一種基於實時用電的計量系統與方法與流程
2023-10-19 14:02:27 1
本發明涉及電力的測量與計費技術領域，特別涉及一種基於實時用電的計量系統與方法。
背景技術：
隨著現在經濟的全球化發展，對能源需求的持續增長，全世界的能源發展的策略、未來的能源結構已經發生了重大而深遠的改變。低碳經濟、新興能源、智能電網、智能家居已經成為全球的廣泛關注的熱點話題。電網是能源產業結構的重要環節，是低碳經濟發展的基礎設施和重要環節，在推動低碳經濟中起著最為關鍵的作用。電網包括輸電網和配電網，發電廠發出的電能通過輸電、變電和配電過程，輸送給用戶，使用戶使用電能。
傳統的居民電能計量管理方式是一戶一表、人工抄表、人工計費、個人交費。電錶都是以月或季度為單位由人工上門抄表，時間周期長且工作量較大。這種方式不可避免地存在許多問題，如抄數據採集不夠及時，耗費人工多，成本高，效率低，對拖欠電費缺乏約束機制等。尤其是在「共享經濟」的大背景下，之前的用電計量方式滿足不了實時用電計量的需求。
技術實現要素：
本發明的目的旨在至少解決所述技術缺陷之一。
為此，本發明的目的在於提出一種基於實時用電的計量系統與方法。
為了實現上述目的，本發明一方面的實施例提供一種基於實時用電的計量系統，包括：中心伺服器和多臺智能交互供電設備，其中，所述中心伺服器與每臺所述智能交互供電設備通信；
每臺所述智能交互供電設備用於實時計量本地用戶的用電量數據和用電金額，並將所述用電量數據和用電金額上報至所述中心伺服器，其中，所述智能交互供電設備包括：微處理器、與所述微處理器相連的電源單元、電能計量單元、數據保護單元、通信單元、顯示單元，
所述電源單元用於向所述微處理器供電；
所述微處理器在接收到用電請求後，通過所述通信單元每隔預設時間間隔向所述中心伺服器詢問實時電價，並根據所述實時電價更新用戶的用電金額，直至所述用電請求結束；
所述電能計量單元用於採集用電設備的電壓電流參數，並計算出用戶的用電量數據，將所述用電量數據發送至所述微處理器，由所述微處理器根據所述用電量數據和實時電價，計算用戶實時的用電金額，並將所述用電金額和用電量數據作為用戶用電數據在本地的數據保護單元存儲後，再發送至所述中心伺服器備份；
所述數據保護單元用於本地存儲所述用電量數據和用電金額；
所述顯示單元用於顯示所述用電量數據和用電金額；
所述中心伺服器用於根據所述本地用戶的用電量數據，計算該用戶的實時電價，並將所述實時電價返回給對應的智能交互供電設備，以及接收來自每臺所述智能交互供電設備的用戶用電數據，將所述用戶用電數據存儲至雲端伺服器。
進一步，所述智能交互供電設備還包括：與所述微處理器相連的時鐘單元和鍵盤單元，所述時鐘單元用於提供本地時間和用電時間；所述鍵盤單元用於接收用戶的輸入操作，查詢歷史用電信息和電量實時價格表。
進一步，所述中心伺服器採用下式計算實時電價y，
其中，n為當前區域剩餘供電樁的數目，m為當前請求用電的客戶數目，p為城市基準電價，θ為價格調控因子，q為用電客戶發出用電請求時距離充電樁的距離，k為綜合調價係數。
本發明另一方面的實施例提供一種基於實時用電的計量方法，包括如下步驟：步驟s1，所述智能交互供電設備接收用電請求，每隔預設時間間隔向所述中心伺服器詢問實時電價，並根據所述實時電價更新用戶的用電金額，直至所述用電請求結束；
步驟s2，所述中心伺服器計算出該智能交互供電設備所處位置的實時電價，並返回給所述智能交互供電設備；
步驟s3，所述智能交互供電採集用電設備的電壓電流參數，並計算出用戶的用電量數據，根據所述用電量數據和實時電價，計算用戶實時的用電金額，並將所述用電金額和用電量數據作為用戶用電數據發送至所述中心伺服器備份；
步驟s4，所述中心伺服器用接收來自所述智能交互供電設備的用戶用電數據，回復確認收到信息，並將所述用戶用電數據存儲至雲端伺服器。
進一步，還包括如下步驟：所述智能交互供電設備接收用戶的輸入操作，查詢歷史用電信息和電量實時價格表。
進一步，所述中心伺服器採用下式計算實時電價y，
其中，n為當前區域剩餘供電樁的數目，m為當前請求用電的客戶數目，p為城市基準電價，θ為價格調控因子，q為用電客戶發出用電請求時距離充電樁的距離，k為綜合調價係數。
根據本發明實施例的基於實時用電的計量系統與方法，可以實現實時用電計量的功能，通過實時電價的計算，用戶不但知道自己用了多少電量，還可以知道自己用電的金額，便於用戶科學地規劃自己的用電時間與用電量。通過電價彈性機制，可以微觀調控用戶的用電時間區間以及用電站點的選擇，實現科學供電以及售電效益的最大化。本發明將用戶的用電數據既在本地存儲，同時同步也在雲端伺服器資料庫存儲，保證了用電數據的較高安全性。本發明目的是為了實現用戶用電計量的實時化與智能化，並可以通過價格激勵對用戶的用電行為進行引導，在提高電力設施利用率的情況下同時獲得最大的經濟效益。本系統具有實時性、效率高、智能交互的特點，適宜智慧城鎮中共享用電系統的計量與計費。
本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1為根據本發明實施例的基於實時用電的計量系統的架構圖；
圖2為根據本發明實施例的基於實時用電的計量系統的架構圖；
圖3為根據本發明實施例的邊際供求價格劇變曲線的示意圖；
圖4為根據本發明實施例的實時電價計量圖；
圖5為根據本發明實施例的智能計量系統的交互方式的示意圖；
圖6為根據本發明實施例的智能交互供電設備的工作流程圖；
圖7為根據本發明實施例的中心伺服器工作流程圖；
圖8為根據本發明實施例的基於實時用電的計量方法的流程圖。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
本發明針對共享用電計量以及實時電價的需求，提出了一種基於實時用電的計量系統及方法，可以用於共享用電環境，實時計量用戶電量並計算用電金額的系統，助力構建智能電網。
如圖1所示，本發明實施例提出一種基於實時用電的計量系統，包括：中心伺服器和多臺智能交互供電設備，其中，中心伺服器與每臺智能交互供電設備(1～n)通信。
具體地，每臺智能交互供電設備搭建了一個可以實現用電量計量、顯示、存儲以及與中心伺服器實現數據交互系統，可以實時計量本地用戶的用電量數據，並計算用電金額，並將用電量數據上報至中心伺服器。
智能交互供電設備通過計算得出的實時的電價與計量得出的用電量可以計算出用戶的用電金額，並實現用電數據的本地實時存儲與中心伺服器雲端同步存儲。
如圖2所示，智能交互供電設備包括：微處理器12、與微處理器12相連的電源單元11、電能計量單元13、數據保護單元15、通信單元14、顯示單元16。
電源單元11用於向微處理器12供電。微處理器12在接收到用電請求後，通過通信單元14每隔預設時間間隔向中心伺服器詢問實時電價，並根據實時電價更新用戶的用電金額，直至用電請求結束。在本發明的一個實施例中，微處理器12即為mcu控制器。
電能計量單元13用於採集用電設備的電壓電流參數，並計算出用戶的用電量數據，將用電量數據發送至微處理器12，由微處理器12根據用電量數據和從中心伺服器接收到的實時電價，計算用戶實時的用電金額，並將用電金額和用電量數據作為用戶用電數據在本地的數據保護單元15存儲後，再通過通信單元14發送至中心伺服器備份。
數據保護單元15用於在本地存儲來自微處理器12的用電量數據和用電金額。顯示單元16用於顯示用電量數據和用電金額，從而可以通知用戶，以讓用戶實時知道自己的用電信息。
進一步，智能交互供電設備還包括：與微處理器12相連的時鐘單元18和鍵盤單元17，時鐘單元18用於提供本地時間和用電時間。
鍵盤單元17用於接收用戶的輸入操作，查詢歷史用電信息和電量實時價格表。具體地，用戶可以通過鍵盤單元17與系統實現互動，例如查詢歷史用電信息以及查詢電量實時價格表。
如圖5和圖6所示，智能交互供電設備的工作流程如下：
步驟一：檢查各個單元是否正常工作，一切正常則進入待機狀態；
步驟二：接收到用電請求，向中心伺服器詢問實時電價；
步驟三：通過用電量與實時電價計算用戶實時的用電金額；
步驟四：每隔預設時間間隔t,向中心伺服器詢問一次實時電價，並用更新後的電價繼續計算用電金額，直到收到結束用電請求；
步驟五：得出用戶用電數據，進行本地用電數據存儲，並利用顯示單元16進行用電數據顯示；
步驟六：利用通信單元14將用戶用電數據發送給中心伺服器。
步驟七：返回待機狀態，等待下一次用電計量。
中心伺服器通過無線通信網絡與智能實現實時通信，主要包括計算實時電價以及實現資料庫存儲功能。具體地，中心服務根據本地用戶的用電量數據，計算該用戶的實時電價，並將實時電價返回給對應的智能交互供電設備，以及接收來自每臺智能交互供電設備的用戶用電數據，將用戶用電數據存儲至雲端伺服器。
中心伺服器通過管理界面向用戶發送由一種實時定價的方法計算得到的當前電價以及接收用戶用電數據，並將採集到的用戶數據存儲到數據中心的資料庫中。
中心伺服器的核心部分是採用一種基於當前全網的發電量與需求量來實時計算售電價格的方法。
參考了微觀經濟學領域的邊際供求價格劇變曲線規律，考慮了當前區域剩餘供電樁的數目、當前請求用電的客戶數目、基準電價、價格調控因子、距離等因素得出的實時計算電價的方法。
具體地，參考微觀經濟學的原理，可以得到邊際供求價格劇變曲線，將這一理論應用到售電系統中，得到受供電量與需求量影響的電價曲線，並依此作為實時電價的定價依據。如圖3所示，其中原點是供電量與需求量一致時價格最優的點，當需求大於或小於供給時，可以由兩邊的指數函數計算出當前的最佳電價，以引導用戶消費的時間與方式。
在本發明的一個實施例中，中心伺服器採用下式計算實時電價y，
其中，
1、當前區域剩餘供電樁的數目n；
2、當前請求用電的客戶數目m；
3、城市基準電價p(單位元)；
4、出於特殊原因的價格調控因子θ(可正可負)；
5、用電客戶發出用電請求時距離充電樁的距離q(單位km)；
6、綜合調價係數k。
通過如上公式，中心伺服器可以計算出當前某一地區用電樁的實時電價，並將其發送給智能交互供電設備，智能交互供電設備則根據這一電價進行用電金額的計量。
舉例來說，假設當地的基準電價為1元/度，價格調控因子θ為0，用戶距離充電設施的距離為1km,由公式
如圖4所示，分別為綜合調價係數k＝0.1,0.2,0.3時，以m/n為橫坐標，實時電價為縱坐標的函數圖像y1,y2,y3。
通過改變綜合調價係數k的值，中心伺服器可以根據當前的各種因素調節實時電價，並將其發送給智能交互供電設備。
如圖5和圖7所示，中心伺服器的工作流程：
步驟一：中心伺服器進入工作狀態；
步驟二：如果收到智能交互供電設備詢問實時電價的請求，則執行步驟三，收到用電數據存儲請求則執行步驟四；
步驟三：利用本發明提出的計算方法計算出智能交互供電設備所處位置的實時電價發送給智能交互供電設備，返回步驟二；
步驟四：接收智能交互供電設備發送的用戶用電數據；
步驟五：回復確認收到的信息並進行用戶用電數據的雲端存儲，返回步驟二。
通過上述步驟，可以實時計量用戶電量並根據實時電價計算用電金額的功能。
如圖8所示，本發明實施例還提出一種基於實時用電的計量方法，包括如下步驟：
步驟s1，智能交互供電設備接收用電請求，每隔預設時間間隔向中心伺服器詢問實時電價，並根據實時電價更新用戶的用電金額，直至用電請求結束。
步驟s2，中心伺服器計算出該智能交互供電設備所處位置的實時電價，並返回給智能交互供電設備。
參考了微觀經濟學領域的邊際供求價格劇變曲線規律，考慮了當前區域剩餘供電樁的數目、當前請求用電的客戶數目、基準電價、價格調控因子、距離等因素得出的實時計算電價的方法。
具體地，參考微觀經濟學的原理，可以得到邊際供求價格劇變曲線，將這一理論應用到售電系統中，得到受供電量與需求量影響的電價曲線，並依此作為實時電價的定價依據。如圖3所示，其中原點是供電量與需求量一致時價格最優的點，當需求大於或小於供給時，可以由兩邊的指數函數計算出當前的最佳電價，以引導用戶消費的時間與方式。
在本發明的一個實施例中，中心伺服器採用下式計算實時電價y，
其中，
1、當前區域剩餘供電樁的數目n；
2、當前請求用電的客戶數目m；
3、城市基準電價p(單位元)；
4、出於特殊原因的價格調控因子θ(可正可負)；
5、用電客戶發出用電請求時距離充電樁的距離q(單位km)；
6、綜合調價係數k。
通過如上公式，中心伺服器可以計算出當前某一地區用電樁的實時電價，並將其發送給智能交互供電設備，智能交互供電設備則根據這一電價進行用電金額的計量。
步驟s3，智能交互供電採集用電設備的電壓電流參數，並計算出用戶的用電量數據，根據用電量數據和實時電價，計算用戶實時的用電金額，並將用電金額和用電量數據存儲在本地，並作為用戶用電數據發送至中心伺服器備份。同時，由顯示屏顯示該用電金額和用電量數據，從而可以通知用戶，以讓用戶實時知道自己的用電信息。
並且，智能交互供電設備接收用戶的輸入操作，查詢歷史用電信息和電量實時價格表。
步驟s4，中心伺服器用接收來自智能交互供電設備的用戶用電數據，回復確認收到信息，並將用戶用電數據存儲至雲端伺服器。
中心伺服器通過無線通信網絡與智能實現實時通信，主要包括計算實時電價以及實現資料庫存儲功能。具體地，中心服務根據本地用戶的用電量數據，計算該用戶的實時電價，並將實時電價返回給對應的智能交互供電設備，以及接收來自每臺智能交互供電設備的用戶用電數據，將用戶用電數據存儲至雲端伺服器。
中心伺服器通過管理界面向用戶發送由一種實時定價的方法計算得到的當前電價以及接收用戶用電數據，並將採集到的用戶數據存儲到數據中心的資料庫中。
根據本發明是實施例的基於實時用電的計量系統與方法，可以實現實時用電計量的功能。通過實時電價的計算，用戶不但知道自己用了多少電量，還可以知道自己用電的金額，便於用戶科學地規劃自己的用電時間與用電量。通過電價彈性機制，可以微觀調控用戶的用電時間區間以及用電站點的選擇，實現科學供電以及售電效益的最大化。本發明將用戶的用電數據既在本地存儲，同時同步也在雲端伺服器資料庫存儲，保證了用電數據的較高安全性。本發明目的是為了實現用戶用電計量的實時化與智能化，並可以通過價格激勵對用戶的用電行為進行引導，在提高電力設施利用率的情況下同時獲得最大的經濟效益。本系統具有實時性、效率高、智能交互的特點，適宜智慧城鎮中共享用電系統的計量與計費。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。本發明的範圍由所附權利要求及其等同限定。