CN105162250B - 一种电力用户能效服务云终端及能效服务管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力用户能效服务云终端及能效服务管理系统，本发明的能效服务云终端包括主控制器以及与主控制器连接的智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表、用电设备分合闸控制输出单元和通信模块，主控制器用于根据智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表获取电力用户内部用电设备负荷状态和用户电能数据，并将其发送给能效公共服务云平台，并根据能效公共服务云平台下发的控制策略通过用电设备分合闸控制输出单元对用电设备进行分合闸控制。本发明通过云终端与能效公共服务平台的数据交互，在云端实现对居电力用户能效信息的采集和监测，并通过云端的能效公共服务平台为电力用户提供节能评估和能效优化指导，以提高用户用能效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力用户能效服务云终端及能效服务管理系统，属于能效管理控制技术领域。
背景技术
随着经济的迅速发展，各行业对电力的需求量也在飞速增长，导致近年来国内的供电和需求之间出现了较大的缺口，对现有的电力供应设施产生了巨大的压力。为了缓解这种压力，加强电力需求侧进行管理，利用经济杠杆手段使有限的电力发挥更大的作用。电力用户智能节能管理服务终端是电力需求侧管理的一个重要组成部分和负荷管理的主要技术手段。对供电部门来说，在保证供电和用电电量平衡的情况下，可以提高现有发电设备的利用率；节约电力用户的电能成本，对供、用电双方都具有明显的经济效益。因此，电力用户智能节能管理服务终端对加强用电管理具有很大实际意义。
目前电力用户终端多采用微电子技术、传感器技术和电力电子技术对用电现场的各种电参数进行采集，实现用电现场的电能计量，记录电压、电流、功率和功率因素等参数，能够根据预先安排好的控制方案对终端用电设备进行功率控制、电量控制、临时限电控制和远程遥控等综合控制，能够及时捕捉、记录现场的各种告警事件，并通过有线或者无线的方式远程上报告警时的相关电能参数。不仅能够为电力管理部门提供用户用电的各种实时信息，而且能执行电力管理部门发出的远程命令，操作实时性好，为电力管理部门和用电企业间搭起了信息桥梁。尤其是管理部门可以向用电端下放合理的用电方案从而实现对企业用电实施宏观调控，这在近年来的电力紧缺情况下起到了“移峰填谷”的效果，在一定程序上缓解了用电紧张局面，这对企业的长远发展和电力管理部门的合理调度电能起到了巨大的推动作用，为缓解电力行业的供电压力方面起到积极作用。
传统的终端用户节能服务模式一般是节能服务公司和电力客户采取一对一的方式进行的，节能服务公司为客户安装电能量测量装置和仪表，并通过内部通信网络把测量数据采集到企业能效管理系统。能效管理系统一般部署在企业本地计算机或服务器中，节能服务公司通过能效管理系统为用能单位的能源利用效率、能耗水平进行审计、诊断和评价。传统的服务模式被局限在企业内部，无法在更大范围内共享节能服务的数据、信息及资源，也不能为电网公司、各级政府提供能源使用的状态。另外节能项目一般是一次性的，不利于节能工作的长期、持续性的开展。
现有的电力用户电能管理终端多应用到电力需求侧管理，一般采用16位处理器，外围资源有限，运算速度慢，功能单一，在实际应用中主要用于远程抄表。通信方式一般采用电力载波、电话线和无线电台等方式，这些通信方式都存在维护困难、可靠性差等缺点。虽然有些负荷管理终端采用计算机工作站的形式，但由于成本高而无法推广，不能满足当今电力市场飞速发展带来的用电管理终端需求量增长。目前的负荷管理终端，不具有云计算和云服务能力，难以根据负荷变化情况在云端进行综合功率平衡指导和负荷控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种电力用户能效服务云终端及能效服务管理系统，以解决目前的负荷终端不具有云计算和云服务能力，导致难以根据负荷变化情况在云端进行综合功率平衡指导和负荷控制的问题。
本发明为解决上述技术问题提供了一种电力用户能效服务云终端，该云终端包括主控制器以及与主控制器连接的智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表、用电设备分合闸控制输出单元和通信模块，主控制器用于根据智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表获取电力用户内部用电设备负荷状态和用户电能数据，并将其发送给能效公共服务云平台，并根据能效公共服务云平台下发的控制策略通过用电设备分合闸控制输出单元对用电设备进行分合闸控制。
所述的主控制器采用ARM处理器，通信模块包括RS-485总线、以太网控制器接口和无线网络模块。
所述的用户侧电能分类计量仪表通过RS-485总线及总线驱动器构成的电能表数据通信网络与ARM处理器连接，所述智能监测仪表单元通过以太网控制器接口与ARM处理器连接，所述ARM处理器通过以太网控制器接口或无线网络模块用于能效服务平台连接。
所述智能监测仪表单元包括核心处理器、电压互感器、电流互感器、A/D转换电路、调理电路和通信接口电路，所述电压互感器和电流的互感器的输入端分别接入电压信号和电流信号，电压互感器和电流的互感器的输出端经调理电路和A/D转换电路后接入核心处理器的输入端，核心处理器通过通信接口电路与云终端连接，用于将采集到的电压、电流信号发送给云终端。
所述的能效服务云终端还包括IEC61970设备接口，所述IEC61970设备接口通过以太网控制器接口与ARM处理器连接，ARM处理器通过IEC61970设备接口用于连接电力部门的IEC61970设备。
所述的能效服务云终端还包括VGA显示接口，该VGA显示接口与ARM处理器连接，用于驱动连接VGA显示器。
本发明还提供了一种能效服务管理系统，该能效服务管理系统包括电力用户能效服务云终端和与之通信连接的能效公共服务云平台，所述云终端包括主控制器以及与主控制器连接的智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表、用电设备分合闸控制输出单元和通信模块，主控制器用于根据智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表获取电力用户内部用电设备负荷状态和用户电能数据，并将其发送给能效公共服务云平台，能效公共服务云平台根据收到的上述数据结合专家系统给出该用户节能控制策略并下发给能效服务云终端中的主控制器，主控制器根据能效公共服务云平台下发的控制策略通过用电设备分合闸控制输出单元对用电设备进行分合闸控制。
所述的主控制器采用ARM处理器，通信模块包括RS-485总线、以太网控制器接口和无线网络模块。
所述的用户侧电能分类计量仪表通过RS-485总线及总线驱动器构成的电能表数据通信网络与ARM处理器连接，所述智能监测仪表单元通过以太网控制器接口与ARM处理器连接，所述ARM处理器通过以太网控制器接口或无线网络模块用于能效服务平台连接。
所述的能效服务云终端还包括IEC61970设备接口，所述IEC61970设备接口通过以太网控制器接口与ARM处理器连接，ARM处理器通过IEC61970设备接口用于连接电力部门的IEC61970设备。
本发明的有益效果是:本发明的能效服务云终端包括主控制器以及与主控制器连接的智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表、用电设备分合闸控制输出单元和通信模块，主控制器用于根据智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表获取电力用户内部用电设备负荷状态和用户电能数据，并将其发送给能效公共服务云平台，并根据能效公共服务云平台下发的控制策略通过用电设备分合闸控制输出单元对用电设备进行分合闸控制。
本发明的云终端能够接入用电设备并检测其实时状况，通过为用户安装分类和分项的能耗计量装置，按照消耗能源的进行电能计量和数据记录，按照能效公共服务平台下发的控制策略实现对用电设备的控制功能，并通过云终端与主站的多次互动，完成自动响应、用户负荷及分布式电源的协调控制。实现与能效公共服务云平台的实时双向互动、分布式能源的接入和管理、用户对用电设备的一体化能源管理。
附图说明
图1是本发明实施例中的电力用户能效服务云终端的构成图；
图2是智能监测仪表单元结构框图；
图3是能效服务管理系统的结构框图；
图4是能效服务云终端工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
本发明的一种电力用户能效服务云终端的实施例
本发明的能效服务云终端为具有云接入能力和云服务能力的电力用户智能节能服务云终端，能够利用多种通信接入方式和与云端服务器交互数据，以云传输方式实时上传电能及负荷数据，根据电网公司云端服务器计算得到的用户节能优化控制信息，合理实时地调配负荷投入及电能使用，获取供电侧和用户侧的最优化节能运行。本发明的能效服务云终端包括主控制器以及与主控制器连接的智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表、用电设备分合闸控制输出单元和通信模块，主控制器用于根据智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表获取电力用户内部用电设备负荷状态和用户电能数据，并将其发送给能效公共服务云平台，并根据能效公共服务云平台下发的控制策略通过用电设备分合闸控制输出单元对用电设备进行分合闸控制。
该能效服务云终端的具体结构如图1所示，包括主控制器以及与主控制器连接的用户侧电能分类计量仪表、智能检测仪表单元、用电设备分合闸控制输出单元、用电设备开关量输入单元和VGA显示接口其中主控制器采用ARM处理器，通信模块包括以太网/Internet控制器接口、3G通信模块、RS-485总线和电力部门专网通信接口(IEC61970设备接口)。
用户侧电能分类计量仪表通过RS-485总线以及总线驱动器MAX485构成电能表数据通信网络，同云终端ARM处理器进行数据交换。RS-485总线接口采用的芯片为半双工通信的RS-485，利用双绞线为传输介质，利用MODBUS ASCII协议模式实现数据包的串行传输。为了能更方便的连接外设移动存储设备，ARM处理器外接一个FSUSB30MUXUSB驱动器，该芯片采用USB3.0规范，传输速率能达到5Gbps。云终端扩展一片64M NAND flash K9F1208，和32M16位宽的RAM HY57V561620。云终端中3G模块采用Huawei 3G模块ME906E，以NGFF接口与Cortex_A8控制器连接，上行速率为50Mbps，下行速率为100Mbps。利用高性能视频D/A转换芯片ADV7120，将ARM处理器Cortex_A8自带的LCD扫描式接口转换为VGA接口，使之能够驱动VGA接口的显示器。用电设备开关量包括接触器，继电器，空气开关等，开关输入信号在接口电路中使用光电耦TP321电路合进行电气隔离，通过GPIO接口与ARM处理器进行数据通信。用电设备分合闸控制采用ARM处理器GPIO经光耦隔离后，驱动继电器电路，分别控制用电设备投切开关，从而控制负荷调整。
智能监测仪表单元结构框图如图2所示，包括核心处理器、模拟量输入/输出通道、人机接口电路和通信接口电路，其中核心处理器由芯片P89C644以及可编程逻辑器件CPLDXC9572构成，用来存储程序、数据并进行一系列的运算和处理。输入信号通过电流/电压互感器，将一侧的高电压/电流变换为适合于智能仪表单元所适用的电流/电压信号，并经过信号调理电路(信号的滤波、放大)将信号送入A/D转换电路转换为数字信号。人机接口电路主要由仪器面板中的键盘和LCD组成，主要完成是沟通操作者和仪器参数设置和显示，通信接口电路用于实现智能仪表与云终端之间的数据通信，智能仪表可接收能效服务云终端的程控命令上报对应数据。该智能仪表配置以太网接口与RS-485接口，用于接入以太网或者串口设备，此智能仪表采用了集电压、电流、功率、频率、功率因数、电度等电参量为一体的测量电路，能够根据预先设定好的参数进行分析处理,然后将各路数据分别存储；同时检测信号是否超过设定报警值,越限报警并存储报警时间和采集信号值。此系统采用了大屏LCD显示、显示功能齐全，方便用户更清楚地了解当前电网运行情况；所述的智能仪表可以根据实际电网的运行情况进行参数设置,并对电网运行的电参量进行实时监测和记录,基于通讯网络把检测的数据信息传递给能效服务云终端，进而为合理地分配用电提供基础数据和依据。
能效服务云终端将采集到的用户内部的能效数据(电压与电流波形、各相负载情况、功率因数、电能质量、电网损耗等能效参数)，通过以太网接口控制模块或3G无线网络模块利用Internet形式传输数据和控制指令至云服务平台，通信方式参见图3,以太网接口选用RJ45，所用的传输介质为超五类线，连接云终端与TP LINK TL-WVR308大功率无线路由器，配置路由器IP:192.168.1.2-192.168.1.254子网：255.255.255.0网关：192.168.1.1；采用TCP/IP协议，设置公共服务平台的IP地址及端口号，通过光纤通信实现大数据上传至云服务平台。3G通信模块完成云终端与服务平台的无线远程连接。选用华为的3G+4G模块ME906E，NGFF接口，上行速率50Mbps/下行速率100Mbps，同样利用TCP/IP协议，通过访问能效公共服务平台的IP及端口号进行数据无线传输。同时能效服务云终端也可以通过以太网将电力用户的能效实时信息传输给电力公司，电力公司通过IEC61970标准统一电力模型，利用IEC61970组件接口规范(CIS)实现不同接口与组件间的数据信息交换，为电力实时调度方案下达提供保障。
该能效服务云终端的工作流程如图4所示，具体过程如下：
1.将能效服务云终端接入用电设备并检测其实时状况。
面向不同类型的用户，电力用户可分为三类：居民用户、商业用户及工业用户，居民用户采集的信息主要包括家用电器用电量数据和负荷数据，另外还可以采集水、气、热表和环境舒适度信息等；商业用户采集的信息包水表、电度表、燃气表、冷热流量表读数，中央空调、暖通、给排水、电梯等重点用电设备信息等；工业用户采集的对象包含用户内部安装的用电信息采集设备、谐波检测设备、故障检测设备、电能质量检测设备、负荷控制设备等各种传感器。用户侧电能分类计量仪表采集用户的实时电度数据及实时参考电价信息，智能监测仪表采集电力用户用电设备运行接入状态、运行参数、环境参量、参数越限报警及设备故障信息等参数。
2.用户侧电能分类计量仪表通过RS-485总线，采用MODBUS ASCII协议模式，将用户数据传输到能效服务云终端。智能监测仪表和IEC61970设备通过以太网，采用TCP/IP协议，将相关信息传输到能效服务云终端。
3.能效服务云终端对采集到的用户各类能效数据，如实时电度数据、配电运行参数、用电设备开关量输入以及电力公司的调度信息等，进行集中分类并打包处理。
4.能效服务云终端将采集的用户能效数据、分类用电实时信息、电能质量监测实时信息、故障监测实时信息、接入设备运行实时数据集中，并通过TCP/IP协议的以太网或者3G无线网络传输到能效公共服务平台。能效公共服务云平台将云终端上传的能效数据结合节能收益、成本、环境、风险等多方面指标对用户进行分析处理。进而帮助用户定制能效目标和用户节能方案优化模型，并提出用户最优节能评估和节能控制策略。
5.能效公共服务云平台将控制策略信息通过以太网或者3G无线网络下发到能效服务云终端，能效服务云终端根据节能控制策略对用户电气设备的分合闸进行控制，对风力、光伏等分布式电源进行电源功率控制及调整，能效服务云终端也可以通过以太网将电力用户的能效实时信息传输给电力公司，为电力实时调度、方案下达提供保障。
本发明的一种能效服务管理系统的实施例
本实施例中的能效服务管理系统如图3所示，包括电力用户能效服务云终端和与之通信连接的能效公共服务云平台，云终端包括主控制器以及与主控制器连接的智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表、用电设备分合闸控制输出单元和通信模块，主控制器用于根据智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表获取电力用户内部用电设备负荷状态和用户电能数据，并将其发送给能效公共服务云平台，能效公共服务云平台根据收到的上述数据结合专家系统给出该用户节能控制策略并下发给能效服务云终端中的主控制器，主控制器根据能效公共服务云平台下发的控制策略通过用电设备分合闸控制输出单元对用电设备进行分合闸控制。其中能效服务云终端的结构和工作过程已在上个实施例中进行了详细说明，这里不再赘述。
能效服务云终端能够接入用电设备并检测其实时状况，通过为用户安装分类和分项的能耗计量装置，按照消耗能源的进行电能计量和数据记录，如空调用电、动力用电、照明用电等。当发生异常事件，如发生停电、电流不平衡率超差、断相、过压、电池电压过低等时，具有保存告警记录的功能。能效服务云终端通过服务网关设备来连接能效公共服务云平台，具有云通信和云共享能力，利用云端共享资源和云端强大的计算功能，实现节能及能效诊断等功能。按照能效公共服务平台下发的控制策略实现对用电设备的控制功能，并通过云终端与主站的多次互动，完成自动响应、用户负荷及分布式电源的协调控制，实现与能效公共服务云平台的实时双向互动、分布式能源的接入和管理、用户对用电设备的一体化能源管理。
Claims (9)
1.一种电力用户能效服务云终端，其特征在于，该云终端包括主控制器以及与主控制器连接的智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表、用电设备分合闸控制输出单元和通信模块，主控制器用于根据智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表获取电力用户内部用电设备负荷状态和用户电能数据，并将其发送给能效公共服务云平台，并根据能效公共服务云平台下发的控制策略通过用电设备分合闸控制输出单元对用电设备进行分合闸控制；所述能效服务云终端以云传输的方式实时上传电能及负荷数据，根据计算得到的用户节能优化控制信息，合理实时地调配负荷投入及电能使用，获取供电侧和用户侧的最优化节能运行；
所述智能监测仪表单元包括核心处理器、电压互感器、电流互感器、A/D转换电路、调理电路和通信接口电路，所述电压互感器和电流互感器的输入端分别接入电压信号和电流信号，电压互感器和电流互感器的输出端经调理电路和A/D转换电路后接入核心处理器的输入端，核心处理器通过通信接口电路与云终端连接，用于将采集到的电压、电流信号发送给云终端；
所述智能检测仪表单元采用了集电压、电流、功率、频率、功率因数、电度为一体的测量电路，能够根据预先设定好的参数进行分析处理，然后将各路数据分别存储，同时检测信号是否超过设定报警值，越限报警并存储报警时间和采集信号值；
能效服务云终端对采集到的用户实时电度数据、配电运行参数、用电设备开关量输入以及电力公司的调度信息，进行集中分类并打包处理。
2.根据权利要求1所述的电力用户能效服务云终端，其特征在于，所述的主控制器采用ARM处理器，通信模块包括RS-485总线、以太网控制器接口和无线网络模块。
3.根据权利要求2所述的电力用户能效服务云终端，其特征在于，所述的用户侧电能分类计量仪表通过RS-485总线及总线驱动器构成的电能表数据通信网络与ARM处理器连接，所述智能监测仪表单元通过以太网控制器接口与ARM处理器连接，所述ARM处理器通过以太网控制器接口或无线网络模块用于能效服务平台连接。
4.根据权利要求3所述的电力用户能效服务云终端，其特征在于，所述的能效服务云终端还包括IEC61970设备接口，所述IEC61970设备接口通过以太网控制器接口与ARM处理器连接，ARM处理器通过IEC61970设备接口用于连接电力部门的IEC61970设备。
5.根据权利要求3所述的电力用户能效服务云终端，其特征在于，所述的能效服务云终端还包括VGA显示接口，该VGA显示接口与ARM处理器连接，用于驱动连接VGA显示器。
6.一种能效服务管理系统，其特征在于，该能效服务管理系统包括电力用户能效服务云终端和与之通信连接的能效公共服务云平台，所述云终端包括主控制器以及与主控制器连接的智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表、用电设备分合闸控制输出单元和通信模块，主控制器用于根据智能监测仪表单元、用户侧电能分类计量仪表获取电力用户内部用电设备负荷状态和用户电能数据，并将其发送给能效公共服务云平台，能效公共服务云平台根据收到的上述数据结合专家系统给出该用户节能控制策略并下发给能效服务云终端中的主控制器，主控制器根据能效公共服务云平台下发的控制策略通过用电设备分合闸控制输出单元对用电设备进行分合闸控制；所述能效服务云终端以云传输的方式实时上传电能及负荷数据，根据计算得到的用户节能优化控制信息，合理实时地调配负荷投入及电能使用，获取供电侧和用户侧的最优化节能运行；
所述智能监测仪表单元包括核心处理器、电压互感器、电流互感器、A/D转换电路、调理电路和通信接口电路，所述电压互感器和电流互感器的输入端分别接入电压信号和电流信号，电压互感器和电流互感器的输出端经调理电路和A/D转换电路后接入核心处理器的输入端，核心处理器通过通信接口电路与云终端连接，用于将采集到的电压、电流信号发送给云终端；
所述智能检测仪表单元采用了集电压、电流、功率、频率、功率因数、电度为一体的测量电路，能够根据预先设定好的参数进行分析处理，然后将各路数据分别存储，同时检测信号是否超过设定报警值，越限报警并存储报警时间和采集信号值；
能效服务云终端对采集到的用户实时电度数据、配电运行参数、用电设备开关量输入以及电力公司的调度信息，进行集中分类并打包处理。
7.根据权利要求6所述的能效服务管理系统，其特征在于，所述的主控制器采用ARM处理器，通信模块包括RS-485总线、以太网控制器接口和无线网络模块。
8.根据权利要求7所述的能效服务管理系统，其特征在于，所述的用户侧电能分类计量仪表通过RS-485总线及总线驱动器构成的电能表数据通信网络与ARM处理器连接，所述智能监测仪表单元通过以太网控制器接口与ARM处理器连接，所述ARM处理器通过以太网控制器接口或无线网络模块用于能效服务平台连接。
9.根据权利要求8所述的能效服务管理系统，其特征在于，所述的能效服务云终端还包括IEC61970设备接口，所述IEC61970设备接口通过以太网控制器接口与ARM处理器连接，ARM处理器通过IEC61970设备接口用于连接电力部门的IEC61970设备。
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