CN107658977B - 用能异常动态自适应监测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用能异常动态自适应监测方法，包括：一一对应地设置N个偏差值范围和N个监测等级；以其中一个监测等级对应的上报周期上报设备用能情况：1)响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级高的偏差值范围，切换至与该偏差值对应的监测等级；2)响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级低的的监测等级所对应的偏差值范围的连续次数达到当前监测等级对应的稳定系数，切换至比当前监测等级低一级的监测等级。本发明能够在异常出现时直接快速地切换到短周期高频率的监测上报方式，当恢复正常时逐步逐级地恢复到长周期低频率的监测上报方式。

Description

用能异常动态自适应监测方法和系统

技术领域

本发明涉及数据采集领域，具体而言涉及一种用能异常动态自适应监测方法和系统。

背景技术

目前市场上大量的用能设备都安装了能耗采集器，对用能设备的用能情况进行周期性的采集。典型的如电表、水表。用能设备采集器通常采用固定频次采集用能情况，并上报给集中的能耗管理中心。能耗采集器在采集用能情况的同时，常常也采集用能设备的各种能耗指标(如电流、电压、水压等)，用于能耗管理中心判断用能异常和设备异常。

但目前市场上用能采集器的周期性采集方法存在以下问题。若上报周期较长时，容易漏掉部分异常信息，如突发的电流异常或长期周期性的电压异常变化。若频次过高，采样量和信息量较大，对服务器负载较大。当采集器采用无线传输方式时，频次过高还会导致电池消耗变快，并且频繁的无线交互会影响其它无线设备的通信。

发明内容

本发明目的在于提供一种用能异常动态自适应监测方法和系统，能够在异常出现时直接快速地切换到短周期高频率的监测上报方式，当恢复正常时逐步逐级地恢复到长周期低频率的监测上报方式，自适应调整上报周期；对相同的高频率异常上报，采用同类合并的方式减少上报次数，以减少设备功耗和数据通道占用时间。

为达成上述目的，本发明提及一种用能异常动态自适应监测方法，适于具有能耗采集器的用能设备，其中，能耗采集器按照一设定的采样周期监测用能设备的能耗指标，并且将监测结果按照一设定的上报周期发送至一监测服务器，能耗指标具有一标准值，所述方法包括：

一一对应地设置N个能耗指标的实际测量值与标准值的偏差值范围和N个监测等级，偏差值范围之间数值连续且无交叉；

根据监测等级所对应的偏差值范围的偏差值由小到大的顺序，将N个监测等级由低到高依次排序，并且为每个监测等级对应地设置上报周期和一稳定系数M；

以其中一个监测等级对应的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器：

1)响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级高的偏差值范围，切换至与该偏差值对应的监测等级，以新的监测等级对应的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器；

2)响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级低的的监测等级所对应的偏差值范围的连续次数达到当前监测等级对应的稳定系数，切换至比当前监测等级低一级的监测等级，以新的监测等级对应的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器；

其中，M、N均为大于零的正整数。

本发明还提及一种采用前述方法的用能异常动态自适应监测系统，包括能耗采集器、监测服务器，以及用于建立能耗采集器和监测服务器之间通信链路的数据传输装置；

所述能耗采集器与用能设备电连接，被设置成按照一设定的采样周期监测用能设备的能耗指标，并且将监测结果按照一设定的上报周期发送至一监测服务器；

所述能耗采集器具有设定部、能耗采集单元和处理单元；

所述设定部与处理单元电连接，用于一一对应地设置N个能耗指标的实际测量值与标准值的偏差值范围和N个监测等级，偏差值范围之间数值连续无交叉，以及

根据监测等级所对应的偏差值范围的偏差值由小到大的顺序，将N个监测等级由低到高依次排序，并且为每个监测等级对应地设置上报周期和一稳定系数M；

所述能耗采集单元根据处理单元的控制指令以设定的采样周期监测用能设备的能耗指标，并将采样结果发送给处理单元，处理单元以与当前监测等级对应的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器；

所述处理单元响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级高的偏差值范围，切换至与该偏差值对应的监测等级，以新的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器；

所述处理单元响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级低的的监测等级所对应的偏差值范围的次数达到当前监测等级对应的稳定系数，切换至比当前监测等级低一级的监测等级，以新的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器；

其中，M、N均为大于零的正整数。

由以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：

1)能够在异常出现时直接快速地切换到短周期高频率的监测上报方式，当恢复正常时逐步逐级地恢复到长周期低频率的监测上报方式，自适应调整上报周期；

2)对相同的高频率异常上报，采用同类合并的方式减少上报次数，以减少设备功耗和数据通道占用时间。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的用能异常动态自适应监测方法流程图。

图2是本发明的具体实施例的电流采样示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1，本发明提及一种用能异常动态自适应监测方法，适于具有能耗采集器的用能设备，其中，能耗采集器按照一设定的采样周期监测用能设备的能耗指标，并且将采样结果按照一设定的上报周期发送至一监测服务器。

该方法包括：

一一对应地设置N个能耗指标的实际测量值与标准值的偏差值范围和N个监测等级，偏差值范围之间数值连续且无交叉。

根据监测等级所对应的偏差值范围的偏差值由小到大的顺序，将N个监测等级由低到高依次排序，并且为每个监测等级对应地设置上报周期和一稳定系数M，其中，M、N均为大于零的正整数。

以其中一个监测等级对应的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器：

1)响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级高的偏差值范围，切换至与该偏差值对应的监测等级，以新的监测等级对应的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器。

2)响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级低的的监测等级所对应的偏差值范围的连续次数达到当前监测等级对应的稳定系数，切换至比当前监测等级低一级的监测等级，以新的监测等级对应的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器。

能耗采集器的采样周期小于等于其上报周期，能耗采集器被设定成以高频次采样指标值，以确保不过错过用能设备的能耗异常情况，而优选的，考虑到用能设备在绝大部分情况下均是处于正常工作状态，因此，当用能设备处于正常工作状态时，能耗采集器的上报周期远大于采样周期为佳，一方面避免增加能耗，另一方面，避免占用信道。

但在异常发生时，为了确保工作人员能够快速掌握用能设备的情况，前述上报周期变小，并且根据异常程度，设置不同的上报周期。

能耗采集器采集的参数根据实际情况不同而不同，常用的包括电压、水压、电流等等，通过监测这些与功耗息息相关的能耗指标来获取当前用能设备的用能情况。

应当理解，我们也可以设置实际的测量值，在此采用实际测量值与标准值的偏差值只是为了更加明确的表达用电设备的用能异常程度，测量值偏离标准值越远，说明用能异常越严重。为了便于描述，我们以异常偏差值来代替实际测量值与标准值的偏差值。

下面通过一个具体实施例来对该方法的实际工作过程进行说明。

以一个额定电流为1A的用能设备为例，该用能设备所对应的能耗采集器监测的能耗指标为用能设备的实际电流值，标准值为1A，我们为该能耗采集器配置如下参数：

(1)第一偏差值范围：异常偏差值不超过标准值20％。

第一偏差值范围对应最低的第一监测等级，第一监测等级的上报周期设定成5分钟，即每隔5分钟能耗采集器上报一次当前实际电流值。

优选的，第一监测等级对应的上报周期是最大上报周期，此时用能设备处于正常工作状态，不需要频繁上报。

因为已经是最低监测等级，因此第一监测等级没有设置稳定系数。

以最低监测等级对应的上报周期上报设备用能情况时：

只响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级高的偏差值范围，切换至与该偏差值对应的监测等级，以新的监测等级对应的上报周期上报设备用能情况，否则，维持当前上报周期。

(2)第二偏差值范围：异常偏差值大于等于标准值的20％，但又不超过标准值的30％。

第二偏差值范围对应第二监测等级，第二监测等级的上报周期设定成1分钟，即每隔1分钟能耗采集器上报一次当前实际电流值。

第二监测等级的稳定系数设置成5次，即，当异常偏差值属于比第二监测等级低的偏差值范围的次数达到5次时，将能耗采集器的工作状态切换至第一监测等级。

(3)第三偏差值范围：异常偏差值大于等于标准值的30％，但又不超过标准值的40％。

第三偏差值范围对应第三监测等级，第三监测等级的上报周期设定成30秒，即每隔30秒能耗采集器上报一次当前实际电流值。

第三监测等级的稳定系数设置成4次，即，当异常偏差值属于比第二监测等级低的偏差值范围的次数达到4次时，将能耗采集器的工作状态切换至第二监测等级。

(4)第四偏差值范围：异常偏差值大于等于标准值的40％。

第四偏差值范围对应最高的第四监测等级，第四监测等级的上报周期设定成10秒，即每隔10秒能耗采集器上报一次当前实际电流值。

第四监测等级的稳定系数设置成6次，即，当异常偏差值属于比第二监测等级低的偏差值范围的次数达到6次时，将能耗采集器的工作状态切换至第三监测等级。

用能设备刚开始工作时，其所对应的能耗采集器工作在最低的第一监测等级上，此时能耗采集器每隔5分钟上报一次。

假设在某一时刻，能耗采集器采集到的异常偏差值大于标准值的40％，说明该用能设备此刻发生严重异常，能耗采集器立刻切换当前监测等级至第四监测等级，每隔10秒上报一次。

以第四监测等级监测用能设备的用能情况时，如果某一次异常偏差值小于标准值的40％，则开始计数，此时有两种情况：

第一种情况，异常偏差值低于标准值的40％的连续次数达到了第四监测等级对应的稳定系数，即6次后，能耗采集器将自身的工作状态切换成第三监测等级，开始以第三监测等级的上报周期上报用能设备的能耗情况。

第二种情况，异常偏差值低于标准值的40％的连续次数没有达到6次就恢复成大于标准值的40％，计数清零，维持第四监测等级的上报周期，直至下一次异常偏差值小于40％标准值的情况出现。

工作在其他非最低监测等级时的情况与上述第四监测等级类似，区别只在于偏差值范围和稳定系数的不同。

以此方式来实现前述的异常出现时，快速越级切换成高频次上报方式，异常消失时慢速逐级切换至低频次上报方式，在确保整个监测系统精确性工作的情况下，尽量减少占用信道的时间，减少功耗。

至于切换监测等级时，关于下一个上报时间点的选择具有多种方式，例如和切换时间点一致、或者切换时间点再向后移一个上报周期等等，在此我们提出一种选择方式如下：

设定一个总监测周期，每个监测等级在该总监测周期内按照自身的上报周期设定有若干个上报时间点。

响应于当前监测等级发生变化，下一个上报时间点为新的监测等级在当前总监测周期内最临近当前时刻的上报时间点。

采用此种方式能够使下一次上报时间和变化后周期的时间点对齐，可以确保整个监测周期不会出现时间上的混乱。

该总监测周期可以是任意一段时间，优选的，以一天或者一个小时为单位，实现数据记录的通用性。

例如，从X分10秒时决定从10秒周期切到30秒周期，则是下一次上报时间为X分30秒而不是X分40秒。再例如，从X分30秒时决定从30秒周期切到1分钟周期，则是下一次上报时间为X+1分0秒而不是X+1分30秒。

由于偏差值范围、上报周期、稳定系数三个参数都要在能耗采集器上使用，能耗采集器的软、硬件需要支持这三个参数的配置和使用。

为了便利，我们根据监测服务器的控制指令以设置每个监测等级所对应的偏差值范围、上报周期、稳定系数。

监测服务器将这三个参数通过数据传输装置实时下发至能够与其通讯的任意一个能耗采集器，能耗采集器在下一个能对齐上报周期的时间点生效，时间点的选择类似于监测等级反生变化时。

当能耗采集器所处的网络环境对突增的上传承受力较低，或者能耗服务器性能较差的情况下。若能耗采集器工作在小周期、高频率上报的级别时，太多的上报会对网络和服务端产生较大影响，此时可以对上报采样进行同类合并以减少对网络的冲击，减少相同或相似的信息上报。即若发现该次上报与上一次上报的值处于同一区间时，可以选择不上报，直至监测等级、前述连续次数、参数设定中的一个或多个有变化才做下一次上报，但最大上报周期到达则需要进行上报。

这里提及到达最大上报周期需要进行上报的原因是为了让服务器确认仍在和能耗采集器正常通信，也可以设置另一个时间阈值，不局限于最大上报周期。

具体的，该能耗采集器响应于以下条件中的任意一个：1)本次实际测量值将导致监测等级发生变化，2)本次实际测量值与标准值的偏差值低于当前监测等级所对应的偏差值范围，发送本次监测的实时测量值至监测服务器，3)与上一次上报时间点的时间间隔达到最大上报周期，否则，不发送。

优选的，我们还可以将其中一个监测等级作为最低预警等级，超过该最低预警等级时说明用能设备异常情况较为严重。

能耗采集器响应于当前监测等级不小于最低预警等级的时间达到设定时间，生成一预警信息并发送至监测服务器。

监测服务器响应于预警信息，发出警告。

这一过程也可以由监测服务器完成，即在监测服务器中设置一个预警阈值，当监测服务器接收到的采样结果大于预警阈值时，监测服务器生成一预警信息，发出警告。

两者各有优劣，根据实际需要选择。

下面通过另一个例子来说明该工作方法相比于现有技术中的定期监控的优越性。

结合上面的用能设备的配置参数，假设用能设备的电流曲线如图2所示。图2中横坐标为时间轴，每格代表1分钟，纵坐标为用能设备在该时间点的电流值，单位为安培。

使用本方法起始上报周期为5分钟，由于最小上报周期为10秒，则能耗采集器上的监控周期为10秒。

详细上报监控数据如下表：

以下是该方法处理下的几个关键节点：

a)4分0秒，首次发现监控值超过配置的“异常偏差值”时，切换上报周期到1分钟，稳定系数5，稳定计数器开始计数。

b)7分0秒，电流异常再次超过“异常偏差值”20％，清0稳定计数器。

c)7分20秒，异常超过“异常偏差值”30％，切换上报周期到30秒，稳定系数4，清0稳定计数器。

d)8分0秒，异常超过“异常偏差值”40％，切换上报周期到10秒，稳定系数6，清0稳定计数器。

e)9分10秒，在原上报周期达到稳定系数，切换上报周期到30秒，稳定系数4，清0稳定计数器。

f)11分0秒，在原上报周期达到稳定系数，切换上报周期到1分钟，稳定系数5，清0稳定计数器。

g)16分0秒，在原上报周期达到稳定系数，切换上报周期到5分钟，稳定系数和稳定计数器暂时失效。

h)17分0秒，发现监控值超过配置的“异常偏差值”时，切换上报周期到1分钟，稳定系数5，稳定计数器开始计数。

相同情况如果使用传统的固定周期上报能耗和采样的方式，如周期为5分钟，则0、5、10、15、20这四个电为采样到的值。采样结果为：

0分钟	5分钟	10分钟	15分钟	20分钟
					1	0.75	1.1	1	1

根据上表得出的用能设备电流状态相对良好，不能发现电流变化中的0.5A和1.8A这些用能异常情况。

若采用10秒钟固定上报周期，刚一共需要20分钟×6次＝120个上报采样，系统负载远大于本方法的41次上报采样。对于相对稳定，偶尔出现异常的用能设备，这种差距会非常悬殊。

由于使用了该方法准确的发现了用能设备的异常用能情况，根据统计的方法，可以发现经常出现异常波动的设备，对其进行预防性的维护和告警。并能通过统计找出异常出现的规律，有利于系统维护保养。

在此方法基础上，本发明还提及一种用能异常动态自适应监测系统，包括能耗采集器、监测服务器，以及用于建立能耗采集器和监测服务器之间通信链路的数据传输装置。

所述能耗采集器与用能设备电连接，被设置成按照一设定的采样周期监测用能设备的能耗指标，并且将监测结果按照一设定的上报周期发送至一监测服务器。

所述能耗采集器具有设定部、能耗采集单元和处理单元。

所述设定部与处理单元电连接，一一对应地设置N个能耗指标的实际测量值与标准值的偏差值范围和N个监测等级，偏差值范围之间数值连续无交叉，以及根据监测等级所对应的偏差值范围的偏差值由小到大的顺序，将N个监测等级由低到高依次排序，并且为每个监测等级对应地设置上报周期和一稳定系数M。

所述能耗采集单元根据处理单元的控制指令以设定的采样周期监测用能设备的能耗指标，并将采样结果发送给处理单元，处理单元以与当前监测等级对应的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器。

所述处理单元响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级高的偏差值范围，切换至与该偏差值对应的监测等级，以新的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器。

所述处理单元响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级低的的监测等级所对应的偏差值范围的次数达到当前监测等级对应的稳定系数，切换至比当前监测等级低一级的监测等级，以新的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器。

从而，本发明提及一种用能异常动态自适应监测方法和系统，能够在异常出现时直接快速地切换到短周期高频率的监测上报方式，当恢复正常时逐步逐级地恢复到长周期低频率的监测上报方式，自适应调整上报周期；对相同的高频率异常上报，采用同类合并的方式减少上报次数，以减少设备功耗和数据通道占用时间。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种用能异常动态自适应监测方法，适于具有能耗采集器的用能设备，其中，能耗采集器按照一设定的采样周期监测用能设备的能耗指标，并且将采样结果按照一设定的上报周期发送至一监测服务器，能耗指标具有一标准值，其特征在于，所述方法包括：

一一对应地设置N个能耗指标的实际测量值与标准值的偏差值范围和N个监测等级，偏差值范围之间数值连续且无交叉；

根据监测等级所对应的偏差值范围的偏差值由小到大的顺序，将N个监测等级由低到高依次排序，并且为每个监测等级对应地设置上报周期和一稳定系数M；

以其中一个监测等级对应的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器：

1)响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级高的偏差值范围，切换至与该偏差值对应的监测等级，以新的监测等级对应的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器；

2)响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级低的监测等级所对应的偏差值范围的连续次数达到当前监测等级对应的稳定系数，切换至比当前监测等级低一级的监测等级，以新的监测等级对应的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器；

其中，M、N均为大于零的正整数。

2.根据权利要求1所述的用能异常动态自适应监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

以最低监测等级对应的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器时：

响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级高的偏差值范围，切换至与该偏差值对应的监测等级，以新的监测等级对应的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器，否则，维持当前上报周期。

3.根据权利要求1所述的用能异常动态自适应监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

低等级监测等级所对应的上报周期大于高等级监测等级所对应的上报周期。

4.根据权利要求1所述的用能异常动态自适应监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

响应于以下条件中的任意一个：1)本次实际测量值将导致监测等级发生变化，2)本次实际测量值与标准值的偏差值低于当前监测等级所对应的偏差值范围，3)与上一次上报时间点的时间间隔达到最大的上报周期，将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器，否则，不发送。

5.根据权利要求1所述的用能异常动态自适应监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据监测服务器的控制指令以设置每个监测等级所对应的偏差值范围、上报周期、稳定系数。

6.根据权利要求1所述的用能异常动态自适应监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

设定一个总监测周期，每个监测等级在该总监测周期内按照自身的上报周期设定有若干个上报时间点；

响应于当前监测等级发生变化，修正下一个上报时间点为新的监测等级在当前总监测周期内最临近当前时刻的上报时间点。

7.根据权利要求1所述的用能异常动态自适应监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

将其中一个监测等级作为最低预警等级；

响应于当前监测等级不小于最低预警等级的时间达到设定时间，生成一预警信息并发送至监测服务器。

8.根据权利要求7所述的用能异常动态自适应监测方法，其特征在于，所述监测服务器响应于预警信息，发出警告。

9.一种采用权利要求1所述方法的用能异常动态自适应监测系统，其特征在于，包括能耗采集器、监测服务器，以及用于建立能耗采集器和监测服务器之间通信链路的数据传输装置；

所述能耗采集器与用能设备电连接，被设置成按照一设定的采样周期监测用能设备的能耗指标，并且将监测结果按照一设定的上报周期发送至一监测服务器；

所述能耗采集器具有设定部、能耗采集单元和处理单元；

所述设定部与处理单元电连接，用于一一对应地设置N个能耗指标的实际测量值与标准值的偏差值范围和N个监测等级，偏差值范围之间数值连续无交叉，以及

根据监测等级所对应的偏差值范围的偏差值由小到大的顺序，将N个监测等级由低到高依次排序，并且为每个监测等级对应地设置上报周期和一稳定系数M；

所述能耗采集单元根据处理单元的控制指令以设定的采样周期监测用能设备的能耗指标，并将采样结果发送给处理单元，处理单元以与当前监测等级对应的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器；

所述处理单元响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级高的偏差值范围，切换至与该偏差值对应的监测等级，以新的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器；

所述处理单元响应于监测到的实际测量值与标准值的偏差值属于比当前监测等级低的监测等级所对应的偏差值范围的次数达到当前监测等级对应的稳定系数，切换至比当前监测等级低一级的监测等级，以新的上报周期将能耗采集器的采样结果发送至监测服务器；

其中，M、N均为大于零的正整数。