響應，對任意事件進行快速診斷，同時支持支持市場定價和提高資產管理水平。

進一步地，在所述智能用電互動集成模塊中，信息的集成將分離的設備、功能和信息集成到相互關聯的、統一和協調的系統之中；

數據的集成把不同來源、格式、特點性質的數據在邏輯上或物理上有機地集中；

應用的集成將應用軟體和系統集成到一個單一系統中，進行業務處理和信息共享，應用集成由資料庫、業務邏輯以及用戶界面三個層次組成。

採用上述技術方案，本發明具有如下有益效果：

第一，本發明通過供電側和用電側的信息高效互動，客戶可根據電網發布的實時電價信息，選擇最佳用能方案，自主做出用電需求響應，自覺將尖峰時段的部分負荷轉移到非尖峰時段，減少電費開支，降低電網高峰負荷，提高發輸電設備運營效率。

第二，本發明的系統通過雙向互動，最大限度引導客戶科學合理用電，提高電能在終端能源消費中的比重，提高全社會能源使用效率。通過雙向互動，引導能源的合理高效使用，節能低碳、綠色環保。

第三，本發明充分考慮客戶個性化、差異化服務需求，實現能量流、信息流和業務流的雙向交互，為客戶提供靈活定製、多種選擇、高效便捷的服務，本發明實現了各類用戶和不同智能用電設備的互動化服務，對用戶的個性化用電服務性強。

附圖說明

圖1為實施例用電信息採集模塊的結構示意圖；

圖2為另一實施例無線通信技術的系統網組示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的結構圖及具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

本發明提供一種支撐互動化用電信息採集系統，在智能電網側與用戶側之間進行控制類、管理類、信息類的雙向互動，本系統包括用電信息採集模塊、多信道與多模通信模塊、人工智慧模塊、智能控制模塊和智能用電互動集成模塊。

實施例1

圖1為本發明用電信息採集模塊的的結構示意圖，如圖1所示，用電信息採集(AMI)是一個用來測量、收集、儲存、分析和運用用戶用電信息的完整的信息處理系統，由智能電錶、廣域通信網絡、用戶戶內網絡和測量數據管理系統等部分組成，為定時或即時取得帶時標的多種計量值、與用戶進行信息互動、分布式能源接入及管理、家庭能源管理等提供了強有力的支持平臺。它的4個主要組成部分是：智能電錶、通信網絡、量測數據管理系統(MDMS)和用戶戶內網絡(HAN)。除此之外，為了充分利用AMI取得的數據，需要為許多現有的應用系統建立應用接口，如負荷預測、故障響應、客戶支持和系統運行等。

智能電錶

智能電錶是可編程的電錶，除了用於電能量記錄以外，還可以實現很多功能。它能根據預先設定時間間隔(如15min，30min等)來測量和儲存多種計量值(如電能量、有功功率、無功功率、電壓等)。它還具有內置通信模塊，能夠接入雙向通信系統和數據中心進行信息交流。智能電錶具有雙向通信功能，支持電錶的即時讀取(可隨時讀取和驗證用戶的用電信息)、遠程接通和開斷、裝置幹擾和竊電檢測、電壓越界檢測，也支持分時電價或實時電價和需求側管理。智能電錶還有一個十分有效的功能，在檢測到失去供電時電錶能發回斷電報警信息(許多是利用內置電容器的蓄電來實現)，這給故障檢測和響應提供了很大的方便。

通信網絡

AMI採用固定的雙向通信網絡，能夠每天多次讀取智能電錶，並能把表計信息包括故障報警和裝置幹擾報警近於實時地從電錶傳到數據中心。常見的通信系統的結構包括分層系統、星狀和網狀網和電力線載波，可以採用不同的媒介來向數據中心實施廣域通信，如電力線載波(PLC)、電力線寬帶(BPL)、銅或光纖、無線射頻、網際網路等。在分層系統網絡中，區域網(LAN)連接電錶和數據集中器，而數據集中器則通過廣域網(WAN)和數據中心相連。數據集中器通常在杆塔上、在變電站裡或在其他的一些設施上，它們是區域網和廣域網的交匯點。

量測數據管理系統(MDMS)

MDMS是一個帶有分析工具的資料庫，通過與AMI自動數據收集系統(ADCS)的配合使用，處理和儲存電錶的計量值。

ADCS按照預先設定的時間或由事件觸發的任何時間把智能電錶的計量或報警信息取回數據中心。通過企業服務總線(ESB)將數據與其他系統分享。一些實時運行需要的信息會直接轉發到相關的系統(如停電管理系統，OMS；行動工作者管理系統，MWM；調度管理系統，DMS；能量管理系統，EMS；配電自動化和其他運行方面的應用系統)。

MDMS從ESB取得數據後，對其進行處理和分析，然後按要求和需要傳給其他對實時性要求不高的系統，如用戶信息系統(CIS)、計費系統、企業資源計劃(ERP)、電能質量管理、負荷預測系統、變壓器負荷管理(TLM)。MDMS的一個基本功能是對AMI數據進行確認、編輯、估算，以確保即使通信網絡中斷和用戶側故障時，流向上述信息系統或軟體的數據流也是完整和準確的。AMI其中一個重要組成部分是信息系統和應用，其處於數據中心，其中量測數據管理系統(MDMS)尤為重要，MDMS是一個可以分析的資料庫，它是通過與AMI自動數據收集系統(ADCS)的配合來行使作用，智能電錶所發出的計量值或其他信息被ADCS按照先前設定的時間取回來到數據中心，並與其他系統分享。

用戶戶內網絡(HAN)

HAN通過網關或用戶入口把智能電錶和用戶戶內可控的電器或裝置(如可編程的溫控器)連接起來，使得用戶能根據電力公司的需要，積極參與需求側響應或電力市場。HAN中一個重要的設備是處於用戶室內的戶內顯示器(IHD)。它接受電錶的計量值和電力公司的價格信息並把這些信息連續地近於實時地顯示給用戶，使得用戶及時和準確地了解用電情況、費用和市場信息。鼓勵用戶節約用電，根據市場或系統的要求調整他們的用電習慣，如把一些用電調整至系統需求低谷時段。根據不同的項目實驗，這些措施可降低峰荷5％以上。

HAN也可根據用戶的選擇來設定，根據不同的電價信號便可進行負荷控制，而無需用戶不停地參與用電調整。同時，它還可以限定來自電力公司和局部的控制的動作權限。HAN的用戶入口可以處在的不同的設備上，如電錶、相鄰的集中器、由電力公司提供的獨立的網關或用戶的設備(比如用戶自己的網際網路網關)。

實施例2

多信道與多模通信可採取通信組網技術，低壓電力線載波(PLC)技術，無線通信技術等。

無源光網絡(EPON)技術是一種點對多點的光纖傳輸和接入技術，下行採用廣播方式、上行採用時分多址方式，可以靈活地組成樹型、星型、總線型等拓樸結構，在光分支點不需要節點設備，只需要安裝一個簡單的光分支器即可，因此具有節省光纜資源、帶寬資源共享、節省機房投資、設備安全性高、建網速度快、綜合建網成本低等優點。

本技術能支持樹形、鏈型手拉手、壞形等拓撲結構，與配網網架結構一致。具備高帶寬和高QOS保障等特點，上下行傳輸速率最低不小於1.25Gbps以上，利用光纖作為傳輸介質，運行可靠穩定。具備有效的隔離保障機制、VLAN隔離、保護埠、MAC地址綁定、IP位址綁定、埠限速、隊列技術、流控技術等為多業務融合的開展起到了技術保障，能平滑升級擴容。

低壓電力線載波通信(PLC)技術有3項，包括：擴頻通信技術、多載波正交頻分多址技術。擴頻通信SSC(pread Spectrum Communication)是用偽隨機編碼將待發送的信息數據進行調製，實現頻譜擴展後再傳輸，在接收端則採用同樣的編碼進行解調及相關處理。多載波正交頻分多址技術。是一種多載波調製方式，通過減小和消除碼間串擾的影響來克服信道的頻率選擇性衰落。

圖2為無線通信技術的系統網組示意圖，如圖2所示。WiMAX全球微波互聯接入技術：WiMAX是一項新興的寬帶無線接入技術，能提供面向網際網路的高速連接，數據傳輸距離最遠可達50km。

實施例3

在人工智慧模塊中，人工智慧輔助決策與分析技術能充分利用各部門已有的數據，如SCADA系統與MIS系統數據，並能將海量數據作優化整合，實時計算出相關指標以提取所關心的營銷信息。與目前普通電力營銷系統相比，其最大特點在於提供了優化算法接口，可對營銷部門最關心的購售電問題進行不同時間尺度的理論優化計算，計及市場與政策因素，構建出的數學模型使購售電利潤最大化，從而為決策者提供科學的營銷輔助決策。所有信息按權限進行Web發布，讓各部門能迅速掌握第一手營銷數據。

B/S與C/S混合結構地區供電局電力營銷輔助決策技術支持系統利用了地區供電局普遍已有的SCADA、電能量採集、負控等實時系統，進行供電轄區電力營銷數據的優化整合及指標分析。為方便後期電力營銷決策高層軟體的開發與應用，系統搭建了獨立的資料庫伺服器，按權限開放給區域網內的用戶。

電力營銷輔助決策技術支持系統掛靠在地區供電局內部區域網中，利用C/S方式的數據採集端通過數據中心的Web Servers數據輸出接口進行實時數據採集匯總，採集頻率可進行自定義，如15min、1h等。系統與SCADA等系統進行數據傳輸採取了安全隔離措施，以保證各個系統的安全。在系統用戶側，亦採用一定安全措施，使區域網內用戶只能通過Web方式按權限瀏覽或列印系統發布的信息，只有超級用戶才能通過客戶終端機進行數據維護。

實施例4

智能控制模塊是智能電網的關鍵，也是智能家居，樓宇，園區高效運行的關鍵，而智能控制模塊的關鍵是高級控制方法技術，高級控制方法技術是用來分析，診斷，和預測智能電網狀況的裝置和算法，並決策和採取正確的措施排除、解決電力問題，提高用戶與電力公司的互動。

高級控制技術包括：高級控制方法將檢測主要器件(傳感與測量)，提供及時和合適的響應(集成通信、高級電力設施)，對任意事件進行快速診斷(決策支持)。另外，高級控制方法將支持市場定價和提高資產管理水平。高級控制技術主要集成在以下領域：分布式智能體、分析工具等。

分布式智能體是自適應，自我學習，自我修復以及半自動控制的系統，能夠在本地層快速響應，以減輕中心控制系統和操作人員的負擔。許多這種智能體通常利用對等的通信方式結合組成一個多智能體系統，這種多智能體系統能夠完成單個智能體難以完成的目標。

數字繼電保護方法如下：

a)測量電路系統參數，並對數據進行分析，自動執行控制動作以保護電路系統設備與其他資產；

b)通過加強通信協調，確保最後一個反饋缺陷的部分來消除缺陷；

c)電網重新設置後，保護能自動協調跟新；

d)提供故障後的數據以分析事故起因。

智能分接開關通過檢測電壓上下限來實現高級控制，最下限度的吸取傳輸系統中的無功功率。

能源消耗監控系統監控電力系統參數和市場信息，考慮消費者預設定和代表消費者關注能源成本，舒適和健康。基於實時價格的支持需求響應項目。

數據採集方式分為為四層構架：數據採集層、數據傳輸層、數據處理存儲層和數據展示層。

實施例5

在智能用電互動集成模塊中，主要包括信息集成、數據集成和應用集成。

信息系統集成，就是通過結構化的綜合布線系統和計算機網絡技術，將各個分離的設備(如個人電腦)、功能和信息等集成到相互關聯的、統一和協調的系統之中，使資源達到充分共享，實現集中、高效、便利的管理。

數據集成主要包括數據集成的方法與規範、數據倉庫、異構數據集成、數據集成工具、元數據管理以及數據集成典型實例。數據集成是把不同來源、格式、特點性質的數據在邏輯上或物理上有機地集中，從而為企業提供全面的數據共享。在企業數據集成領域，已經有了很多成熟的框架可以利用。目前通常採用聯邦式、基於中間件模型和數據倉庫等方法來構造集成的系統。

應用集成主要包括應用集成的概念與標準、應用集成的主流技術。應用集成就是建立一個統一的綜合應用，也即將截然不同的、基於各種不同平臺、用不同方案建立的應用軟體和系統有機地集成到一個無縫的、並列的、易於訪問的單一系統中，並使它們就像一個整體一樣，進行業務處理和信息共享。應用集成由資料庫、業務邏輯以及用戶界面三個層次組成。

實施例6

本發明的系統在用戶側還優選地包括需求響應模塊。當電力批發市場價格升高或系統可靠性受威脅時，電力用戶接收到供電方發出的誘導性減少負荷的直接補償通知或者電力價格上升信號後，改變其固有的習慣用電模式，達到減少或者推移某時段的用電負荷而響應電力供應，從而保障電網穩定，並抑制電價上升的短期行為。

以上所述實施例僅表達了本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。