CN108400589B - 一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，包括发电装置，基于石墨烯电池的储能电源，用于实现电量检测、电力传输和数据传输的生态管理模块电力调度模块用于根据电力交易信息进行电力调度，电力调度模块通过电力传输线路与各用电终端连接。本发明感性元件的开关速度能达到与IGBT、数字电路的同步，提高了电池和电源的转化效率，同时降低了电池和电源的功耗，EBIOGEM内阻与各个链点内阻匹配，通过程序硬件和通信网络持续循环，获得能源的平均分配，最大减少应用的物理距离，提供能量收集和颗粒尺度计算，基于区块链密码机授权个人和社区共同创造新能源，实现检测、预警、控制、大数据采集、能源计量、微电管理的微能网生态系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统。
背景技术
随着天然气的大量使用，每一座居民大楼都被天然气所“笼罩”。天然气的普及给公共生活带来了方便，减少了城市的污染，提高了生活质量，但是同时，天然气也是潜在的“危险品”，往往由于使用不当和设备老化等导致的天然气泄漏爆炸或中毒事件时有发生，给居民的生命财产安全带来巨大的威胁。
现有的天然气安全监控系统主要采用单一的家庭式监控系统或装置，利用PLC控制器实现检测泄露、开窗、空气净化和报警的功能，降低了天然气泄漏后的安全隐患。但结构功能单一，不能及时上报泄漏预警信息，不利于天然气公司的综合管理及故障预警。
区块链(Blockchain)是比特币的一个重要概念，本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术。区块链是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性(防伪)和生成下一个区块。狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。
所谓区块链技术，也被称之为分布式账本技术，是一种互联网数据库技术，其特点是去中心化、公开透明，让每个人均可参与数据库记录。用通俗的话阐述：如果我们把数据库假设成一本账本，读写数据库就可以看作一种记账的行为，区块链技术的原理就是在一段时间内找出记账最快最好的人，由这个人来记账，然后将账本的这一页信息发给整个系统里的其他所有人。这也就相当于改变数据库所有的记录，发给全网的其他每个节点，所以区块链技术也称为分布式账本(distributed ledger)。
区块链技术最早是比特币的基础技术，目前世界各地均在研究，可广泛应用于金融等各领域。以去中心化理念、分布式共享记账技术为核心的区块链技术，未来将很有希望颠覆整个社会的多个行业。作为一种分布式共享记账的技术，区块链技术在更大意义上是让参与各方之间能够在技术层面建立可自证明的信任关系，从而实现去中心化的目的。目前这一技术在金融、物联网、供应链、工业自动化等多个领域的诸多方面均拥有大量的想象空间。
现有技术中，传统的智能电网运营模式是将收集的电力统一传输到中心电站，再由电站统一来按需传输给终端用户。这样的传统方式存在诸多缺陷，首先是线路损耗，由于距离问题，大约有8％-9％的电力在线路传输过程中被损耗掉。其次是可靠性，一旦中心电站因为某种原因中断运行，整个区域的电力传输将受到极大的影响。
提供一套将基于区块链技术的电力交易系统与天然气安全管理系统有机结合的天然气生态系统势必能够解决上述问题，然而为了实现电力交易中的电量检测，传统功率感性元件采用线圈结构，间隙分布电容大，存在严重的铜损、磁损，内阻大，转换效率低下，开关速度最多做到200K，而IGBT和数字电路的开关速度一般在500K左右，传统功率感性元件的开关速度无法达到与IGBT、数字电路开关速度的同步，系统功耗较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种将基于区块链技术的电力交易系统与天然气安全管理系统有机结合的天然气生态系统，使用低功耗功率感性元件实现电池的检测和控制，解决电池、电路的离散性问题，降低系统损耗。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，包括属于各天然气用户的发电装置，基于石墨烯电池的用于储存所述发电装置所产电能的储能电源，用于实现电量检测、电力传输和数据传输的生态管理模块，用于检测室内天然气浓度的天然气浓度检测传感器、受控的天然气电磁阀和区块链交易系统；
所述的生态管理模块包括电子基因芯片EBIOGEM、电力传输单元和数据传输单元，电子基因芯片EBIOGEM用于实现储能电源的电量检测，电子基因芯片EBIOGEM包括IGBT检测模块、感性元件和数字电路，所述的感性元件与IGBT模块及数字电路的开关速度同步，电子基因芯片EBIOGEM的内阻与储能电源的内阻相匹配；
所述的电力传输单元用于实现储能电源与区块链交易系统之间的电力传输；
所述的数据传输单元用于实现天然气浓度检测传感器所采集数据的传输，以及天然气电磁阀控制信号的传输；
所述的区块链交易系统包括区块链交易平台、交易数据库和电力调度模块，区块链交易平台用于将电子基因芯片EBIOGEM检测到的电量数据、用户客户端提交的电力交易信息写入交易数据库；电力调度模块用于根据交易数据库中的电力交易信息进行电力调度，电力调度模块通过电力传输单元与储能电源实现电力传输，电力调度模块通过电力传输线路与各用电终端连接；
所述的区块链交易平台还包括漏气自保护单元，漏气自保护单元将天然气浓度检测传感器所采集的天然气浓度数据与预设关断阈值进行比对，达到预设关断阈值后输出关断天然气电磁阀的控制信号。
所述的电子基因芯片EBIOGEM还包括Ku超高频干扰检测模块，Ku超高频干扰检测模块用于通过微波频率检测实现障碍物干扰检测，Ku超高频干扰检测模块的检测结果数据通过数据传输单元上传至区块链交易平台。
所述的感性元件包括电感和变压器。
所述的发电装置包括风力发电装置、光伏发电装置、机械能发电装置中的一种或多种的组合。
所述的用电终端包括路灯、汽车。
一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，还包括家庭成员健康数据采集设备，家庭成员健康数据采集设备所采集的健康数据通过数据传输单元上传至区块链交易平台。
一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，还包括用户客户端，用户客户端通过通信网络与区块链交易平台建立通信。
一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，还包括管理客户端，管理客户端通过通信网络与区块链交易平台建立通信。
一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，还包括分布式电源，分布式电源的充电接口与储能电源相连。
本发明的有益效果是：
1）本发明提供一种将基于区块链技术的电力交易系统与天然气安全管理系统有机结合的天然气生态系统，具备天然气漏气自动关断等天然气安全管理功能，同时具备电力交易功能，天然气用户家中设置发电装置，每个天然气用户可以作为一个独立的电力产销者，一方面，将各个电力产销者与用电用户联结起来，基于就近消纳的原则，优先消费内部储能；另一方面，基于区块链让每个天然气用户家庭能对自己的能源做主，自由交易与转移，使通过自家能源实现盈利成为可能。
2）微电网是一个高度自治灵活的能源网络，能够和国家电网并行工作，也可以以孤岛模式工作，并能整合当地区域内所制造的分布式能源，拥有极高的能源利用率和供电可靠性。
3）本发明提升了功率感性元件的开关速度，加快了感性元件的响应时间，感性元件的开关速度能达到与IGBT、数字电路的同步，提高了电池和电源的转化效率，同时使用低功耗功率感性元件实现储能电源的检测和控制，降低了系统损耗。EBIOGEM内阻与各个链点内阻匹配，通过程序硬件和通信网络持续循环，获得能源的平均分配，最大减少应用的物理距离，提供能量收集和颗粒尺度计算，基于区块链交易平台区块链密码机授权个人和社区共同创造新能源，实现检测、预警、控制、大数据采集、能源计量、微电管理的微能网生态系统。
附图说明
图1为本发明系统原理框图；
图2为系统软件架构图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，包括属于各天然气用户的发电装置，这里所指天然气用户可以是家庭用户、办公用户、工厂用户、学校用户、医院用户等等。所述的发电装置包括但不限于风力发电装置、光伏发电装置、机械能发电装置中的一种或多种的组合。基于石墨烯电池的用于储存所述发电装置所产电能的储能电源，采用基于石墨烯技术的电池的优势包括：1）储电量大，一个锂电池（以最先进的为准）的比能量数值为180wh/kg，而一个石墨烯电池的比能量则超过600wh/kg。2）充电快，用石墨烯电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟。3）使用寿命长，其使用寿命是传统氢化电池的四倍，是锂电池的两倍。4）重量轻，石墨烯的特性使得电池的重量可以减少为传统电池的一半，这样可以提高装载该电池的机器的效率。5）成本低，成本将比锂电池低77%。用于实现电量检测、电力传输和数据传输的生态管理模块，用于检测室内天然气浓度的天然气浓度检测传感器、受控的天然气电磁阀和区块链交易系统。
所述的生态管理模块包括电子基因芯片EBIOGEM、电力传输单元和数据传输单元，电子基因芯片EBIOGEM用于实现储能电源的电量检测，电子基因芯片EBIOGEM包括IGBT检测模块、感性元件和数字电路，所述的感性元件包括电感和变压器。所述的感性元件与IGBT检测模块及数字电路的开关速度同步，电子基因芯片EBIOGEM的内阻与储能电源的内阻相匹配，提高了电池和电源的转化效率，同时降低了电池和电源的功耗。具体采用与石墨烯二维材料结构相近的共性材料制作感性元件。
所述的电力传输单元用于实现储能电源与区块链交易系统之间的电力传输，所述的数据传输单元用于实现天然气浓度检测传感器所采集数据的传输，以及天然气电磁阀控制信号的传输。
所述的区块链交易系统包括区块链交易平台、交易数据库和电力调度模块，区块链交易平台用于将电子基因芯片EBIOGEM检测到的电量数据、用户客户端提交的电力交易信息写入交易数据库；电力调度模块用于根据交易数据库中的电力交易信息进行电力调度，电力调度模块通过电力传输单元与储能电源实现电力传输，电力调度模块通过电力传输线路与各用电终端连接，用电终端可以是路灯、电力汽车、基站等。
例如：某天然气用户甲利用其发电装置发电并储存于其储能电源中，电子基因芯片EBIOGEM检测到其储能电源的电量为200度，生态管理模块将该电量数据上传到区块链交易平台，写入交易数据库。另一用户乙需要购电，通过用户客户端向区块链交易平台发起“购电50度”的交易请求，并向平台支付购电费用，区块链交易平台接收到该交易请求后，通过电力传输单元从甲的储能电源中输送50度电能至电力调度模块，平台向甲支付购电费用，由电力调度模块将这50度电能输送给乙使用。用户乙可以是天然气用户，也可以是其它用电终端的业主。
所述的区块链交易平台还包括漏气自保护单元，漏气自保护单元将天然气浓度检测传感器所采集的天然气浓度数据与预设关断阈值进行比对，达到预设关断阈值后输出关断天然气电磁阀的控制信号。
作为优选，所述的电子基因芯片EBIOGEM还包括Ku超高频干扰检测模块，Ku超高频干扰检测模块用于通过微波频率检测实现障碍物干扰检测，Ku超高频干扰检测模块的检测结果数据通过数据传输单元上传至区块链交易平台。超高频干扰检测单元可实现360°周转度的微波频率检测，能够有效检测储能电源周边无形的电磁干扰和频率干扰。
作为优选，一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统还可整合家庭成员的健康数据，实现健康大数据的采集和分析。具体的，包括家庭成员健康数据采集设备，家庭成员健康数据采集设备所采集的健康数据通过数据传输单元上传至区块链交易平台。
一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，还包括用户客户端，用户客户端通过通信网络与区块链交易平台建立通信。用户可通过用户客户端发送购电请求、支付购电费用、发送售电请求、提现售电收入、接收天然气漏气预警信息、关断电磁阀操作信息、储能电源电量信息、电力交易信息等。通过第三方系统的整合，也可通过用户客户端实现水、电、气、电话缴费等诸多功能。
一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，还包括管理客户端，管理客户端通过通信网络与区块链交易平台建立通信。管理者可通过管理客户端实现数据的增删改查等。
一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，还包括分布式电源，分布式电源的充电接口与储能电源相连。储能电源所储电能可为分布式电源充电，或由天然气用户购电后为分布式电源充电。分布式电源是指功率为数千瓦至50MW的小型独立电源，用以满足用户户外使用需求，如调峰、为边远用户或商业区和居民区供电，节省输变电投资、提高供电可靠性。
天然气生态系统在软件技术方面，与常见的C/S 2层结构、B/S 3层结构有很大不同，平台完整的技术架构包括：基础设施层、UI层、服务层、领域层、应用层、数据仓库层6个层次，技术架构图如图2所示。
平台基于石墨烯区块链和SOA框架，采用ASP.NET MVC5技术、轻量级Rest服务框架WebAPI，结合AOP切面编程思维，BPM流程引导，领域驱动开发。
数据存储方面选用跟Windows环境融合度更高的SQL SERVER2008R2关系型数据库，以及MongDB和Redis等NoSQL。
系统配套科学完整的管理、运维等制度体系，系统优势对比如下：
a)脱离传统单机版信息孤岛式的监测系统，无缝紧密与整体信息化结合；
b)设备防爆防雷，安全稳定；
c)良好的容灾机制：支持数据断点续传，保障断电断网零丢包率；
d)实时报警，非轮询周期报警，一旦有任何报警将实时上传而非到了数据采集时间才进行上报；
e)报警自动接入到应急调度系统，进行流程化跟踪处理；
f)多端支持：调度中心、移动电脑、平板、手机、APP、微信，全系统多网兼容；
g)完善强大的数据分析功能：输差分析、对比分析、预测分析、数据诊断；
h)SCADA接入整体信息化无缝对接，所有系统实现真正的融会贯通；
i)平台及的售后服务：终端远程升级维护、系统在线客户即时支撑。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，其特征在于：包括属于各天然气用户的发电装置，基于石墨烯电池的用于储存所述发电装置所产电能的储能电源，用于实现电量检测、电力传输和数据传输的生态管理模块，用于检测室内天然气浓度的天然气浓度检测传感器、受控的天然气电磁阀和区块链交易系统；
所述的生态管理模块包括电子基因芯片EBIOGEM、电力传输单元和数据传输单元，电子基因芯片EBIOGEM用于实现储能电源的电量检测，电子基因芯片EBIOGEM包括IGBT检测模块、感性元件和数字电路，所述的感性元件与IGBT模块及数字电路的开关速度同步，电子基因芯片EBIOGEM的内阻与储能电源的内阻相匹配；
所述的电力传输单元用于实现储能电源与区块链交易系统之间的电力传输；
所述的数据传输单元用于实现天然气浓度检测传感器所采集数据的传输，以及天然气电磁阀控制信号的传输；
所述的区块链交易系统包括区块链交易平台、交易数据库和电力调度模块，区块链交易平台用于将电子基因芯片EBIOGEM检测到的电量数据、用户客户端提交的电力交易信息写入交易数据库；电力调度模块用于根据交易数据库中的电力交易信息进行电力调度，电力调度模块通过电力传输单元与储能电源实现电力传输，电力调度模块通过电力传输线路与各用电终端连接；
所述的区块链交易平台还包括漏气自保护单元，漏气自保护单元将天然气浓度检测传感器所采集的天然气浓度数据与预设关断阈值进行比对，达到预设关断阈值后输出关断天然气电磁阀的控制信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，其特征在于：所述的电子基因芯片EBIOGEM还包括Ku超高频干扰检测模块，Ku超高频干扰检测模块用于通过微波频率检测实现障碍物干扰检测，Ku超高频干扰检测模块的检测结果数据通过数据传输单元上传至区块链交易平台。
3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，其特征在于：所述的感性元件包括电感和变压器。
4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，其特征在于：所述的发电装置包括风力发电装置、光伏发电装置、机械能发电装置中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，其特征在于：所述的用电终端包括路灯、汽车。
6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，其特征在于：还包括家庭成员健康数据采集设备，家庭成员健康数据采集设备所采集的健康数据通过数据传输单元上传至区块链交易平台。
7.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，其特征在于：还包括用户客户端，用户客户端通过通信网络与区块链交易平台建立通信。
8.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，其特征在于：还包括管理客户端，管理客户端通过通信网络与区块链交易平台建立通信。
9.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的云电源天然气生态系统，其特征在于：还包括分布式电源，分布式电源的充电接口与储能电源相连。
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