CN110809038A - 组合式能源网关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种组合式能源网关。一种组合式能源网关，包括：通信模块、计量模块、管理模块以及电源模块；所述通信模块包括上行通信模块、本地抄表通信模块以及本地传感拓展模块，所述本地抄表模块用于与电能表连接以采集电能数据，所述本地传感拓展模块用于与水表、气表连接以采集用水数据和燃气数据；所述计量模块包括采样电路和控制单元，所述控制单元用于根据所述电能数据生成法制数据；所述管理模块用于获取所述电能数据、所述用水数据以及所述燃气数据，并分别转换为业务数据，通过所述上行通信模块将所述业务数据传输给所述云端服务器，所述管理模块还用于通过所述电能数据监测并分析用户的用电特性。上述组合式能源网关资源利用度高。

Description

组合式能源网关
技术领域
本发明涉及能源管理技术领域，特别是涉及一种组合式能源网关。
背景技术
随着用电总量的逐年增加，对用电量的管理具有重要的意义。目前，需要在用户侧安装负控终端、三相多功能电能表，在公变台区安装配电终端、集中抄表重点以及三相多功能电能表等以进行能源管理，但是这种方式需要安装的设备种类较多且存在重复安装、管理维护困难的问题，从而造成资源的浪费。
发明内容
基于此，有必要针对传统的能源管理时出现的上述问题，提供一种组合式能源网关。
一种组合式能源网关，包括：通信模块、计量模块、管理模块以及电源模块；
所述通信模块包括上行通信模块、本地抄表通信模块以及本地传感拓展模块，所述上行通信模块用于与云端服务器通信连接，所述本地抄表模块用于与电能表连接以采集电能数据，所述本地传感拓展模块用于与水表、气表连接以采集用水数据和燃气数据；
所述计量模块通过所述管理模块与所述通信模块连接，所述计量模块包括采样电路和控制单元，所述采样电路用于采集所述电能数据，所述控制单元与所述采样电路连接，所述控制单元用于根据所述电能数据生成法制数据；
所述管理模块用于获取所述电能数据、所述用水数据以及所述燃气数据，并分别转换为业务数据，通过所述上行通信模块将所述业务数据传输给所述云端服务器，所述管理模块还用于通过所述电能数据监测并分析用户的用电特性；
所述电源模块与所述通信模块、所述计量模块以及所述管理模块连接以为所述通信模块、所述计量模块以及所述管理模块供电。
上述组合式能源网关包括通信模块、计量模块、管理模块以及电源模块，通信模块包括上行通信模块、本地抄表通信模块以及本地传感拓展模块。本地抄表通信模块用于与电能表连接以采集电能数据，实现了多户集中抄表功能，本地传感拓展模块用于与水表、气表连接以采集用水数据和燃气数据，从而便于组合式能源网关对水、电、燃气的统一管理。上行通信模块与云端服务器通信连接，使得组合式能源网关与外部设备实现数据互传，并且组合式能源网关还能将数据存储于云端服务器，方便可靠。计量模块包括采样电路和控制单元，采样电路用于采集电能数据，控制单元与采样电路连接以获取其采集的电能数据，并根据电能数据生成法制数据，是的组合式能源网关实现对电能的法制计量功能。管理模块用于获取电能数据、用水数据以及燃气数据，并分别转换为业务数据，通过上行通信模块将业务数据传输给云端服务器，使得能源供应商以及能源用户都能通过云端服务器获取这些业务数据。管理模块还用于通过电能数据分析用户的用电特征，例如通过费率调控等方式实现对用电总量的削峰填谷，提高用户用电的合理性。组合式能源网关同时具备集中抄表、配电监测、用电分析、有序用电等功能，即同时具备传统的三相多功能电表、配电终端、负控终端和集中器等设备的功能，资源利用度高，管理维护方便。
在其中一个实施例中，所述本地传感拓展模块还用于对所述组合式能源网关进行安全监测。
在其中一个实施例中，所述本地传感拓展模块还用于与温湿度传感器、门禁传感器和水浸传感器连接，所述本地传感拓展模块还用于在所述温湿度传感器采集的温湿度超过温湿度阈值、所述门禁传感器检测到非法打开所述组合式能源网关、所述水浸传感器检测到所述组合式能源网关浸水中的一个发生时报警。
在其中一个实施例中，所述电能数据包括电压、电流、功率、功率因数、电压波形数据以及电流波形数据。
在其中一个实施例中，所述管理模块还包括负荷识别模块，所述负荷识别模块中存储有用电设备的用电特征，所述负荷识别模块用于根据所述电压波形数据和所述电流波形数据以及所述用电设备的用电特征分析用户的用电特性。
在其中一个实施例中，所述计量模块还包括本地存储单元，所述本地存储单元用于冻结并存储所述法制数据。
在其中一个实施例中，所述本地存储单元每分钟冻结一次所述法制数据并进行存储。
在其中一个实施例中，所述业务数据包括电费，所述管理模块根据所述电能数据生成预设时间段内的电费。
在其中一个实施例中，所述管理模块根据预设规则改变费率，并根据不同时间的所述电能数据和对应的费率计算电费。
在其中一个实施例中，所述上行通信模块包括通信选择单元、4G通信单元、光纤通信单元及以太网通信单元，所述通信选择单元用于选择所述4G通信单元和光纤通信单元与所述云端服务器建立通信连接或选择所述4G通信单元和所述以太网通信单元与所述云端服务器建立通信连接。
附图说明
图1为一实施例中组合式能源网关的结构框图。
图2为一实施例中组合式能源网关的应用场景图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
图1为一实施例中的组合式能源网关的结构框图。如图1和图2所示，组合式能源网关100包括通信模块110、计量模块120、管理模块130以及电源模块140。电源模块140与通信模块110、计量模块120以及管理模块130连接以为通信模块110、计量模块120以及管理模块130供电。通信模块110包括上行通信模块112、本地抄表通信模块114以及本地传感拓展模块116。各种通信模块可以具有各自的安装仓，可以进行更换以满足通信技术发展的需求，实现通信模块的升级换代。计量模块120通过管理模块130与通信模块140连接，从而实现计量模块120和管理模块130与外部设备的通信。外部设备可以是实体设备也可以是虚拟设备。外部设备包括电能表、水表、燃气表、云端服务器等。
具体的，上行通信模块112与云端服务器150通信连接，以实现组合式能源网关100与云端服务器150的之间的数据互传。在上行通信模块112与云端服务器150通信时，通信协议按照IEC62056国际标准框架，同时支持MQTT物联网协议。示例性的，服务端160和应用端170均可以与云端服务器150通信连接，能源供应商通过服务端160与云端服务器150数据互传，从而可以了解电、水、燃气等能源的用量分布情况；用户通过应用端170与云端服务器150数据互传，应用端170获取云端服务器中的电费、水费、燃气费等，使得用户可以直接通过应用端170缴纳费用，从而使得方便能源供应商以及能源使用用户的使用。
本地抄表模块114与电能表120通信连接，从而采集电能表120的电能数据。本地抄表模块114与电能表120通信时可以选用宽带载波、微功率无线、载波无线等方式。电能表数量120可以为多个，本地抄表模块114实现了集中抄表功能，不必花费大量人工且便于各户电能数据的集中管理。
本地传感拓展模块116用于与水表132、气表134连接以采集用水数据和燃气数据。从而使得组合式能源网关100可以实现对水、电、燃气等能源数据实现统一管理。
计量模块120包括采样电路122和控制单元124。由于计量模块120通过管理模块130与通信模块110连接，因此计量模块120能够获取通信模块110中的部分或全部数据。本实施例中，采样电路122用于采集本地抄表模块114的电能数据。控制单元124与采样电路122连接，控制单元124用于根据电能数据生成法制数据，从而实现对电能数据的法制计量功能。例如，法制数据满足IR46标准。
管理模块130用于获取电能数据、用水数据以及燃气数据，并分别转换为业务数据。例如，将电能数据转换为电费、将用水数据转换为水费、将燃气数据转换为燃气费等。管理模块130将业务数据通过上行通信模块110传输给云端服务器150。管理模块130还用于通过电能数据监测并分析用户的用电特性。例如，用电特性可以是用户的用电量随时间的分布情况，可以是每天的每个时段的用电量分布，也可以是全年的每个季度的用电量分布，从而得出用电峰谷期，并根据用电峰谷期调整电费费率，鼓励用户在用电低谷期用电，以实现削峰填谷的目的，避免在同一个时间段的用电压力过大造成的停电等情况。
上述组合式能源网关100包括通信模块110、计量模块120、管理模块130以及电源模块140，通信模块110包括上行通信模块112、本地抄表通信模块114以及本地传感拓展模块116。本地抄表通信模块114用于与电能表120连接以采集电能数据，实现了多户集中抄表功能，本地传感拓展模块116用于与水表132、气表134连接以采集用水数据和燃气数据，从而便于组合式能源网关100对水、电、燃气的统一管理。上行通信模块112与云端服务器150通信连接，使得组合式能源网关100与外部设备实现数据互传，并且组合式能源网关100还能将数据存储于云端服务器，方便可靠。计量模块120包括采样电路122和控制单元124，采样电路122用于采集电能数据，控制单元124与采样电路122连接以获取其采集的电能数据，并根据电能数据生成法制数据，使的组合式能源网关100实现对电能的法制计量功能。管理模块130用于获取电能数据、用水数据以及燃气数据，并分别转换为业务数据，通过上行通信模块112将业务数据传输给云端服务器150，使得能源供应商以及能源用户都能通过云端服务器获取这些业务数据。管理模块130还用于通过电能数据分析用户的用电特征，例如通过费率调控等方式实现对用电总量的削峰填谷，提高用户用电的合理性。组合式能源网关100同时具备集中抄表、配电监测、用电分析、有序用电等功能，即同时具备传统的三相多功能电表、配电终端、负控终端和集中器等设备的功能，资源利用度高，管理维护方便。
在一实施例中，本地传感拓展模块116还用于对组合式能源网关100进行安全监测。具体的，本地传感拓展模块116与温湿度传感器142、门禁传感器143、水浸传感器146连接。在组合式能源网关100内的温度过高或过低、湿度过高、浸水时都有可能会损坏组合式能源网关100的内部设备，另外若是非维护人员随意打开组合式能源网关100不仅有可能损坏其内部设备，还有可能会使得其生命安全受到威胁，因此本地传感拓展模块116在是温湿度传感器142采集的温湿度超过温湿度阈值、门禁传感器144检测到非法打开组合式能源网关100、水浸传感器146检测到组合式能源网关浸水中的一个发生时报警。例如，语音报警、灯光报警、发送短信给维护人员等。从而便于维护人员及时对组合式能源网关100进行维护。
在一实施例中，电能数据包括电压、电流、功率、功率因数、电压波形数据以及电流波形数据等。进一步的，管理模块130还包括负荷识别模块，负荷识别模块中存储有用电设备的用电特征，或者负荷识别模块获取云端服务器中存储的各种用电设备的用电特征，负荷识别模块通过对比分析获取的电能数据中的电压波形数据和电流波形数据以及各种用电设备的用电特征分析用户的用电特性。例如，该用户在冰箱上的耗电量相对较大等，从而便于用户了解自己的用电特性，并且负荷识别模块还可以根据用户的用电特性进一步给出用电建议供用户参考。
在一实施例中，计量模块120还包括本地存储单元。本地存储单元用于冻结并存储法制数据，从而实现法制数据的可追溯。在本实施例中，可以将组合式能源网关100中的计量模块120和管理模块130于物理层独立设置，从而使得即使管理模块130发生故障或者需要对管理模块130进行升级时，并不会影响本地存储单元中存储的法制数据，在对管理模块130维护好后，仍然可以获取本地存储单元中存储的法制数据。可选的，本地存储单元可以每分钟冻结一次法制数据并进行存储。同时，为避免由于存储过多数据占用过多内存，可以设置本地存储单元中存储的法制数据保留一段时间后进行清除。可以保留一个月、一年等。
在一实施例中，业务数据包括电费。管理模块130根据电能数据生成预设时间段内的电费。例如，按月结算、按年结算等。进一步的，管理模块130根据预设规则改变费率，并根据不同时间的电能数据和对应的费率计算电费。例如，每天的用电高峰期相对于用电低谷期的电费费率更高，根据需要设置即可，实现电费的分时结算，鼓励用户在用电低谷期用电，以减小用电高峰期的供电压力。其中，用电高峰期指的是用电总量分布较高的时间段，用电低谷期指的是相对于用电高峰期的用电总量分布较低的时间段。
在一实施例中，上行通信模块112包括通信选择单元、4G通信单元、光纤通信单元及以太网通信单元。4G通信属于无线通信，光纤通信和以太网通信属于有线通信。通过通信选择单元选择4G通信单元和光纤通信单元或者选择4G通信单元和以太网通信单元与云端服务器150建立通信连接，不管选择哪种，都能够保证同时具有有线通信和无线通信两种方式建立通信连接，从而保证了通信稳定性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种组合式能源网关，其特征在于，包括：通信模块、计量模块、管理模块以及电源模块；
所述通信模块包括上行通信模块、本地抄表通信模块以及本地传感拓展模块，所述上行通信模块用于与云端服务器通信连接，所述本地抄表模块用于与电能表连接以采集电能数据，所述本地传感拓展模块用于与水表、气表连接以采集用水数据和燃气数据；
所述计量模块通过所述管理模块与所述通信模块连接，所述计量模块包括采样电路和控制单元，所述采样电路用于采集所述电能数据，所述控制单元与所述采样电路连接，所述控制单元用于根据所述电能数据生成法制数据；
所述管理模块用于获取所述电能数据、所述用水数据以及所述燃气数据，并分别转换为业务数据，通过所述上行通信模块将所述业务数据传输给所述云端服务器，所述管理模块还用于通过所述电能数据监测并分析用户的用电特性；
所述电源模块与所述通信模块、所述计量模块以及所述管理模块连接以为所述通信模块、所述计量模块以及所述管理模块供电。
2.根据权利要求1所述的组合式能源网关，其特征在于，所述本地传感拓展模块还用于对所述组合式能源网关进行安全监测。
3.根据权利要求2所述的组合式能源网关，其特征在于，所述本地传感拓展模块还用于与温湿度传感器、门禁传感器和水浸传感器连接，所述本地传感拓展模块还用于在所述温湿度传感器采集的温湿度超过温湿度阈值、所述门禁传感器检测到非法打开所述组合式能源网关、所述水浸传感器检测到所述组合式能源网关浸水中的一个发生时报警。
4.根据权利要求1所述的组合式能源网关，其特征在于，所述电能数据包括电压、电流、功率、功率因数、电压波形数据以及电流波形数据。
5.根据权利要求4所述的组合式能源网关，其特征在于，所述管理模块还包括负荷识别模块，所述负荷识别模块中存储有用电设备的用电特征，所述负荷识别模块用于根据所述电压波形数据和所述电流波形数据以及所述用电设备的用电特征分析用户的用电特性。
6.根据权利要求1所述的组合式能源网关，其特征在于，所述计量模块还包括本地存储单元，所述本地存储单元用于冻结并存储所述法制数据。
7.根据权利要求6所述的组合式能源网关，其特征在于，所述本地存储单元每分钟冻结一次所述法制数据并进行存储。
8.根据权利要求1所述的组合式能源网关，其特征在于，所述业务数据包括电费，所述管理模块根据所述电能数据生成预设时间段内的电费。
9.根据权利要求8所述的组合式能源网关，其特征在于，所述管理模块根据预设规则改变费率，并根据不同时间的所述电能数据和对应的费率计算电费。
10.根据权利要求1所述的组合式能源网关，其特征在于，所述上行通信模块包括通信选择单元、4G通信单元、光纤通信单元及以太网通信单元，所述通信选择单元用于选择所述4G通信单元和光纤通信单元与所述云端服务器建立通信连接或选择所述4G通信单元和所述以太网通信单元与所述云端服务器建立通信连接。
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