CN108233529A - 智能远程用电监控模数化装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供智能远程用电监控模数化装置及系统。所述装置主要包括：监测模块，连接用电接入总线，用于采集用电数据；处理模块，连接所述监测模块，用于通过预设算法对所述用电数据进行分析；微控制模块，连接所述处理模块，用于接收并执行控制指令；通信模块，连接所述微控制模块，用于与外部设备进行通信。所述系统主要包括：所述装置、后台服务端、客户端。本发明的装置使用模数化设计，具有结构简单、安装方便、易于维护等特点；本发明的系统可以通过大数据分析和神经网络等算法提供详实的电器或电气设备用电数据，提供智能节能建议措施、设备健康体检或故障预警等信息。
Description
技术领域
本发明涉及用电监控设备领域，特别是涉及智能远程用电监控模数化装置及系统。
背景技术
随着科技的发展，物联网、大数据分析等技术为人们获取电器或者电气设备的用电和运行情况提供了更多方便。而对传统的用电监控设备的智能化改造也已经成为了越来越多的用户和企业共同的选择。
目前，市场上已经涌现出一些包含了过压过流、漏电防雷等安全防护和计量、远程控制、异常报警等功能的用电监控设备如智能配电箱、电气柜等。它们在保留传统用电监控设备安全性高等特点的同时也增加了可以远程监控和异常报警功能的智能化改造。然而这些设备内部结构复杂、安装维护困难、可靠性低、功能分散只能作为一体化解决方案和产品提供给用户。其智能化程度低，无法向用户提供详尽的电器或电气设备具体用电数据和运行情况分析，无法有效地提供节能建议和设备健康或故障预警等信息。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供智能远程用电监控模数化装置及系统，用于解决现有技术中的上述问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种智能远程用电监控模数化装置，包括：监测模块，连接用电接入总线，用于采集用电数据；处理模块，连接所述监测模块，用于通过预设算法对所述用电数据进行分析；微控制模块，连接所述处理模块，用于接收并执行控制指令；通信模块，连接所述微控制模块，用于与外部设备进行通信。
于本发明一实施例中，所述预设算法包括：负荷探测和特征提取算法、或负荷探测和特征提取算法以及负荷分解算法。
于本发明一实施例中，所述监测模块包括：电压互感器、电流互感器、及功率转换器中的一种或多种组合。
于本发明一实施例中，所述监测模块还用于对所述用电数据的信号进行分析、滤波、校准、或归一化处理。
于本发明一实施例中，所述处理模块包括内置负荷探测和特征提取算法、或内置负荷探测和特征提取算法以及负荷分解算法的：MCU、DSP或FPGA；所述微处理模块包括：MCU。
于本发明一实施例中，所述监测模块与所述处理模块通过光耦隔离。
于本发明一实施例中，所述装置还包括：电源模块、控制模块、传感器模块、数据存储模块、显示模块、声光报警模块、断电保护模块、及重置恢复模块中的一种或多种组合，并与所述微控制模块连接。
于本发明一实施例中，所述控制模块用于与配电箱断路器相连，从而控制用电总路和各分路的线路通断。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种智能远程用电监控模数化系统，包括：通信连接的后台服务端和如上任一所述的智能远程用电监控模数化装置，或，通信连接的客户端和如上任一所述的智能远程用电监控模数化装置，又或，分别与后台服务端通信连接的如上任一所述的智能远程用电监控模数化装置和客户端。
于本发明一实施例中，所述后台服务端或所述客户端获取所述装置发送的数据，据以生成各用电器或电气设备的用电数据、运行模式、总用电预测、节能建议和设备故障预警信息中的一种或多种组合，和/或，所述后台服务端或所述客户端向所述装置发送控制指令，以控制所述装置执行相应操作。
如上所述，本发明的智能远程用电监控模数化装置及系统，具有以下有益效果：
1、该装置使用模数化设计，多种标准化安装方式如导轨、卡口等，具有结构简单、安装方便、易于维护等特点，例如，对于家用配电箱只需添加本装置即可实现智能化改造。
2、可以提供多种型号装置在不同电源、控制、报警、显示等条件下选配，适用于所有居民、工业、商业等用户。
3、通过大数据分析和神经网络等算法深入学习，提供详实的电器或电气设备用电数据，提供智能节能建议措施，提供设备健康体检或故障预警等。
附图说明
图1显示为本发明一实施例的智能远程用电监控模数化装置示意图。
图2显示为本发明一实施例的配电箱实施安装接线示意图。
图3显示为本发明一实施例的智能远程用电监控模数化系统示意图。
元件标号说明
1 智能远程用电监控模数化装置
100 微控制器MCU模块
101 负荷探测和处理MCU/DSP/FPGA模块
102 监测模块
103 通信模块
104 电源模块
105 控制模块
106 传感器组模块
107 数据存储模块
108 显示模块
109 声光报警模块
110 断电保护模块
111 重置和恢复模块
2 后台服务器设备
3 客户端
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，本发明提供一种智能远程用电监控模数化装置1，包括：微控制器MCU模块100、负荷探测和处理MCU\DSP\FPGA模块101、监测模块102、通信模块103、电源模块104、控制模块105、传感器组模块106、数据存储模块107、显示模块108、声光报警模块109、断电保护模块110、重置和恢复模块111。具体的：监测模块102通过负荷探测和处理MCU\DSP\FPGA模块101与微控制器MCU模块100相连，其中，监测模块102与负荷探测和处理MCU\DSP\FPGA模块101通过光耦进行隔离，通信模块103、电源模块104、控制模块105、传感器组模块106、数据存储模块107、显示模块108、声光报警模块109、断电保护模块110、重置和恢复模块111均与微控制器MCU模块100相连。需要说明的是，其中，电源模块104、控制模块105、传感器组模块106、数据存储模块107、显示模块108、声光报警模块109、断电保护模块110、重置和恢复模块111可以根据用户的需求选择性设置。
监测模块102与用户用电接入总线相连，包括但不限于：电压互感、电流互感、功率转换等，用于采集用户总用电电压、电流、功率值等用电数据，并进行信号分析、滤波、校准、归一化等处理，且将处理后的数据发送给负荷探测和处理MCU\DSP\FPGA模块101。
负荷探测和处理MCU\DSP\FPGA模块101内置负荷探测、特征提取算法，还可以用于内置负荷分解算法，从而将监测模块102检测和初步处理的用电原始数据通过相应的负荷探测、特征提取算法进行数据分析和处理，发送给微控制器MCU模块100，以供微控制器MCU模块100通过通信模块103将负荷探测和处理MCU\DSP\FPGA模块101处理和提取后的负荷数据结果向外发送，从而可以让接收到该结果的设备予以使用，或者，负荷探测和处理MCU\DSP\FPGA模块101在将监测模块102检测和初步处理的用电原始数据通过相应的负荷探测、特征提取算法进行数据分析和处理后，直接通过负荷分解算法做进一步的处理，并将负荷分解结果发送给微控制器MCU模块100，微控制器MCU模块通过通信模块103再将该结果向外发送，从而可以让接收到该分解结果的设备知晓用户用电的详细运行情况等信息。
在一实施例中，所述负荷探测算法为：负荷探测和处理MCU\DSP\FPGA模块101将监测模块102检测和初步处理的用电原始数据按照一定的规则处理，如：在设定时间内变化超过规定阈值即可判断用户用电负荷发生改变，并将该发生改变的时间点作为负荷探测结果作进一步的处理。该规则不限其它，如：变点或拐点检测、负荷变化率检测等负荷探测算法。
在一实施例中，所述特征提取算法为：负荷探测和处理MCU\DSP\FPGA模块101从负荷探测时间点结果开始，进一步提取负荷特征，所述负荷特征不限负荷稳态特征或暂态特以及两者综合考虑。特征提取算法以对应所需负荷库负荷类型为准，包括但不限于：计算变化率、回归分析、FFT快速傅里叶变换等算法，并将提取到的特征结果作进一步的处理。
在一实施例中，所述负荷分解算法处理为：负荷探测和处理MCU\DSP\FPGA模块101将经过特征提取算法提取到的结果与通过微控制器MCU模块100读取到的预存在数据存储模块107中的负荷数据进行比对，再通过负荷分解算法得出电器或设备的用电数据，其中，所述负荷分解算法包括但不限于数学优化算法或模式识别算法，如：差分进化、神经网络算法等。通过分解得到的负荷结果与电器或电气设备的负荷特性数据比对进一步给出故障预警信息、节能用电建议等，此时，本装置的显示模块108、声光报警模块109、断电保护模块110、重置和恢复模块111根据微控制器MCU模块100的处理结果受控进行相应的操作、实现相应的功能。
此外，通信模块103包括但不限于：串口、电力线载波、以太网、WLAN、蓝牙、Zigbee、GPRS等通信方式，优选为WIFI模组使用无线AP模式通过无线网络与外界设备通信。电源模块104用于提供本装置中所有模块的供电电源，其输入电压范围包括但不限于：交流24V～220KV或直流3.3V～24V，在一实施例中，220V交流经过电源模块104内部转换电路转换成低压直流电压给本装置供电。控制模块105与传统配电箱断路器相连，用于控制用电总路和各分路的线路通断。传感器组模块106包括但不限于：温湿度传感器、红外传感器、烟雾传感器和可燃气体传感器等，可对超限温度或火灾等情况提供预警。
如图2所述的一种配电箱安装接线实施例，本智能远程用电监控模数化装置为35mm导轨安装型号，接入电源交流220V，固定在总路开关后面。本装置的控制模块与传统配电箱的断路器保护模块相连，可控制总路和各分路的通断。在本实施例中可看出只需在传统的配电箱中添加本智能远程用电监控模数化装置即可实现智能化改造，其安装简易、维护方便。
请参阅图3，本发明提供一种智能远程用电监控系统，包括：智能远程用电监控模数化装置1、后台服务器设备2(如：应用服务器、数据库服务器和文件服务器等)、客户端3(如：移动终端或网络客户端等)，其中，后台服务器设备2、客户端3通过通信网络与智能远程用电监控模数化装置1相连。
后台服务器接2接收来自模数化装置1采集的用户用电数据或特征数据，与预存的负荷库进行比对，通过数学优化或模式识别如人工智能神经网络等负荷分解算法进行分解和识别，生成各用电器或电气设备用电数据、运行模式、总用电预测、节能建议和设备故障预警等信息。同时，后台服务器设备2提供客户端3与智能远程用电监控模数化装置1的通信接口，将生成的上述各电器或电气设备信息以多种统计图表等形式直观地发送至客户端3的用户，以便用户可以直接获知用电实时数据或历史数据等。
进一步的，客户端3还可以将用户输入的远程控制指令通过后台服务器3发送至装置1的微处理器MCU模块100，以令微处理器MCU模块100执行相应操作，例如：提供定时闹钟等方便安全的远程线路控制方式。
需要说明的是，客户端3还可以通过装置1的通信模块103直接与装置1相连，在本身存储有负荷库数据、数据分析算法等信息的基础上，直接对装置1发来的数据进行分析与处理，并将生成的结果显示给客户。由于原理上与上述后台服务器设备2的功能相似，在此不重复赘述。
综上所述，本发明的智能远程用电监控模数化装置及系统，有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种智能远程用电监控模数化装置，其特征在于，包括：
监测模块，连接用电接入总线，用于采集用电数据；
处理模块，连接所述监测模块，用于通过预设算法对所述用电数据进行分析；
微控制模块，连接所述处理模块，用于接收并执行控制指令；
通信模块，连接所述微控制模块，用于与外部设备进行通信。
2.根据权利要求1所述的智能远程用电监控模数化装置，其特征在于，所述预设算法包括：负荷探测和特征提取算法、或负荷探测和特征提取算法以及负荷分解算法。
3.根据权利要求1所述的智能远程用电监控模数化装置，其特征在于，所述监测模块包括：电压互感器、电流互感器、及功率转换器中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的智能远程用电监控模数化装置，其特征在于，所述监测模块还用于对所述用电数据的信号进行分析、滤波、校准、或归一化处理。
5.根据权利要求1所述的智能远程用电监控模数化装置，其特征在于，所述处理模块包括：MCU、DSP或FPGA；所述微处理模块包括：MCU。
6.根据权利要求1所述的智能远程用电监控模数化装置，其特征在于，所述监测模块与所述处理模块通过光耦隔离。
7.根据权利要求1所述的智能远程用电监控模数化装置，其特征在于，还包括：电源模块、控制模块、传感器模块、数据存储模块、显示模块、声光报警模块、断电保护模块、及重置恢复模块中的一种或多种组合，并与所述微控制模块连接。
8.根据权利要求7所述的智能远程用电监控模数化装置，其特征在于，所述控制模块用于与配电箱断路器相连，从而控制用电总路和各分路的线路通断。
9.一种智能远程用电监控模数化系统，其特征在于，包括通信连接的：后台服务端和客户端中的一种或两种、及如权利要求1-8中任一所述的智能远程用电监控模数化装置。
10.根据权利要求9所述的智能远程用电监控模数化系统，其特征在于，所述后台服务端或所述客户端获取所述装置发送的数据，据以生成各用电器或电气设备的用电数据、运行模式、总用电预测、节能建议和设备故障预警信息中的一种或多种组合，和/或所述后台服务端或所述客户端向所述装置发送控制指令，以控制所述装置执行相应操作。
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