CN105807107A - 一种基于物联网的电气设备用电量估算系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的电气设备用电量估算系统及方法，包括云平台，至少一个具备SOE功能的智能节点和若干智能终端；智能终端至少包括智能插座、智能开关，所述的智能终端安装有相应的电气设备，并控制电气设备开通和关断；智能终端通过与智能节点通信，能够接收智能节点控制，并将电气设备的动作结果反馈给智能节点；智能节点根据所管理智能终端反馈的动作信息，对电气设备动作事件顺序记录并上报给云平台，云平台中通过提取顺序记录事件信息及存储的电气设备注册信息估算电气设备用电量。本发明可以直接借助电气物联网已有的硬件设备，能够节省额外增加的测量功能这部分的投入，从而更具有实用性。

Description

一种基于物联网的电气设备用电量估算系统及方法

技术领域

本发明涉及电气设备运营及管理领域，具体涉及一种基于物联网的电气设备用电量估算系统及方法。

背景技术

建筑节能是国家节能降耗工作的重点之一，而深化建筑节能工作需要建筑能耗数据的有力支撑。无论分析节能潜力、制定节能目标，落实节能责任，分解节能目标、开展节能考核和交易等都必须以能耗数据为依托，所以对建筑实际能耗数据的全面掌握是节能最基础的工作。

电气设备的能耗是建筑能耗的重要组成部分，现有的公共建筑能耗监测不能做到对每个电气设备实际用电量的监测，现有的家庭能耗统计一般由普通居民通过电表与供电公司进行月结，居民仅仅能够掌握整体的用电费用，但是对这笔电费的消费构成没有清楚的认识，导致大多数居民只能根据日常用电经验来定性的管理家庭用电，无法根本上通过了解每个用电设备的电能消费情况来建立一套用电管理方案，缺乏科学性和合理性。

如果按照传统方式对每个电气设备分类进行电能精确统计，需要对每个设备单独安装电能表或者其他电能计量装置，所需投入过高，缺乏实用性，因此探索一种新的低成本实用的电气能耗估算方法对节能减排具有重要的现实意义。

物联网是通过物联网技术组成的复杂网络，它高度集成了通信、计算、控制和物理系统，是一个复杂的、动态的、以人为本的系统。电气物联网系统的出现为用电设备的控制管理提供了一个全新的视角和方法。

发明专利号(2010101760174)提出了一中电气物联网系统，实现了建筑电气的智能开关等控制操作。本发明在此基础上，进一步提出了一种基于电气物联网的建筑用电设备电能估算方法及系统。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于物联网的电气设备用电量估算系统及方法，本发明通过电气物联网中的智能节点对电气设备进行管理，并对电气设备动作事件顺序记录(Sequenceofevents，SOE)，提取SOE记录中事项记录表中操作记录，确定节点管理下的电气设备的开启、关闭时刻，从而确定其工作时间；进一步通过用户在云平台上注册的电气设备功率信息，估算用电设备能耗；本发明能提升传统电气设备用电量管理的水平，加强对电气设备的用电管理，形成电气设备用电大数据，提升能耗监测水平，为节能优化提供数据基础。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种基于物联网的电气设备用电量估算系统，包括云平台，至少一个具备SOE功能的智能节点和若干智能终端；

所述智能终端至少包括智能插座、智能开关，所述的智能终端安装有相应的电气设备，并控制电气设备开通和关断；

智能终端通过与智能节点通信，能够接收智能节点控制，并将电气设备的动作结果反馈给智能节点；

所述智能节点根据所管理智能终端反馈的动作信息，对电气设备动作事件顺序记录并上报给云平台，云平台中通过提取顺序记录事件信息及存储的电气设备注册信息估算电气设备用电量。

进一步的，所述智能终端还包括红外转发模块，用于实现对遥控空调开关机及设置温度。

进一步的，所述电气设备动作事件形成的SOE信息包括智能节点ID号、智能终端ID号、智能终端动作信息、事件发生时间。

进一步的，所述电气设备注册信息是通过智能手机或通过计算机访问云平台网址录入智能终端上使用的电气设备的信息，确定智能终端和所连接的电气设备直接的一一映射关系。

进一步的，所述电气设备注册信息与智能终端之间的对应关系根据使用情况修改，当电气设备需要更改与智能终端的对应关联关系时通过智能手机或管理计算机解除原先存储在云平台中的对应关系后重新确定新的对应关联关系。

进一步的，所述电气设备注册信息包括智能终端连接的电气设备名称及额定功率，如果智能终端接入的设备是空调还应包括空调所在房间的面积。

进一步的，所述SOE信息包括以下触发机制：

通过云平台网页下发操作指令，智能终端执行产生；

通过手机客户端下发指令，智能终端执行产生；

智能节点内部定时功能发送指令给智能终端并执行产生；

通过直接操作智能终端产生；

智能节点收到紧急事件按照设定规则对智能终端操作产生。

进一步的，所述云平台包括查询模块，用于通过管理计算机或智能手机客户端查询任意用电设备任意时段的耗电量及某一电气设备在整个家庭或楼宇中电耗中所占的比值。

进一步的，所述云平台还包括报警模块，将大量用户用电设备的能耗大数据对比，提醒用户某一用电设备用电异常。

一种基于物联网的电气设备用电量估算方法，包括：

电气设备的信息注册：通过智能手机或通过计算机访问云平台网址录入智能终端上使用的电气设备的信息，确定智能终端和实际电气设备的直接的一一映射关系；

通过电气物联网中的智能节点对电气设备进行控制，并对电气设备动作事件顺序记录，提取SOE记录中事项记录表中操作记录，确定智能节点管理下的电气设备的开启、关闭时刻，从而确定电气设备工作时间；

通过在云平台上注册的电气设备的功率信息及电气设备工作时间，计算电气设备实际用电量。

进一步的，基于SOE和注册信息估算非空调用电设备用电量：计算公式为：

$W_i\left(t\right)=\underset{j=0}{\overset{m}{\Σ}}{P}_i{\mathrm{\Δt}}_j$

式中，W_i(t)表示编号为i的用电设备在整个t时段内能耗，P_i为该用电设备的额定功率，通过用户注册信息得到，△t_j表示在t时段内第j次设备开通的时间，通过提取SOE记录中智能终端开通时刻和关断时刻并做差得到,m为电气设备总的开通次数。

进一步的，本发明的上述方法还包括：基于SOE和注册信息估算空调用电设备用电量，具体包括：

基于典型的全国逐月平均气温表，云平台根据用户智能节点IP地址和SOE时间查询当前时刻的室外平均温度；

根据设定温度和室外平均温度求取温差，根据典型房间热交换系数，结合房屋面积推算空调维持设定温度需要的制冷量，通过空调能效比换算成空调的平均功率，继而估算空调设备的用电量；

空调的平均功率具体公式包括：

${\stackrel{\‾}{P}}_{air}=\frac{V\mathrm{\ξ}|T_{set}-T_{out}|}{COP}$

式中V为房间面积，ξ为典型房屋单位面积的换热系数，T_set为空调设定温度，通过SOE记录提取，T_out为室外平均温度，通过SOE记录的时间查询典型气温表得到，COP为空调能效比；

空调设备的能耗估算公式如下：

$W_{air}\left(t\right)=\underset{j=0}{\overset{m}{\Σ}}\frac{V\mathrm{\ξ}|T_{set}-T_{out}|}{COP}{\mathrm{\Δt}}_j$

△t_j表示在t时段内第j次空调设备开通的时间，通过提取SOE记录中智能终端开通时刻和关断时刻并做差得到。

本发明的有益效果：

本发明用于提升传统电气设备用电管理的水平，通过搭建电气物联网实现对电气设备的用电管理，实现在不改变电气设备功能结构和不借助专门的电量测量仪器的情况下，完成对每个电气设备电量计算及估算，能算出每个房间中哪一类电气设备占总的电耗的比例及整个建筑中某一类电气设备的耗电比重。为办公建筑内的电气设备的耗电量及每个房间的耗电量估算提供基础，细化现有能耗检测系统数据；为家庭单个电气设备的电量统计提供新的计算和估算方法。通过电气设备的开启时间及额定功率电气设备的耗电特性通过一定的算法算出每个房间。该方法有效加强对电气设备的用电分析、管理，为节能优化提供数据基础。

本发明相对于通过实际给每个用电设备增加电能计量功能的用电量统计方法，本发明虽然在电能统计精度上略差与计量法，但是本发明可以直接借助电气物联网已有的硬件设备，能够节省额外增加的测量功能这部分的投入，从而更具有实用性。本发明计算及估算出每个用电设备的耗电量，虽不能用于耗电量计量，其数据精度足够满足建筑电气设备高效安全的运行电气设备节能研究提供需求。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是SOE事件内容示意图；

图3是本发明计算能耗的示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，本发明公开了一种基于电气物联网设备电量估算系统，包括管理计算机、云平台服务器、智能手机、电气物联网智能节点及智能终端及电气设备。

其中，智能终端上包括但是不限于智能插座、智能开关，所述的智能终端安装有相应的电气设备，并控制电气设备开通和关断。

智能设备还包括红外转发模块，其能够实现对遥控空调开关机、设置温度等功能。

智能终端通过无线与智能节点通信，能够接收智能节点控制，并将动作结果反馈给智能节点。

智能节点根据所管理智能终端反馈的动作信息，顺序记录事件(SOE)并上报给云平台服务器。

如图2所示：SOE信息包括智能节点ID号、智能终端ID号、智能终端动作信息、事件发生时间；

智能终端ID号能够区分不同类型的智能终端；

对于智能开关、智能插座所述的终端动作信息包含开通、关断。

对于红外转发模块所述的终端动作信息包括开通、关断、设定温度。

事件发生时间包括年月日时分秒，所述时间由节点定时器计时并通过与云平台定时校准。

SOE包括以下触发机制：

(1)用户通过云平台网页下发操作指令，终端执行产生；

(2)用户通过手机客户端下发指令，终端执行产生；

(3)节点内部定时功能发送指令给智能终端并执行产生；

(4)用户通过面板按钮等直接操作智能终端产生；

(5)节点收到报警等其他紧急事件按照设定规则对智能模块操作产生。

本发明提出的电气物联网的建筑用电设备电能估算：

通过分析提取SOE信息，统计出每种电气的工作时间，通过用户注册资料换算电气设备功率，二者结合计算电气实际用电能耗。

如图3所示，电气物联网的建筑用电设备电能估算具体过程如下：

首先用户激活电气物联网设备时需要对智能终端连接的电气设备进行注册，用户注册电气信息资料由用户通过智能手机登陆APP或通过计算机访问云平台网址录入智能终端上使用的电气设备的信息，确定智能终端和实际电气直接的一一映射关系；

注册信息包括智能终端连接的电气设备名称、功率，如果智能终端接入的设备是空调还应包括空调所在房间的面积。

电气信息资料及对应关系可以根据实际使用情况修改，当电气设备需要更改与智能终端的对应关联关系时可以需要通过智能手机或管理计算机解除原先对应关系后重新确定新的对应关联关系。

用户完成注册后可以通过电气物联网中的智能节点对电气设备进行管理，并对电气设备动作事件顺序记录，提取SOE记录中事项记录表中操作记录，确定节点管理下的电气设备的开启、关闭时刻，从而确定其工作时间；进一步通过用户在云平台上注册的电气设备功率信息，估算用电设备能耗；

通过SOE和注册信息估算任一电气设备能耗的方法如下式所示：

$W_i\left(t\right)=\underset{j=0}{\overset{m}{\Σ}}{P}_i{\mathrm{\Δt}}_j$

如上式的计算公式中需要用到用电设备的功率P和开机工作时间，对于一般的电气设备其开机状态实际功率就等于用户注册的功率，但是对于空调设备，其实际运行功率和实际工作时间跟空调设定温度、房间大小、室外温度等都有关系，因此需要对上述计算方法进行修正，本发明提出一种改进的电能计算方式，以完成空调能耗的额估算。其实现方式如下：

首先在云平台中存储典型的全国逐月平均气温表，云平台可以根据用户智能节电IP地址和SOE时间查询当前时刻的室外平均温度。

根据设定温度和室外温度求取温差，根据典型房间热交换系数，结合房屋面积推算空调维持设定温度需要的制冷量，通过空调能效比(COP)换算成空调的平均功率。如下式所示：

${\stackrel{\‾}{P}}_{air}=\frac{V\mathrm{\ξ}|T_{set}-T_{out}|}{COP}$

最终通过如下公式实现空调设备的能耗估算：

$W_{air}\left(t\right)=\underset{j=0}{\overset{m}{\Σ}}\frac{V\mathrm{\ξ}|T_{set}-T_{out}|}{COP}{\mathrm{\Δt}}_j$

式中，V为房间面积，ξ为典型房屋单位面积的换热系数，T_set为空调设定温度，通过SOE记录提取，T_out为室外温度，通过SOE记录的时间查询典型气温表得到。

最后本发明提供一种电气设备用电统计查询界面，用户能够通过管理计算机或智能手机客户端查询任意用电设备任意时段的耗电量。同时统计查询界面还能够显示某一电气设备在整个家庭或楼宇中电耗中所占的比值。此外统计查询界面还包括智能提醒功能，可以通过云平台上大量用户用电能耗大数据对比，提醒用户某一用电设备用电异常。

本发明通过深入挖掘已有的电气物联网计量数据，所得数据可用于建筑物能耗分析和建筑节能优化等，相对于传统的通过增加电能计量设备统计能耗的方法，无需额外增加硬件投入，具有明显的成本优势和实用性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于物联网的电气设备用电量估算系统，其特征是，包括云平台，至少一个具备SOE功能的智能节点和若干智能终端；

所述智能终端至少包括智能插座、智能开关，所述的智能终端安装有相应的电气设备，并控制电气设备开通和关断；

智能终端通过与智能节点通信，能够接收智能节点控制，并将电气设备的动作结果反馈给智能节点；

所述智能节点根据所管理智能终端反馈的动作信息，对电气设备动作事件顺序记录并上报给云平台，云平台中通过提取顺序记录事件信息及存储的电气设备注册信息估算电气设备用电量。

2.如权利要求1所述的一种基于物联网的电气设备用电量估算系统，其特征是，所述智能终端还包括红外转发模块，用于实现对遥控空调开关机及设置温度。

3.如权利要求1所述的一种基于物联网的电气设备用电量估算系统，其特征是，所述电气设备动作事件形成的SOE信息包括智能节点ID号、智能终端ID号、智能终端动作信息、事件发生时间。

4.如权利要求1所述的一种基于物联网的电气设备用电量估算系统，其特征是，所述电气设备注册信息是通过智能手机或通过计算机访问云平台网址录入智能终端上使用的电气设备的信息，确定智能终端和所连接的电气设备直接的一一映射关系。

5.如权利要求1所述的一种基于物联网的电气设备用电量估算系统，其特征是，所述电气设备注册信息与智能终端之间的对应关系根据使用情况修改，当电气设备需要更改与智能终端的对应关联关系时通过智能手机或管理计算机解除原先存储在云平台中的对应关系后重新确定新的对应关联关系。

6.如权利要求2所述的一种基于物联网的电气设备用电量估算系统，其特征是，所述电气设备注册信息包括智能终端连接的电气设备名称及额定功率，如果智能终端接入的设备是空调还应包括空调所在房间的面积。

7.如权利要求1所述的一种基于物联网的电气设备用电量估算系统，其特征是，所述SOE信息包括以下触发机制：

通过云平台网页下发操作指令，智能终端执行产生；

通过手机客户端下发指令，智能终端执行产生；

智能节点内部定时功能发送指令给智能终端并执行产生；

通过直接操作智能终端产生；

智能节点收到紧急事件按照设定规则对智能终端操作产生。

8.基于权利要求1所述的一种基于物联网的电气设备用电量估算系统的估算方法，其特征是，包括：

电气设备的信息注册：通过智能手机或通过计算机访问云平台网址录入智能终端上使用的电气设备的信息，确定智能终端和实际电气设备的直接的一一映射关系；

通过电气物联网中的智能节点对电气设备进行控制，并对电气设备动作事件顺序记录，提取SOE记录中事项记录表中操作记录，确定智能节点管理下的电气设备的开启、关闭时刻，从而确定电气设备工作时间；

通过在云平台上注册的电气设备的功率信息及电气设备工作时间，计算电气设备实际用电量。

9.如权利要求8所述的一种基于物联网的电气设备用电量估算系统的估算方法，其特征是，基于SOE和注册信息估算非空调用电设备用电量：计算公式为：

式中，W_i(t)表示编号为i的用电设备在整个t时段内能耗，P_i为该用电设备的额定功率，通过用户注册信息得到，△t_j表示在t时段内第j次设备开通的时间，通过提取SOE记录中智能终端开通时刻和关断时刻并做差得到。

10.如权利要求8所述的一种基于物联网的电气设备用电量估算系统的估算方法，其特征是，还包括：基于SOE和注册信息估算空调用电设备用电量，具体包括：

基于典型的全国逐月平均气温表，云平台根据用户智能节点IP地址和SOE时间查询当前时刻的室外平均温度；

根据设定温度和室外平均温度求取温差，根据典型房间热交换系数，结合房屋面积推算空调维持设定温度需要的制冷量，通过空调能效比换算成空调的平均功率，继而估算空调设备的用电量；

空调的平均功率具体公式包括：

式中V为房间面积，ξ为典型房屋单位面积的换热系数，T_set为空调设定温度，通过SOE记录提取，T_out为室外平均温度，通过SOE记录的时间查询典型气温表得到，COP为空调能效比；

空调设备的能耗估算公式如下：

△t_j表示在t时段内第j次空调设备开通的时间，通过提取SOE记录中智能终端开通时刻和关断时刻并做差得到。