CN106655483A - 一种支撑互动化用电信息采集系统 - Google Patents

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Abstract

一种支撑互动化用电信息采集系统，在智能电网侧与用户侧之间进行控制类、管理类、信息类的双向互动，系统包括用电信息采集模块、多信道与多模通信模块、人工智能模块、智能控制模块和智能用电互动集成模块。本发明通过供电侧和用电侧的信息高效互动，客户可根据电网发布的实时电价信息，选择最佳用能方案，自主做出用电需求响应，自觉将高峰时段的部分负荷转移到非高峰时段，减少电费开支，降低电网高峰负荷，提高发输电设备运营效率。

Description

一种支撑互动化用电信息采集系统
技术领域
本发明涉及智能用电领域，特别是涉及一种支撑互动化用电信息采集系统。
背景技术
近年来，随着全球经济的快速发展，能源紧缺问题日益突出，能源问题成为世界各国关注的焦点。与此同时，电网结构逐渐从集中式电网向分布式能源接入和双向能源平衡方向发展，合理利用能源，推进智能电网建设，倡导智能用电将成为未来电网的发展趋势。
智能用电的互动化特性是实现供需双方信息和电能的双向互动。然而，在当今的电网环境下，大部分用户是固定的“负荷”，只能被动的接受供电方的调配，在电力供应紧张或者系统安全受到威胁时，无法主动参与维护电网的安全运行。一个重要的原因在于用户无法及时、高效地接收来自电网的信息，双方之间没有一条可供交流的渠道，而智能用电的一个目标就是搭建用户与电网双向互动平台，使电力用户与电网之间能够可靠、广泛的联系，鼓励用户在必要情况下改变传统的用电方式，积极参与电网运行，从而优化整个电力系统的供需关系，并且能够实现分布式电源的“即插即用”并网运行方式以及电动汽车充放电的用能管理。
用电互动技术是指随着现代化的信息技术、通信技术、计算机技术的发展，智能电网侧与用户侧之间能够实现控制类、管理类、信息类的双向互动，使电力用户享受到智能化、多样化的优质服务，同时，又能够提高电力企业对电力用户的有效管理与控制能力，并改善供电质量与服务。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明依托用电信息采集系统平台，实现电网与客户能量流、信息流、业务流实时互动，构建客户广泛参与、市场响应迅速、服务方式灵活、资源配置优化、管理高效集约、多方合作共赢的新型供用电模式，不断提升供电质量和服务品质，逐步提高电能利用效率及电能占终端能源消费的比重。
本发明的目的是提供一种提升供电质量和服务品质，全面支撑智能用电互动化建设的支撑互动化用电信息采集系统。
为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案是：
一种支撑互动化用电信息采集系统，在智能电网侧与用户侧之间进行控制类、管理类、信息类的双向互动，所述系统包括用电信息采集模块、多信道与多模通信模块、人工智能模块、智能控制模块和智能用电互动集成模块，
其中，所述用电信息采集模块在用户侧测量、收集、储存、分析、运用和传送用户用电数据、电价信息和系统运行状况，同时支持需求响应；
所述多信道与多模通信模块在智能电网侧进行能效市场潜力分析、客户能效项目在线预评估及能效信息发布和交流；
所述人工智能模块负责智能电网侧的问题输入、问题分析、问题求解和结果输出；
所述智能控制模块分析、诊断和预测智能电网状况的装置和算法，并做出决策、采取措施排除、解决电力问题；
所述智能用电互动集成模块对信息系统、数据和应用进行集成。
进一步地，系统在用户侧还包括电力需求响应模块，当电力批发市场价格升高或系统可靠性受威胁时，电力用户接收到供电方发出的诱导性减少负荷的直接补偿通知或者电力价格上升信号后，改变其固有的习惯用电模式，达到减少或者推移某时段的用电负荷而响应电力供应。
进一步地，所述用电信息采集模块由四个部分组成：智能电表、通信网络、量测数据管理系统和用户户内网络，同时能够为应用系统建立应用接口，
所述智能电表是可编程的电表，用于记录电能量，根据预先设定时间间隔来测量和储存电能量、有功功率、无功功率、电压的测量值，所述智能电表具有内置通信模块，接入双向通信系统和数据中心进行信息交流；
所述通信网络采用固定的双向通信网络，定时多次读取智能电表，并能把包括故障报警和装置干扰报警的表计信息实时地从智能电表传到数据中心；
所述量测数据管理系统是带有分析工具的数据库，处理和储存电表的计量值；
所述用户户内网络通过网关或用户入口把智能电表和用户户内可控的电器或装置连接起来，用户能够根据电力公司的需要，参与用户侧响应或电力市场。
进一步地，所述多信道与多模通信模块采用无源光网络技术，点对多点的光纤传输和接入，下行采用广播方式、上行采用时分多址方式，组成树型、星型、总线型多种拓朴结构。
进一步地，所述多信道与多模通信模块采用低压电力线载波通信技术，用伪随机编码将待发送的信息数据进行调制，实现频谱扩展后再传输，在接收端采用相同编码进行解调及相关处理，同时采用多载波方式进行调制。
进一步地，所述多信道与多模通信模块采用无线通信技术，全球微波互联接入，数据传输距离达到50km。
进一步地，所述人工智能模块，混合结构地区供电局电力营销辅助决策技术支持系统利用地区供电局普遍已有的SCADA、电能量采集和负控实时系统，进行供电辖区电力营销数据的优化整合及指标分析，搭建了独立的数据库服务器，按权限开放给局域网内的用户。
进一步地，所述智能控制模块利用高级控制方法将检测主要器件提供及时和合适的响应，对任意事件进行快速诊断，同时支持支持市场定价和提高资产管理水平。
进一步地，在所述智能用电互动集成模块中，信息的集成将分离的设备、功能和信息集成到相互关联的、统一和协调的系统之中；
数据的集成把不同来源、格式、特点性质的数据在逻辑上或物理上有机地集中；
应用的集成将应用软件和系统集成到一个单一系统中，进行业务处理和信息共享，应用集成由数据库、业务逻辑以及用户界面三个层次组成。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
第一，本发明通过供电侧和用电侧的信息高效互动，客户可根据电网发布的实时电价信息，选择最佳用能方案，自主做出用电需求响应，自觉将高峰时段的部分负荷转移到非高峰时段，减少电费开支，降低电网高峰负荷，提高发输电设备运营效率。
第二，本发明的系统通过双向互动，最大限度引导客户科学合理用电，提高电能在终端能源消费中的比重，提高全社会能源使用效率。通过双向互动，引导能源的合理高效使用，节能低碳、绿色环保。
第三，本发明充分考虑客户个性化、差异化服务需求，实现能量流、信息流和业务流的双向交互，为客户提供灵活定制、多种选择、高效便捷的服务，本发明实现了各类用户和不同智能用电设备的互动化服务，对用户的个性化用电服务性强。
附图说明
图1为实施例用电信息采集模块的结构示意图；
图2为另一实施例无线通信技术的系统网组示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的结构图及具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种支撑互动化用电信息采集系统，在智能电网侧与用户侧之间进行控制类、管理类、信息类的双向互动，本系统包括用电信息采集模块、多信道与多模通信模块、人工智能模块、智能控制模块和智能用电互动集成模块。
实施例1
图1为本发明用电信息采集模块的的结构示意图，如图1所示，用电信息采集(AMI)是一个用来测量、收集、储存、分析和运用用户用电信息的完整的信息处理系统，由智能电表、广域通信网络、用户户内网络和测量数据管理系统等部分组成，为定时或即时取得带时标的多种计量值、与用户进行信息互动、分布式能源接入及管理、家庭能源管理等提供了强有力的支持平台。它的4个主要组成部分是：智能电表、通信网络、量测数据管理系统(MDMS)和用户户内网络(HAN)。除此之外，为了充分利用AMI取得的数据，需要为许多现有的应用系统建立应用接口，如负荷预测、故障响应、客户支持和系统运行等。
智能电表
智能电表是可编程的电表，除了用于电能量记录以外，还可以实现很多功能。它能根据预先设定时间间隔(如15min，30min等)来测量和储存多种计量值(如电能量、有功功率、无功功率、电压等)。它还具有内置通信模块，能够接入双向通信系统和数据中心进行信息交流。智能电表具有双向通信功能，支持电表的即时读取(可随时读取和验证用户的用电信息)、远程接通和开断、装置干扰和窃电检测、电压越界检测，也支持分时电价或实时电价和需求侧管理。智能电表还有一个十分有效的功能，在检测到失去供电时电表能发回断电报警信息(许多是利用内置电容器的蓄电来实现)，这给故障检测和响应提供了很大的方便。
通信网络
AMI采用固定的双向通信网络，能够每天多次读取智能电表，并能把表计信息包括故障报警和装置干扰报警近于实时地从电表传到数据中心。常见的通信系统的结构包括分层系统、星状和网状网和电力线载波，可以采用不同的媒介来向数据中心实施广域通信，如电力线载波(PLC)、电力线宽带(BPL)、铜或光纤、无线射频、因特网等。在分层系统网络中，局域网(LAN)连接电表和数据集中器，而数据集中器则通过广域网(WAN)和数据中心相连。数据集中器通常在杆塔上、在变电站里或在其他的一些设施上，它们是局域网和广域网的交汇点。
量测数据管理系统(MDMS)
MDMS是一个带有分析工具的数据库，通过与AMI自动数据收集系统(ADCS)的配合使用，处理和储存电表的计量值。
ADCS按照预先设定的时间或由事件触发的任何时间把智能电表的计量或报警信息取回数据中心。通过企业服务总线(ESB)将数据与其他系统分享。一些实时运行需要的信息会直接转发到相关的系统(如停电管理系统，OMS；行动工作者管理系统，MWM；调度管理系统，DMS；能量管理系统，EMS；配电自动化和其他运行方面的应用系统)。
MDMS从ESB取得数据后，对其进行处理和分析，然后按要求和需要传给其他对实时性要求不高的系统，如用户信息系统(CIS)、计费系统、企业资源计划(ERP)、电能质量管理、负荷预测系统、变压器负荷管理(TLM)。MDMS的一个基本功能是对AMI数据进行确认、编辑、估算，以确保即使通信网络中断和用户侧故障时，流向上述信息系统或软件的数据流也是完整和准确的。AMI其中一个重要组成部分是信息系统和应用，其处于数据中心，其中量测数据管理系统(MDMS)尤为重要，MDMS是一个可以分析的数据库，它是通过与AMI自动数据收集系统(ADCS)的配合来行使作用，智能电表所发出的计量值或其他信息被ADCS按照先前设定的时间取回来到数据中心，并与其他系统分享。
用户户内网络(HAN)
HAN通过网关或用户入口把智能电表和用户户内可控的电器或装置(如可编程的温控器)连接起来，使得用户能根据电力公司的需要，积极参与需求侧响应或电力市场。HAN中一个重要的设备是处于用户室内的户内显示器(IHD)。它接受电表的计量值和电力公司的价格信息并把这些信息连续地近于实时地显示给用户，使得用户及时和准确地了解用电情况、费用和市场信息。鼓励用户节约用电，根据市场或系统的要求调整他们的用电习惯，如把一些用电调整至系统需求低谷时段。根据不同的项目实验，这些措施可降低峰荷5％以上。
HAN也可根据用户的选择来设定，根据不同的电价信号便可进行负荷控制，而无需用户不停地参与用电调整。同时，它还可以限定来自电力公司和局部的控制的动作权限。HAN的用户入口可以处在的不同的设备上，如电表、相邻的集中器、由电力公司提供的独立的网关或用户的设备(比如用户自己的因特网网关)。
实施例2
多信道与多模通信可采取通信组网技术，低压电力线载波(PLC)技术，无线通信技术等。
无源光网络(EPON)技术是一种点对多点的光纤传输和接入技术，下行采用广播方式、上行采用时分多址方式，可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓朴结构，在光分支点不需要节点设备，只需要安装一个简单的光分支器即可，因此具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快、综合建网成本低等优点。
本技术能支持树形、链型手拉手、坏形等拓扑结构，与配网网架结构一致。具备高带宽和高QOS保障等特点，上下行传输速率最低不小于1.25Gbps以上，利用光纤作为传输介质，运行可靠稳定。具备有效的隔离保障机制、VLAN隔离、保护端口、MAC地址绑定、IP地址绑定、端口限速、队列技术、流控技术等为多业务融合的开展起到了技术保障，能平滑升级扩容。
低压电力线载波通信(PLC)技术有3项，包括：扩频通信技术、多载波正交频分多址技术。扩频通信SSC(pread Spectrum Communication)是用伪随机编码将待发送的信息数据进行调制，实现频谱扩展后再传输，在接收端则采用同样的编码进行解调及相关处理。多载波正交频分多址技术。是一种多载波调制方式，通过减小和消除码间串扰的影响来克服信道的频率选择性衰落。
图2为无线通信技术的系统网组示意图，如图2所示。WiMAX全球微波互联接入技术：WiMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km。
实施例3
在人工智能模块中，人工智能辅助决策与分析技术能充分利用各部门已有的数据，如SCADA系统与MIS系统数据，并能将海量数据作优化整合，实时计算出相关指标以提取所关心的营销信息。与目前普通电力营销系统相比，其最大特点在于提供了优化算法接口，可对营销部门最关心的购售电问题进行不同时间尺度的理论优化计算，计及市场与政策因素，构建出的数学模型使购售电利润最大化，从而为决策者提供科学的营销辅助决策。所有信息按权限进行Web发布，让各部门能迅速掌握第一手营销数据。
B/S与C/S混合结构地区供电局电力营销辅助决策技术支持系统利用了地区供电局普遍已有的SCADA、电能量采集、负控等实时系统，进行供电辖区电力营销数据的优化整合及指标分析。为方便后期电力营销决策高层软件的开发与应用，系统搭建了独立的数据库服务器，按权限开放给局域网内的用户。
电力营销辅助决策技术支持系统挂靠在地区供电局内部局域网中，利用C/S方式的数据采集端通过数据中心的Web Servers数据输出接口进行实时数据采集汇总，采集频率可进行自定义，如15min、1h等。系统与SCADA等系统进行数据传输采取了安全隔离措施，以保证各个系统的安全。在系统用户侧，亦采用一定安全措施，使局域网内用户只能通过Web方式按权限浏览或打印系统发布的信息，只有超级用户才能通过客户终端机进行数据维护。
实施例4
智能控制模块是智能电网的关键，也是智能家居，楼宇，园区高效运行的关键，而智能控制模块的关键是高级控制方法技术，高级控制方法技术是用来分析，诊断，和预测智能电网状况的装置和算法，并决策和采取正确的措施排除、解决电力问题，提高用户与电力公司的互动。
高级控制技术包括：高级控制方法将检测主要器件(传感与测量)，提供及时和合适的响应(集成通信、高级电力设施)，对任意事件进行快速诊断(决策支持)。另外，高级控制方法将支持市场定价和提高资产管理水平。高级控制技术主要集成在以下领域：分布式智能体、分析工具等。
分布式智能体是自适应，自我学习，自我修复以及半自动控制的系统，能够在本地层快速响应，以减轻中心控制系统和操作人员的负担。许多这种智能体通常利用对等的通信方式结合组成一个多智能体系统，这种多智能体系统能够完成单个智能体难以完成的目标。
数字继电保护方法如下：
a)测量电路系统参数，并对数据进行分析，自动执行控制动作以保护电路系统设备与其他资产；
b)通过加强通信协调，确保最后一个反馈缺陷的部分来消除缺陷；
c)电网重新设置后，保护能自动协调跟新；
d)提供故障后的数据以分析事故起因。
智能分接开关通过检测电压上下限来实现高级控制，最下限度的吸取传输系统中的无功功率。
能源消耗监控系统监控电力系统参数和市场信息，考虑消费者预设定和代表消费者关注能源成本，舒适和健康。基于实时价格的支持需求响应项目。
数据采集方式分为为四层构架：数据采集层、数据传输层、数据处理存储层和数据展示层。
实施例5
在智能用电互动集成模块中，主要包括信息集成、数据集成和应用集成。
信息系统集成，就是通过结构化的综合布线系统和计算机网络技术，将各个分离的设备(如个人电脑)、功能和信息等集成到相互关联的、统一和协调的系统之中，使资源达到充分共享，实现集中、高效、便利的管理。
数据集成主要包括数据集成的方法与规范、数据仓库、异构数据集成、数据集成工具、元数据管理以及数据集成典型实例。数据集成是把不同来源、格式、特点性质的数据在逻辑上或物理上有机地集中，从而为企业提供全面的数据共享。在企业数据集成领域，已经有了很多成熟的框架可以利用。目前通常采用联邦式、基于中间件模型和数据仓库等方法来构造集成的系统。
应用集成主要包括应用集成的概念与标准、应用集成的主流技术。应用集成就是建立一个统一的综合应用，也即将截然不同的、基于各种不同平台、用不同方案建立的应用软件和系统有机地集成到一个无缝的、并列的、易于访问的单一系统中，并使它们就像一个整体一样，进行业务处理和信息共享。应用集成由数据库、业务逻辑以及用户界面三个层次组成。
实施例6
本发明的系统在用户侧还优选地包括需求响应模块。当电力批发市场价格升高或系统可靠性受威胁时，电力用户接收到供电方发出的诱导性减少负荷的直接补偿通知或者电力价格上升信号后，改变其固有的习惯用电模式，达到减少或者推移某时段的用电负荷而响应电力供应，从而保障电网稳定，并抑制电价上升的短期行为。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种支撑互动化用电信息采集系统，在智能电网侧与用户侧之间进行控制类、管理类、信息类的双向互动，其特征在于：所述系统包括用电信息采集模块、多信道与多模通信模块、人工智能模块、智能控制模块和智能用电互动集成模块，
其中，所述用电信息采集模块在用户侧测量、收集、储存、分析、运用和传送用户用电数据、电价信息和系统运行状况，同时支持需求响应；
所述多信道与多模通信模块在智能电网侧进行能效市场潜力分析、客户能效项目在线预评估及能效信息发布和交流；
所述人工智能模块负责智能电网侧的问题输入、问题分析、问题求解和结果输出；
所述智能控制模块分析、诊断和预测智能电网状况的装置和算法，并做出决策、采取措施排除、解决电力问题；
所述智能用电互动集成模块对信息系统、数据和应用进行集成。
2.根据权利要求1所述的支撑互动化用电信息采集系统，其特征在于：系统在用户侧还包括电力需求响应模块，当电力批发市场价格升高或系统可靠性受威胁时，电力用户接收到供电方发出的诱导性减少负荷的直接补偿通知或者电力价格上升信号后，改变其固有的习惯用电模式，达到减少或者推移某时段的用电负荷而响应电力供应。
3.根据权利要求1所述的支撑互动化用电信息采集系统，其特征在于：所述用电信息采集模块由四个部分组成：智能电表、通信网络、量测数据管理系统和用户户内网络，同时能够为应用系统建立应用接口，
所述智能电表是可编程的电表，用于记录电能量，根据预先设定时间间隔来测量和储存电能量、有功功率、无功功率、电压的测量值，所述智能电表具有内置通信模块，接入双向通信系统和数据中心进行信息交流；
所述通信网络采用固定的双向通信网络，定时多次读取智能电表，并能把包括故障报警和装置干扰报警的表计信息实时地从智能电表传到数据中心；
所述量测数据管理系统是带有分析工具的数据库，处理和储存电表的计量值；
所述用户户内网络通过网关或用户入口把智能电表和用户户内可控的电器或装置连接起来，用户能够根据电力公司的需要，参与用户侧响应或电力市场。
4.根据权利要求1所述的支撑互动化用电信息采集系统，其特征在于：所述多信道与多模通信模块采用无源光网络技术，点对多点的光纤传输和接入，下行采用广播方式、上行采用时分多址方式，组成树型、星型、总线型多种拓朴结构。
5.根据权利要求1所述的支撑互动化用电信息采集系统，其特征在于：所述多信道与多模通信模块采用低压电力线载波通信技术，用伪随机编码将待发送的信息数据进行调制，实现频谱扩展后再传输，在接收端采用相同编码进行解调及相关处理，同时采用多载波方式进行调制。
6.根据权利要求1所述的支撑互动化用电信息采集系统，其特征在于：所述多信道与多模通信模块采用无线通信技术，全球微波互联接入，数据传输距离达到50km。
7.根据权利要求1所述的支撑互动化用电信息采集系统，其特征在于：所述人工智能模块，混合结构地区供电局电力营销辅助决策技术支持系统利用地区供电局普遍已有的SCADA、电能量采集和负控实时系统，进行供电辖区电力营销数据的优化整合及指标分析，搭建了独立的数据库服务器，按权限开放给局域网内的用户。
8.根据权利要求1所述的支撑互动化用电信息采集系统，其特征在于：所述智能控制模块利用高级控制方法将检测主要器件提供及时和合适的响应，对任意事件进行快速诊断，同时支持支持市场定价和提高资产管理水平。
9.根据权利要求1所述的支撑互动化用电信息采集系统，其特征在于：在所述智能用电互动集成模块中，信息的集成将分离的设备、功能和信息集成到相互关联的、统一和协调的系统之中；
数据的集成把不同来源、格式、特点性质的数据在逻辑上或物理上有机地集中；
应用的集成将应用软件和系统集成到一个单一系统中，进行业务处理和信息共享，应用集成由数据库、业务逻辑以及用户界面三个层次组成。
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