CN107228974B - 一种基于实时用电的计量系统与方法 - Google Patents

一种基于实时用电的计量系统与方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于实时用电的计量系统与方法，包括：中心服务器和多台智能交互供电设备，其中，中心服务器与每台智能交互供电设备通信；每台智能交互供电设备用于实时计量本地用户的用电量数据，并将用电量数据上报至中心服务器，其中，智能交互供电设备包括：微处理器、与微处理器相连的电源单元、电能计量单元、数据保护单元、通信单元、显示单元；中心服务器用于根据本地用户的用电量数据，计算该用户的实时电价，并将实时电价返回给对应的智能交互供电设备，以及接收来自每台智能交互供电设备的用户用电数据，将用户用电数据存储至云端服务器。本发明具有实时性、效率高、智能交互的特点，适宜智慧城镇中共享用电系统的计量与计费。

Description

一种基于实时用电的计量系统与方法
技术领域
本发明涉及电力的测量与计费技术领域，特别涉及一种基于实时用电的计量系统与方法。
背景技术
随着现在经济的全球化发展，对能源需求的持续增长，全世界的能源发展的策略、未来的能源结构已经发生了重大而深远的改变。低碳经济、新兴能源、智能电网、智能家居已经成为全球的广泛关注的热点话题。电网是能源产业结构的重要环节，是低碳经济发展的基础设施和重要环节，在推动低碳经济中起着最为关键的作用。电网包括输电网和配电网，发电厂发出的电能通过输电、变电和配电过程，输送给用户，使用户使用电能。
传统的居民电能计量管理方式是一户一表、人工抄表、人工计费、个人交费。电表都是以月或季度为单位由人工上门抄表，时间周期长且工作量较大。这种方式不可避免地存在许多问题，如抄数据采集不够及时，耗费人工多，成本高，效率低，对拖欠电费缺乏约束机制等。尤其是在“共享经济”的大背景下，之前的用电计量方式满足不了实时用电计量的需求。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于实时用电的计量系统与方法。
为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种基于实时用电的计量系统，包括：中心服务器和多台智能交互供电设备，其中，所述中心服务器与每台所述智能交互供电设备通信；
每台所述智能交互供电设备用于实时计量本地用户的用电量数据和用电金额，并将所述用电量数据和用电金额上报至所述中心服务器，其中，所述智能交互供电设备包括：微处理器、与所述微处理器相连的电源单元、电能计量单元、数据保护单元、通信单元、显示单元，
所述电源单元用于向所述微处理器供电；
所述微处理器在接收到用电请求后，通过所述通信单元每隔预设时间间隔向所述中心服务器询问实时电价，并根据所述实时电价更新用户的用电金额，直至所述用电请求结束；
所述电能计量单元用于采集用电设备的电压电流参数，并计算出用户的用电量数据，将所述用电量数据发送至所述微处理器，由所述微处理器根据所述用电量数据和实时电价，计算用户实时的用电金额，并将所述用电金额和用电量数据作为用户用电数据在本地的数据保护单元存储后，再发送至所述中心服务器备份；
所述数据保护单元用于本地存储所述用电量数据和用电金额；
所述显示单元用于显示所述用电量数据和用电金额；
所述中心服务器用于根据所述本地用户的用电量数据，计算该用户的实时电价，并将所述实时电价返回给对应的智能交互供电设备，以及接收来自每台所述智能交互供电设备的用户用电数据，将所述用户用电数据存储至云端服务器。
进一步，所述智能交互供电设备还包括：与所述微处理器相连的时钟单元和键盘单元，所述时钟单元用于提供本地时间和用电时间；所述键盘单元用于接收用户的输入操作，查询历史用电信息和电量实时价格表。
进一步，所述中心服务器采用下式计算实时电价Y，
Figure BDA0001361375750000021
Figure BDA0001361375750000022
其中，N为当前区域剩余供电桩的数目，M为当前请求用电的客户数目，P为城市基准电价，θ为价格调控因子，Q为用电客户发出用电请求时距离充电桩的距离，K为综合调价系数。
本发明另一方面的实施例提供一种基于实时用电的计量方法，包括如下步骤：步骤S1，所述智能交互供电设备接收用电请求，每隔预设时间间隔向所述中心服务器询问实时电价，并根据所述实时电价更新用户的用电金额，直至所述用电请求结束；
步骤S2，所述中心服务器计算出该智能交互供电设备所处位置的实时电价，并返回给所述智能交互供电设备；
步骤S3，所述智能交互供电采集用电设备的电压电流参数，并计算出用户的用电量数据，根据所述用电量数据和实时电价，计算用户实时的用电金额，并将所述用电金额和用电量数据作为用户用电数据发送至所述中心服务器备份；
步骤S4，所述中心服务器用接收来自所述智能交互供电设备的用户用电数据，回复确认收到信息，并将所述用户用电数据存储至云端服务器。
进一步，还包括如下步骤：所述智能交互供电设备接收用户的输入操作，查询历史用电信息和电量实时价格表。
进一步，所述中心服务器采用下式计算实时电价Y，
Figure BDA0001361375750000031
Figure BDA0001361375750000032
其中，N为当前区域剩余供电桩的数目，M为当前请求用电的客户数目，P为城市基准电价，θ为价格调控因子，Q为用电客户发出用电请求时距离充电桩的距离，K为综合调价系数。
根据本发明实施例的基于实时用电的计量系统与方法，可以实现实时用电计量的功能，通过实时电价的计算，用户不但知道自己用了多少电量，还可以知道自己用电的金额，便于用户科学地规划自己的用电时间与用电量。通过电价弹性机制，可以微观调控用户的用电时间区间以及用电站点的选择，实现科学供电以及售电效益的最大化。本发明将用户的用电数据既在本地存储，同时同步也在云端服务器数据库存储，保证了用电数据的较高安全性。本发明目的是为了实现用户用电计量的实时化与智能化，并可以通过价格激励对用户的用电行为进行引导，在提高电力设施利用率的情况下同时获得最大的经济效益。本系统具有实时性、效率高、智能交互的特点，适宜智慧城镇中共享用电系统的计量与计费。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的基于实时用电的计量系统的架构图；
图2为根据本发明实施例的基于实时用电的计量系统的架构图；
图3为根据本发明实施例的边际供求价格剧变曲线的示意图；
图4为根据本发明实施例的实时电价计量图；
图5为根据本发明实施例的智能计量系统的交互方式的示意图；
图6为根据本发明实施例的智能交互供电设备的工作流程图；
图7为根据本发明实施例的中心服务器工作流程图；
图8为根据本发明实施例的基于实时用电的计量方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明针对共享用电计量以及实时电价的需求，提出了一种基于实时用电的计量系统及方法，可以用于共享用电环境，实时计量用户电量并计算用电金额的系统，助力构建智能电网。
如图1所示，本发明实施例提出一种基于实时用电的计量系统，包括：中心服务器和多台智能交互供电设备，其中，中心服务器与每台智能交互供电设备(1～n)通信。
具体地，每台智能交互供电设备搭建了一个可以实现用电量计量、显示、存储以及与中心服务器实现数据交互系统，可以实时计量本地用户的用电量数据，并计算用电金额，并将用电量数据上报至中心服务器。
智能交互供电设备通过计算得出的实时的电价与计量得出的用电量可以计算出用户的用电金额，并实现用电数据的本地实时存储与中心服务器云端同步存储。
如图2所示，智能交互供电设备包括：微处理器12、与微处理器12相连的电源单元11、电能计量单元13、数据保护单元15、通信单元14、显示单元16。
电源单元11用于向微处理器12供电。微处理器12在接收到用电请求后，通过通信单元14每隔预设时间间隔向中心服务器询问实时电价，并根据实时电价更新用户的用电金额，直至用电请求结束。在本发明的一个实施例中，微处理器12即为MCU控制器。
电能计量单元13用于采集用电设备的电压电流参数，并计算出用户的用电量数据，将用电量数据发送至微处理器12，由微处理器12根据用电量数据和从中心服务器接收到的实时电价，计算用户实时的用电金额，并将用电金额和用电量数据作为用户用电数据在本地的数据保护单元15存储后，再通过通信单元14发送至中心服务器备份。
数据保护单元15用于在本地存储来自微处理器12的用电量数据和用电金额。显示单元16用于显示用电量数据和用电金额，从而可以通知用户，以让用户实时知道自己的用电信息。
进一步，智能交互供电设备还包括：与微处理器12相连的时钟单元18和键盘单元17，时钟单元18用于提供本地时间和用电时间。
键盘单元17用于接收用户的输入操作，查询历史用电信息和电量实时价格表。具体地，用户可以通过键盘单元17与系统实现互动，例如查询历史用电信息以及查询电量实时价格表。
如图5和图6所示，智能交互供电设备的工作流程如下：
步骤一：检查各个单元是否正常工作，一切正常则进入待机状态；
步骤二：接收到用电请求，向中心服务器询问实时电价；
步骤三：通过用电量与实时电价计算用户实时的用电金额；
步骤四：每隔预设时间间隔T,向中心服务器询问一次实时电价，并用更新后的电价继续计算用电金额，直到收到结束用电请求；
步骤五：得出用户用电数据，进行本地用电数据存储，并利用显示单元16进行用电数据显示；
步骤六：利用通信单元14将用户用电数据发送给中心服务器。
步骤七：返回待机状态，等待下一次用电计量。
中心服务器通过无线通信网络与智能实现实时通信，主要包括计算实时电价以及实现数据库存储功能。具体地，中心服务根据本地用户的用电量数据，计算该用户的实时电价，并将实时电价返回给对应的智能交互供电设备，以及接收来自每台智能交互供电设备的用户用电数据，将用户用电数据存储至云端服务器。
中心服务器通过管理界面向用户发送由一种实时定价的方法计算得到的当前电价以及接收用户用电数据，并将采集到的用户数据存储到数据中心的数据库中。
中心服务器的核心部分是采用一种基于当前全网的发电量与需求量来实时计算售电价格的方法。
参考了微观经济学领域的边际供求价格剧变曲线规律，考虑了当前区域剩余供电桩的数目、当前请求用电的客户数目、基准电价、价格调控因子、距离等因素得出的实时计算电价的方法。
具体地，参考微观经济学的原理，可以得到边际供求价格剧变曲线，将这一理论应用到售电系统中，得到受供电量与需求量影响的电价曲线，并依此作为实时电价的定价依据。如图3所示，其中原点是供电量与需求量一致时价格最优的点，当需求大于或小于供给时，可以由两边的指数函数计算出当前的最佳电价，以引导用户消费的时间与方式。
在本发明的一个实施例中，中心服务器采用下式计算实时电价Y，
Figure BDA0001361375750000061
Figure BDA0001361375750000062
其中，
1、当前区域剩余供电桩的数目N；
2、当前请求用电的客户数目M；
3、城市基准电价P(单位元)；
4、出于特殊原因的价格调控因子θ(可正可负)；
5、用电客户发出用电请求时距离充电桩的距离Q(单位km)；
6、综合调价系数K。
通过如上公式，中心服务器可以计算出当前某一地区用电桩的实时电价，并将其发送给智能交互供电设备，智能交互供电设备则根据这一电价进行用电金额的计量。
举例来说，假设当地的基准电价为1元/度，价格调控因子θ为0，用户距离充电设施的距离为1km,由公式
Figure BDA0001361375750000063
Figure BDA0001361375750000064
如图4所示，分别为综合调价系数K＝0.1,0.2,0.3时，以M/N为横坐标，实时电价为纵坐标的函数图像y1,y2,y3。
通过改变综合调价系数K的值，中心服务器可以根据当前的各种因素调节实时电价，并将其发送给智能交互供电设备。
如图5和图7所示，中心服务器的工作流程：
步骤一：中心服务器进入工作状态；
步骤二：如果收到智能交互供电设备询问实时电价的请求，则执行步骤三，收到用电数据存储请求则执行步骤四；
步骤三：利用本发明提出的计算方法计算出智能交互供电设备所处位置的实时电价发送给智能交互供电设备，返回步骤二；
步骤四：接收智能交互供电设备发送的用户用电数据；
步骤五：回复确认收到的信息并进行用户用电数据的云端存储，返回步骤二。
通过上述步骤，可以实时计量用户电量并根据实时电价计算用电金额的功能。
如图8所示，本发明实施例还提出一种基于实时用电的计量方法，包括如下步骤：
步骤S1，智能交互供电设备接收用电请求，每隔预设时间间隔向中心服务器询问实时电价，并根据实时电价更新用户的用电金额，直至用电请求结束。
步骤S2，中心服务器计算出该智能交互供电设备所处位置的实时电价，并返回给智能交互供电设备。
参考了微观经济学领域的边际供求价格剧变曲线规律，考虑了当前区域剩余供电桩的数目、当前请求用电的客户数目、基准电价、价格调控因子、距离等因素得出的实时计算电价的方法。
具体地，参考微观经济学的原理，可以得到边际供求价格剧变曲线，将这一理论应用到售电系统中，得到受供电量与需求量影响的电价曲线，并依此作为实时电价的定价依据。如图3所示，其中原点是供电量与需求量一致时价格最优的点，当需求大于或小于供给时，可以由两边的指数函数计算出当前的最佳电价，以引导用户消费的时间与方式。
在本发明的一个实施例中，中心服务器采用下式计算实时电价Y，
Figure BDA0001361375750000071
Figure BDA0001361375750000072
其中，
1、当前区域剩余供电桩的数目N；
2、当前请求用电的客户数目M；
3、城市基准电价P(单位元)；
4、出于特殊原因的价格调控因子θ(可正可负)；
5、用电客户发出用电请求时距离充电桩的距离Q(单位km)；
6、综合调价系数K。
通过如上公式，中心服务器可以计算出当前某一地区用电桩的实时电价，并将其发送给智能交互供电设备，智能交互供电设备则根据这一电价进行用电金额的计量。
步骤S3，智能交互供电采集用电设备的电压电流参数，并计算出用户的用电量数据，根据用电量数据和实时电价，计算用户实时的用电金额，并将用电金额和用电量数据存储在本地，并作为用户用电数据发送至中心服务器备份。同时，由显示屏显示该用电金额和用电量数据，从而可以通知用户，以让用户实时知道自己的用电信息。
并且，智能交互供电设备接收用户的输入操作，查询历史用电信息和电量实时价格表。
步骤S4，中心服务器用接收来自智能交互供电设备的用户用电数据，回复确认收到信息，并将用户用电数据存储至云端服务器。
中心服务器通过无线通信网络与智能实现实时通信，主要包括计算实时电价以及实现数据库存储功能。具体地，中心服务根据本地用户的用电量数据，计算该用户的实时电价，并将实时电价返回给对应的智能交互供电设备，以及接收来自每台智能交互供电设备的用户用电数据，将用户用电数据存储至云端服务器。
中心服务器通过管理界面向用户发送由一种实时定价的方法计算得到的当前电价以及接收用户用电数据，并将采集到的用户数据存储到数据中心的数据库中。
根据本发明是实施例的基于实时用电的计量系统与方法，可以实现实时用电计量的功能。通过实时电价的计算，用户不但知道自己用了多少电量，还可以知道自己用电的金额，便于用户科学地规划自己的用电时间与用电量。通过电价弹性机制，可以微观调控用户的用电时间区间以及用电站点的选择，实现科学供电以及售电效益的最大化。本发明将用户的用电数据既在本地存储，同时同步也在云端服务器数据库存储，保证了用电数据的较高安全性。本发明目的是为了实现用户用电计量的实时化与智能化，并可以通过价格激励对用户的用电行为进行引导，在提高电力设施利用率的情况下同时获得最大的经济效益。本系统具有实时性、效率高、智能交互的特点，适宜智慧城镇中共享用电系统的计量与计费。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (4)

1.一种基于实时用电的计量系统，其特征在于，包括：中心服务器和多台智能交互供电设备，其中，所述中心服务器与每台所述智能交互供电设备通信；
每台所述智能交互供电设备用于实时计量本地用户的用电量数据和用电金额，并将所述用电量数据和用电金额上报至所述中心服务器，其中，所述智能交互供电设备包括：微处理器、与所述微处理器相连的电源单元、电能计量单元、数据保护单元、通信单元、显示单元，
所述电源单元用于向所述微处理器供电；
所述微处理器在接收到用电请求后，通过所述通信单元每隔预设时间间隔向所述中心服务器询问实时电价，并根据所述实时电价更新用户的用电金额，直至所述用电请求结束；
所述电能计量单元用于采集用电设备的电压电流参数，并计算出用户的用电量数据，将所述用电量数据发送至所述微处理器，由所述微处理器根据所述用电量数据和实时电价，计算用户实时的用电金额，并将所述用电金额和用电量数据作为用户用电数据在本地的数据保护单元存储后，再发送至所述中心服务器备份；
所述数据保护单元用于在本地存储所述用电量数据和用电金额；
所述显示单元用于显示所述用电量数据和用电金额；
其中，所述智能交互供电设备的工作流程如下：
步骤一：检查各个单元是否正常工作，一切正常则进入待机状态；
步骤二：接收到用电请求，向中心服务器询问实时电价；
步骤三：通过用电量与实时电价计算用户实时的用电金额；
步骤四：每隔预设时间间隔T,向中心服务器询问一次实时电价，并用更新后的电价继续计算用电金额，直到收到结束用电请求；
步骤五：得出用户用电数据，进行本地用电数据存储，并利用显示单元进行用电数据显示；
步骤六：利用通信单元将用户用电数据发送给中心服务器；
步骤七：返回待机状态，等待下一次用电计量；
所述中心服务器用于根据所述本地用户的用电量数据，计算该用户的实时电价，并将所述实时电价返回给对应的智能交互供电设备，以及接收来自每台所述智能交互供电设备的用户用电数据，将所述用户用电数据存储至云端服务器，其中，所述中心服务器采用下式计算实时电价Y，
Figure FDA0002759646060000021
Figure FDA0002759646060000022
其中，N为当前区域剩余供电桩的数目，M为当前请求用电的客户数目，P为城市基准电价，θ为价格调控因子，Q为用电客户发出用电请求时距离充电桩的距离，K为综合调价系数；
所述中心服务器的工作流程如下：
步骤一：中心服务器进入工作状态；
步骤二：如果收到智能交互供电设备询问实时电价的请求，则执行步骤三，收到用电数据存储请求则执行步骤四；
步骤三：计算出智能交互供电设备所处位置的实时电价发送给智能交互供电设备，返回步骤二；
步骤四：接收智能交互供电设备发送的用户用电数据；
步骤五：回复确认收到的信息并进行用户用电数据的云端存储，返回步骤二。
2.如权利要求1所述的基于实时用电的计量系统，其特征在于，所述智能交互供电设备还包括：与所述微处理器相连的时钟单元和键盘单元，所述时钟单元用于提供本地时间和用电时间；所述键盘单元用于接收用户的输入操作，查询历史用电信息和电量实时价格表。
3.一种基于实时用电的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，智能交互供电设备接收用电请求，每隔预设时间间隔向中心服务器询问实时电价，并根据所述实时电价更新用户的用电金额，直至所述用电请求结束；
步骤S2，所述中心服务器计算出该智能交互供电设备所处位置的实时电价，并返回给所述智能交互供电设备；
步骤S3，所述智能交互供电设备采集用电设备的电压电流参数，并计算出用户的用电量数据，根据所述用电量数据和实时电价，计算用户实时的用电金额，并将所述用电金额和用电量数据作为用户用电数据发送至所述中心服务器备份；其中，所述中心服务器采用下式计算实时电价Y，
Figure FDA0002759646060000031
Figure FDA0002759646060000032
其中，N为当前区域剩余供电桩的数目，M为当前请求用电的客户数目，P为城市基准电价，θ为价格调控因子，Q为用电客户发出用电请求时距离充电桩的距离，K为综合调价系数；
步骤S4，所述中心服务器用接收来自所述智能交互供电设备的用户用电数据，回复确认收到信息，并将所述用户用电数据存储至云端服务器；
其中，所述智能交互供电设备的工作流程如下：
步骤一：检查各个单元是否正常工作，一切正常则进入待机状态；
步骤二：接收到用电请求，向中心服务器询问实时电价；
步骤三：通过用电量与实时电价计算用户实时的用电金额；
步骤四：每隔预设时间间隔T,向中心服务器询问一次实时电价，并用更新后的电价继续计算用电金额，直到收到结束用电请求；
步骤五：得出用户用电数据，进行本地用电数据存储，并利用显示单元进行用电数据显示；
步骤六：利用通信单元将用户用电数据发送给中心服务器；
步骤七：返回待机状态，等待下一次用电计量；
所述中心服务器的工作流程如下：
步骤一：中心服务器进入工作状态；
步骤二：如果收到智能交互供电设备询问实时电价的请求，则执行步骤三，收到用电数据存储请求则执行步骤四；
步骤三：计算出智能交互供电设备所处位置的实时电价发送给智能交互供电设备，返回步骤二；
步骤四：接收智能交互供电设备发送的用户用电数据；
步骤五：回复确认收到的信息并进行用户用电数据的云端存储，返回步骤二。
4.如权利要求3所述的基于实时用电的计算方法，其特征在于，还包括如下步骤：所述智能交互供电设备接收用户的输入操作，查询历史用电信息和电量实时价格表。
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