CN108900005A - 一种能源交换机附属设备智能监控系统及监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能源交换机附属设备智能监控系统，包括：智能设备监测模块，用于与智能设备建立通信连接，从所述智能设备接收设备电气信息，并将该信息发送到数据处理模块；数据处理模块，用于根据接收的所述电气信息对能源交换机的各接入口进行查询，以确定所述智能设备是否物理连接到能源交换机，并确定所连接的接入口，将查询结果发送到数据存储模块；数据存储模块，用于根据接收的所述查询结果对数据进行更新或存储。利用能源交换机采集的接入设备电气数据以及智能设备通过无线通信方式发送的设备信息及心跳报文进行设备的上线、离线监测。同时，对于没有无线通信模块的普通设备，能够通过能源交换机的数据采集信息进行上线、离线判断。

Description

一种能源交换机附属设备智能监控系统及监控方法
技术领域
本发明涉及能源领域和计算机领域，特别涉及一种能源交换机附属设备智能监控系统及监控方法。
背景技术
所述能源交换机是能源互联网中的重要设备，主要功能如下：设备监测控制：测量、保护、监控、通信、接入控制及管理等功能；电力能量交换：在微电网系统内，对即插即用接入的发用电设备，进行能量的交换和利用；故障预警告知：当微电网内部出现孤岛、过压、过流及短路等故障时，发出提示信息告知用户；运行信息维护：对微电网内的系统配置、设备参数、运维信息等进行维护和管理等。
目前能源设备的监测局限于利用电气信息的监测，主要缺点在于只能够监测接口是否有设备接入，而无法感知具体的设备信息，限制了对设备的智能监控，例如无法对接入设备的拓扑进行详细的可视化、无法针对不同的设备进行特定的能量管理等。
发明内容
本发明旨在提供一种能源交换机附属设备智能监控系统及监控方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种能源交换机附属设备智能监控系统，该系统包括：智能设备监测模块，用于与智能设备建立通信连接，从所述智能设备接收设备电气信息，并将该信息发送到数据处理模块；数据处理模块，用于根据接收的所述电气信息对能源交换机的各接入口进行查询，以确定所述智能设备是否物理连接到能源交换机，并确定所连接的接入口，将查询结果发送到数据存储模块；数据存储模块，用于根据接收的所述查询结果对数据进行更新或存储。
根据本发明的另一方面，还提供了一种能源交换机附属设备智能监控方法，该方法包括：步骤1，能源交换机与智能设备建立通信连接，从所述智能设备接收设备电气信息，并将该信息发送到数据处理模块；步骤2，数据处理模块根据接收的所述电气信息对能源交换机的各接入口进行查询，以确定所述智能设备是否物理连接到能源交换机，并确定所连接的接入口，将查询结果发送到数据存储模块；步骤3，数据存储模块据接收的所述查询结果对数据进行更新或存储。
根据本发明，可利用能源交换机采集的接入设备电气数据以及智能设备通过无线通信方式发送的设备信息及心跳报文进行设备的上线、离线监测。同时，对于没有无线通信模块的普通设备，能够通过能源交换机的数据采集信息进行上线、离线判断。
附图说明
为了更清晰地阐述本发明的实施例和现有的技术方法，下面将本发明的技术方法说明附图和现有技术描述中用到的说明附图做简单的介绍，显而易见，在不付出创造性劳动的前提下，本领域普通技术人员可以通过本附图获得其它的附图。
图1为本发明能源交换机附属设备智能监控系统应用场景示意图；
图2为本发明能源交换机附属设备智能监控系统结构框图；
图3为本发明能源交换机附属设备智能监控方法的基本流程图。
具体实施方式
为使本发明优势描述更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步详细阐述，显然所描述的实施例只是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。根据本发明的实施例，本领域的普通技术人员在不经创造性劳动的基础上实现的本发明的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。下面的描述中，对与本发明无关的技术只做简要的技术说明或者直接略过。
图1为本发明能源交换机附属设备智能监控系统应用场景示意图。能源交换机作为整个系统的核心设备，能够接入发电设备、用电设备、储能设备这些附属设备，本发明要实现的主要目的就是利用能源交换机对这些设备进行上线、离线感知。其中，使用无线通信(例如WI-FI)的方式，通过TCP/IP通信协议实现数据交互，判断智能设备的上线、离线，以及能量管理；同时能够通过轮询监测接入口电气数据，判断普通设备的上线、离线。如果使用了商用Wi-Fi设备则能够为能源交换机实时提供负载设备的运行时数据。
本发明提到的附属设备主要包括接入到能源交换机上的用电设备、储能设备、发电设备等。在此仅是以示例的方式列举几种，能利用本发明的方案进行监控的接入能源交换机的任何类型的附属设备都包括在本发明的范围之内。
附属设备包括智能设备和普通设备，智能设备是指携带有无线通信模块(例如WI-FI模块、蓝牙模块、ZigBee模块)的设备，并且能够通过该无线通信模块与能源交换机实现信息交互；普通设备是指不带有无线通信模块的设备。
参照图2，本发明提出的能源交换机附属设备智能监控系统包括：设备监测模块100、数据处理模块200、数据存储模块300、界面展示模块400。所述各模块设置在能源交换机中。
设备监测模块100用于监测智能设备和/或普通设备的上线、离线行为。该模块进一步包括智能设备监测单元110和普通设备监测单元120。
智能设备监测单元110用于在能源交换机的预设端口监听通信连接，等待智能设备接入。当智能设备通过无线通信模块，例如通过WI-FI接入到能源交换机，智能设备会主动发送设备认证信息。认证信息为$energy devices$，即每个智能设备建立通信连接后需要发送该条信息到能源交换机，能源交换机收到该信息，如果通过认证则返回确认信息，确认信息的内容也为$energy device$，说明该设备是附属的设备，才能够进行下一步的操作。
能源交换机通过智能设备监测单元110对认证信息接收并进行认证，当通过认证并发送确认信息给智能设备后，保持与智能设备的通信连接，例如socket连接，智能设备接收到确认信息后发送该智能设备的相关电气信息给智能设备监测单元110。设备电气信息包括设备名称、额定电压、额定电流、是否需要能量管理等。如果智能设备监测单元110认为当前无线连接，例如WI-FI接入违法，则断开与智能设备的无线通信连接，并返回继续监听通信连接。智能设备监测单元110将从智能设备接收的设备电气信息进行数据打包并发送给数据处理模块200。智能设备监测单元110能够多线程执行，当监听到一个连接后，会启动新的线程与其连接，故此时仍然能够监听其他连接，并且能同时保持多个无线连接。数据处理模块200在接收到智能设备监测单元110发送的设备电气信息后，轮流查询各接入口，以确认建立无线通信的智能设备是否也建立了物理连接，并确认建立物理连接的接入口。
当一个智能设备接入能源交换机，首先该智能设备会与能源交换机的某个接入口建立物理连接，此时该接入口上的电压电流会发生变化；物理连接建立完成后，该智能设备会与能源交换机建立无线通信连接(如wifi连接)，并发送设备电气信息。此时，能源交换机需要知道该智能设备是从哪个接入口进行接入，因此通过数据处理模块200寻找在无线通信连接之前最近时间内(如2秒前)电流电压发生变化的是哪个接入口，将该接入口的电气信息与该智能设备的额定电气信息进行匹配，查找方式就是轮流查询每一个接入口，找到符合上述电流和时间两项指标的接入口。
智能设备与能源交换机的通信连接与物理连接是分开的，通信连接建立后，能源交换机并不确定该通信连接对应的物理连接是哪一个接入口，同样，物理连接建立后，也不确定该物理连接对应的是哪一个通信连接。因此，需要数据处理模块200进行查询确认。在一示例中，数据处理模块200从智能设备监测单元110收到设备电气信息后，对接入口轮流查询，首先根据接入口的电流进行查询，如果电流为0，则判断接入口没有附属设备；如果电流不为0，则判断接入口有附属设备。如果电流不为0，则继续根据接入口数据的更新时间进行查询，如果查询时间距离接入口数据上次更新时间短于一定时间，则进一步查询接入口实际电流与上述从智能设备接收的额定电流是否匹配，如果匹配，则判断接入口连接设备是刚连接(例如通过Wi-Fi)的智能设备，如果不匹配，则判断不是刚连接的智能设备。如果查询时间距离接入口数据上次更新时间长于一定时间，则判断该接入口设备不是刚连接的智能设备。
此处提到的一定时间是预先设定的阈值，该阈值与智能设备从上电后(从某个接入口建立物理连接)到建立通信连接的时间有关，阈值越小，数据处理模块200的判断会越准确。例如，如果将阈值设置为2s，在查询时发现某接入端口电流不为0，且该电流变化发生在2s之内，则进一步查询该接入口电流与上述从智能设备接收的额定电流是否匹配，如果匹配，则判断该接入端口的附属设备就是该智能设备。但如果在查询时发现某接入端口虽然电流不为0，且该电流变化发生在2s之前，则判断该接入口设备不是刚连接的智能设备。如果查询时距离接入口数据上次更新时间长于一定时间的情况，通常是因为接入设备被识别为普通设备或者智能设备并未物理连接到能源交换机。
数据处理模块200轮询每个接入口数据，在轮询过程中，对每个接入口的查询方式都是相同的，都是根据接入口电流是否为0判断接入口有无设备，以及根据接入口数据上次更新时间短于一定时间且接入口电流与智能设备发送的额定电流数据匹配来判断当前接入口为该智能设备，否则当前接入口不是该智能设备。
数据处理模块200可将查询结果发送到数据存储模块300，查询结果可包括接入口ID以及设备电气信息。
智能设备在与能源交换机建立无线通信之后，周期性发送心跳报文，心跳报文包括设备ID和设备接入口的端口号。能源交换机的智能设备监测单元110接收心跳报文，若超时未接收到心跳报文，则判断智能设备已经断开无线通信连接，例如WI-FI已下线，智能设备监测单元110将接入口的端口号ID发送给数据处理模块200，数据处理模块200检查该接入口设备是否下线，即是否断开物理连接，若设备已实际下线，则向数据存储模块300发送该信息，数据存储模块300更新在线列表，删除当前设备在线记录，在设备信息数据库中添加该设备下线记录；若设备仅是断开无线通信，例如WI-FI下线，并未断开物理连接，则更新在线列表为普通在线设备，并在设备信息数据库中记录设备断开无线通信，例如WI-FI下线记录。
普通设备监测单元120用于对普通设备进行监测。普通设备例如是显示屏，家用电冰箱，洗衣机等没有通信模块的设备。普通设备监测单元120周期性读取能源交换机各接入口并采集电气信息。由于普通设备没有通信模块，因此信息必须从接入口进行采集，所采集的电气信息包括接入的实际电压电流、电流变化时间点(上线时间点)，该设备接入口id，所以在数据存储模块300的在线列表中，对于普通设备的名称命名是统一为：普通设备。而对于智能设备，可获取的电气信息包括其实际电压电流、电流变化时间点(上线时间点)，该设备接入口id，以及通过通信方式接收到的额定电压电流、设备名称、是否需要能量管理等。
普通设备监测单元120将采集到的信息发送给数据处理模块200，数据处理模块200将从普通设备监测单元120收到的信息与数据存储模块300的在线列表进行比对，对发生变化的信息要进行更新。例如，如果发现接入口接入设备比在线列表少或多则说明有普通设备下线或上线，数据处理模块200根据下线或上线的普通设备对应的接入口ID、电气信息对数据存储模块300的在线列表进行更新。如果发现接入口接入设备与在线列表中设备数量一样，则信息有可能变化也有可能未发生变化，根据实际情况确定是否需要更新在线列表。
在一示例中，普通设备监测单元120在对接入口进行监测时，轮询接入口，遍历在线列表，如果电流不为0的接入口不在在线列表中，则说明有新的普通设备上线，如果当前在线列表中设备所在接入口电流为0，则当前接入口设备下线。
在本发明实施例中，数据处理模块200负责数据的读取解析、数据存储模块300的读写，以及根据数据处理的结果对设备进行能量管理。例如，从数据存储模块300读取在线列表信息，从设备监测模块100读取采集到的接入口电气信息，解析智能设备发送的设备信息；从数据存储模块300读取在线列表与设备监测模块采集的接入口信息进行对比，将更新的在线列表信息写入数据存储模块300；当智能设备上线和下线时，将记录写入数据存储模块300的设备信息库中。
数据存储模块300包括在线列表和设备信息库。在线列表包含了与能源交换机建立有物理连接的智能设备和普通设备的实时在线信息，对于智能设备，则包括设备名称、设备的额定电气信息，是否需要能量管理，能量管理策略等信息，对于普通设备，则包括该设备所在的接入口ID，以及从接入口采集的电压、电流以及接入口数据变化时间等。设备信息库包含了每台智能设备的上线、离线记录，能够方便地查询历史纪录。
界面展示模块400，根据一示例，可使用B/S模式，通过网页展示设备监测状态，并且提供接入口的能量管理开关，方便用户在网页上对附属设备，例如充电设备进行管理。本发明的系统需要用户注册后登录才能使用，登录界面负责当前用户的登陆行为。数据存储模块300中的在线列表信息可以在网页上展示。
另外，本发明还提出一种能源交换机附属设备智能监控方法，参照图3，该方法的流程图，具体包括步骤：
步骤1，能源交换机与智能设备建立通信连接，从所述智能设备接收设备电气信息，并将该信息发送到数据处理模块。
该步骤进一步包括：所述智能设备监测单元从智能设备接收认证信息，认证通过则进一步接收设备电气信息，设备电气信息包括设备名称、额定电压、额定电流、以及是否需要能量管理。
步骤2，数据处理模块根据接收的所述电气信息对能源交换机的各接入口进行查询，以确定所述智能设备是否物理连接到能源交换机，并确定所连接的接入口，将查询结果发送到数据存储模块。
在该步骤，所述智能设备监测单元收到设备电气信息后，对各接入口轮流查询，根据是否有电流判断接入口是否有附属设备，对于有电流的接入口，则继续判断该接入口数据的更新时间是否在一特定时间内，如果是，则继续判断该接入口电流与所述智能设备的额定电流是否匹配，如果匹配，则判断该接入口连接的设备是所述智能设备。
该步骤还进一步包括：所述智能设备监测单元还用于从所述智能设备周期性接收心跳报文，若超时未接收到心跳报文，则判断智能设备已断开无线连接，所述数据处理模块进一步检查该接入口设备是否已经断开物理连接，如果已经断开则在存储模块中记录该设备下线，若设备仅是断开无线通信，则在数据存储模块中将该设备更新为普通在线设备。
步骤3，数据存储模块根据接收的所述查询结果对数据进行更新或存储。
步骤4，通过普通设备监测单元对普通设备进行监测，周期性读取能源交换机各接入口并采集电气信息，数据处理模块根据该电气信息对数据存储模块进行更新。
该方法是通过上述本发明的能源交换机附属设备智能监控系统实现的，因此相同的内容在对方法的描述过程中不再赘述。
另外，本发明还提出一种计算机存储介质，该介质存储有计算机程序，通过执行该程序可实现本发明的上述方法。
本发明的一具体应用场景为：在家庭场景下，假设现有用电能量设备包括手机、电脑、电视、洗衣机、冰箱、电动汽车等；发电设备为太阳能光伏板；在天气状况良好的情况下，光伏板发电并将电量储存在储能设备中。与此同时，电脑、手机、电动汽车均需要由能源交换机充电。当各设备接入后，能源交换机识别设备并将其区分为智能设备或普通设备，并识别接入设备的拓扑结构。当设备充电完成，能源交换机识别设备的通信模块下线及设备实际下线时，能源交换机会将该设备从自已的在线列表中删除。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种能源交换机附属设备智能监控系统，该系统包括：
智能设备监测模块，用于与智能设备建立通信连接，从所述智能设备接收设备电气信息，并将该信息发送到数据处理模块；
数据处理模块，用于根据接收的所述电气信息对能源交换机的各接入口进行查询，以确定所述智能设备是否物理连接到能源交换机，并确定所连接的接入口，将查询结果发送到数据存储模块；
数据存储模块，用于根据接收的所述查询结果对数据进行更新或存储。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能设备监测单元从智能设备接收认证信息，认证通过则进一步接收设备电气信息，设备电气信息包括设备名称、额定电压、额定电流、以及是否需要能量管理。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述智能设备监测单元收到设备电气信息后，对各接入口轮流查询，根据是否有电流判断接入口是否有附属设备，对于有电流的接入口，则继续判断该接入口数据的更新时间是否在一特定时间内，如果是，则继续判断该接入口电流与所述智能设备的额定电流是否匹配，如果匹配，则判断该接入口连接的设备是所述智能设备。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能设备监测单元还用于从所述智能设备周期性接收心跳报文，若超时未接收到心跳报文，则判断智能设备已断开无线连接，所述数据处理模块进一步判断所述智能设备是否已经断开物理连接，如果已经断开则在存储模块中记录该设备下线，若设备仅是断开无线通信，则在数据存储模块中将该设备更新为普通在线设备。
5.根据权利要求1到4任一项所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括普通设备监测单元，用于对普通设备进行监测，周期性读取能源交换机各接入口并采集电气信息，数据处理模块根据该电气信息对数据存储模块进行更新。
6.根据权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于，所述数据存储模块包括在线列表和设备信息库，所述在线列表存储有与能源交换机建立物理连接的智能设备和普通设备的实时在线信息，设备信息库包含了每台智能设备的无线通信连接的上线、离线记录以及智能设备能量管理记录。
7.一种能源交换机附属设备智能监控方法，该方法包括：
步骤1，能源交换机与智能设备建立通信连接，从所述智能设备接收设备电气信息，并将该信息发送到数据处理模块；
步骤2，数据处理模块根据接收的所述电气信息对能源交换机的各接入口进行查询，以确定所述智能设备是否物理连接到能源交换机，并确定所连接的接入口，将查询结果发送到数据存储模块；
步骤3，数据存储模块根据接收的所述查询结果对数据进行更新或存储。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤1进一步包括：所述智能设备监测单元从智能设备接收认证信息，认证通过则进一步接收设备电气信息，设备电气信息包括设备名称、额定电压、额定电流、以及是否需要能量管理。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，步骤2进一步包括：所述智能设备监测单元收到设备电气信息后，对各接入口轮流查询，根据是否有电流判断接入口是否有附属设备，对于有电流的接入口，则继续判断该接入口数据的更新时间是否在一特定时间内，如果是，则继续判断该接入口电流与所述智能设备的额定电流是否匹配，如果匹配，则判断该接入口连接的设备是所述智能设备。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤2进一步包括：所述智能设备监测单元还用于从所述智能设备周期性接收心跳报文，若超时未接收到心跳报文，则判断智能设备已断开无线连接，所述数据处理模块进一步判断所述智能设备是否已经断开物理连接，如果已经断开则在存储模块中记录该设备下线，若设备仅是断开无线通信，则在数据存储模块中将该设备更新为普通在线设备。
11.根据权利要求7到10任一项所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：步骤4，通过普通设备监测单元对普通设备进行监测，周期性读取能源交换机各接入口并采集电气信息，数据处理模块根据该电气信息对数据存储模块进行更新。
12.一种计算机存储介质，其特征在于，该介质存储有计算机程序，通过执行该程序实现如权利要求7-11任一项所述的方法。
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