CN110850839A - 面向能源网的实时监测控制系统 - Google Patents

Abstract

一种面向能源网的实时监测控制系统，包括：滑动预处理窗口模块、数据处理模块、配置数据管理模块、配置信息输入模块、控制信息输出模块和监测数据展示模块；本发明使用了基于滑动窗口的流处理技术解决了各项传感器数据格式不统一，更新频率不一致，以及网络波动带来的数据顺序被打乱的问题，为后续流程提供符合需求的流数据。其次使用了基于模型的数据处理来进行实时监测分析各项整个能源网络的状态并且对各设备工作状态的调整方案做出决策。并且对于滑动窗口的各项属性和数据处理中的控制模型进行了可配置化，允许使用者随时通过上传脚本或者设置参数来对监测和决策方式进行调整。

Description

面向能源网的实时监测控制系统

技术领域

本发明涉及的是一种能源管理领域的技术，具体是一种面向能源网的实时监测控制系统。

背景技术

物联网技术的出现将实时感知整个能源网络状态成为了可能，然而在实际使用的过程中，由于整个能源网络的监测设备分布在不同地点，传输大量的实时监测数据必定会涉及到大量的网络通信，那么由于网络波动而导致的数据乱序问题是不可避免的。另外由于各种监测传感器的型号不一致，导致的数据结构不一致，可能有结构化的数据，也会有非结构化的数据，除此之外，各个传感器的数据上传频率也不一致。并且由于传感器数量多，监测数据多，以往的数据分析大多是基于历史数据的离线，而采用离线分析的结果是设备控制往往无法满足实时变化的需求，会有较为明显的控制滞后现象。然而滞后现象的发生可能导致能源生产设备无法根据实时情况作出最为合理的调整，从而造成能源的浪费。

发明内容

本发明针对现有技术无法实现实时电力设备控制的缺陷，提出一种面向能源网的实时监测控制系统，通过从多个信息源获取数据，使用基于滑动窗口的流处理对数据进行实时处理与监测，使用可配置的模型对数据进行分析，并最终反馈到各电力设备上，使用者可以自定义的配置控制模型和滑动窗口的一系列参数，并且支持在线更新。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种面向能源网的实时监测控制系统，包括：滑动预处理窗口模块、数据处理模块、配置数据管理模块、配置信息输入模块、控制信息输出模块和监测数据展示模块，其中：滑动预处理窗口模块持续地接收来自各个传感器的监测数据并进行基于滑动窗口的预处理后，以固定的数据格式和输出频率将预处理后的流数据传输至数据处理模块，数据处理模块结合配置的控制模型对流数据进行数据处理与分析并将监测信息与控制信息分别输出至监测数据展示模块和控制信息输出模块，配置数据管理模块分别与数据处理模块、滑动预处理窗口模块相连并输出控制模型信息和窗口信息，配置信息输入模块从网页上的输入框和上传文件中获得配置信息并对应解析出调整控制模型或滑动窗口的参数，控制信息输出模块将控制信息发送至对应的电力设备进行工作状态调整并将调整后的工况发送至监测数据展示模块，监测数据展示模块将监测信息和调整后的工况通过网页可视化的展示给用户。

所述的监测数据包括各个传感器单次上传的所有数据组成的数据组，其中包含时间、观测结果、设备编号等等，其结构可以是二维表结构，也可以是多个键值对组成。

所述的滑动窗口对监测数据进行解析并统一为键值对形式后，将其复制多个副本并放入到对应的时间窗口等待处理。为了保证监测数据传输的可靠性和效率，本发明采用了建立长连接的方式来从传感器获取数据。

所述的基于滑动窗口的预处理是指：针对同一个滑动窗口中的数据组，

①根据控制模型的需求进行格式转换，并且会根据时间戳进行重排序以防止网络波动带来的数据顺序混乱；

②根据每个时间窗口设置的长度来对多个数据进行合并；

③根据模型需要的格式和频率将流数据输出。

所述的合并包括：取均值、取峰值、取最新值等。

所述的控制模型接收监测数据的数组并输出包含设备控制信息的数组。

所述的数据处理与分析是指：将滑动窗口中得到的流数据作为输入，不断的传入到控制模型中以分析出当前整个电网的运作状况、整个电网能源生产、传输、消耗的趋势，从而能够对各个设备应当进行如何的调整进行决策。

所述的配置信息包括：控制模型的配置信息和滑动窗口的配置信息，其中：控制模型的配置信息包括上传脚本，时间窗口的配置信息包括输入指定参数，即窗口长度、更新频率、合并方式、输出格式。

所述的配置信息输入模块在获取输入的配置信息之后，首先对配置信息的内容进行合规性检测，其中包括滑动窗口的各项参数是否在规定范围之内，控制模型代码是否通过编译，控制模型代码所需输入数据是否存在等。之后会根据配置信息直接修改对应的滑动窗口的参数。对于控制模型代码则会生成对应的脚本文件，并将其传输到数据处理部分进行加载。

所述的电力设备包括但不限于：内燃机、燃气轮机、微型燃气轮机、余热锅炉、吸附式制冷机。

所述的工作状态进行调整包括但不限于：充放电功率、启停状态、输出功率、发电量。

所述的监测结果包括但不限于：冷负荷、电负荷、储能情况以及轮机锅炉等电力设备的运转情况。

所述的可视化展示包括但不限于：转表、折线图、柱状图等。

技术效果

与现有技术相比，本发明使用了基于滑动窗口的流处理技术解决了各项传感器数据格式不统一，更新频率不一致，以及网络波动带来的数据顺序被打乱的问题，为后续流程提供符合需求的流数据。其次使用了基于模型的数据处理来进行实时监测分析各项整个能源网络的状态并且对各设备工作状态的调整方案做出决策。并且对于滑动窗口的各项属性和数据处理中的控制模型进行了可配置化，允许使用者随时通过上传脚本或者设置参数来对监测和决策方式进行调整。

附图说明

图1为方法按模块执行示意图；

图2为系统进行监测控制的流程图。

图3为滑动预处理窗口的示意图。

图4为配置控制模型的流程图。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及的一种面向能源网的实时监测控制系统，包括：传感器监测数据模块、滑动预处理窗口模块、数据处理模块、配置数据管理模块、配置信息输入模块、控制信息输出模块和监测数据展示模块。传感器监测数据模块将能源网络的实时数据传输至滑动预处理窗口模块，滑动预处理窗口模块根据各个控制模型的需求，对数据进行预处理，并传输至数据处理模块，数据处理模块会调用配置好的控制模型脚本，生成控制方案，并将数据传输至监测数据展示模块和控制信息输出模块，监测数据展示模块将检测数据绘制成图表通过网页展示给用户，控制信息输出模块会将信息发送至各个电力设备，调整其工作状态，配置信息输入模块会将网页输入框内的文本或者用户上传的文本发送到配置信息管理模块，配置信息管理模块会对文本进行检测，并修改相应配置。

所述的传感器监测数据模块：其中包括了对电负荷、热负荷、热储能、冷储能等的监测，其数据发送的平率为0.5秒一次至一分钟一次不等。

所述的滑动预处理窗口模块包括：一个数据解析单元，多个滑动窗口，其中每个滑动窗口包含了流数据缓冲区和对应的配置信息。

所述的预处理是指：当收到一份数据时，首先会由数据解析单元对该份数据进行解析，将其变成多个键值对，再放到所有需要使用该数据的模型的流数据缓冲区中。在缓冲区中，模块会对其中的数据根据时间戳进行重新排序，以防止由于网络问题造成的数据顺序混乱。然后根据该配置信息中的窗口长度和整合方式，对该缓冲区中的数据进行整合。最后以指定的数据格式和输出频率，将数据输出至数据处理模块。

所述的整合方式包括：取均值，取峰值，取最新值，取和等方式。

所述的数据处理模块包括：该模块会根据从滑动窗口模块传来的监测数据新建子线程来运行脚本进行分析，或者将数据传入到正在运行的控制模型脚本中。在模型脚本对数据处理完之后，该模块会获取分析计算完的结果，并将结果和传入的监测数据传输到监测数据展示模块和控制信息输出模块。

所述的配置信息输入模块即一个前端页面，允许用户通过在文本框内输入，或者上传文件的形式来上传一个控制模型，并且通过勾选的方式来指定模型的输入为那些数据源以及模型的输出为那些设备的控制信息。并将这些信息传输到配置信息管理模块。

所述的配置数据管理模块包括：配置信息验证单元，配置信息注入单元。其中配置信息验证单元负责配置信息的正确性，包括代码是否通过编译，代码输入的数量是否与勾选的一致，代码输出的结果数量是否和勾选的一致等等。配置信息注入单元负责将代码生成脚本配置到数据处理模块中，以及根据配置信息滑动预处理窗口中新增窗口或者修改窗口配置。

所述的控制信息输出模块：该模块会与所有可能进行控制的电力设备进行长连接，在接受到来自数据处理模块的控制信息时，该模块会检索出对应的长链接通道，并将控制信息通过该通道发送给电力设备，以达到实时控制的效果。

所述的监测数据展示模块即前端展示页面，该模块会根据数据处理模块传来的监测数据，动态的在网页上绘制对应的图表。并且在接收到访问请求的时候，将对应的网页发送给请求方，然后以长连接的方式维持通信，实时更新页面上的图表，保证用户能够看到能源网的实时状态。

实施方案中的各模块调用关系如下：配置信息管理模块响应用户请求，获取用户输入的滑动窗口配置信息与控制模型代码，生成对应控制模型脚本并修改滑动窗口配置参数；滑动窗口模块获取传感器传入数据，并根据配置参数将监测数据输出至数据处理模块；数据处理模块使用监测数据和控制模型脚本计算与分析，并将计算结果和监测结果输出至监测结果展示模块和控制信息输出模块；监测结果展示模块根据监测结果动态更新用户页面；控制信息输出模块将控制信息发送至对应电力设备。

本发明涉及上述系统的工作流程，具体如下：

如图2所示，本方法首先通过多个传感器监测多个设备，设备可以有冷母线，热母线，电母线等。冷负荷，冷储能等就是每个设备具体的监测数据，每个设备可以有多项监测数据。

所述的传感器将监测得到的数据上传到滑动预处理窗口中，滑动预处理窗口将这些数据进行重新整合，输出多个流数据。并输出到数据处理模块，图中只显示了一份流数据的后续处理，其它流数据类似。

数据处理模块接收一份流数据，就是可以得出一份监测信息，同时根据控制模型可以计算得出一份控制信息。

监测数据展示模块根据接收到的信息在网页上绘制图表，显示实时数据。

控制信息输出模块将信息发送到对应的设备上，改变启停状态或者功率等。

如图3所示，包括两个滑动窗口，四个输入数据。在得到解析完之后的数据，模块首先会根据每个滑动窗口的需求，将数据复制到每一个滑动窗口的缓冲区中。在图中，两个滑动窗口分别拿到了四种数据中的三种。在一个滑动窗口中，每一项数据都有一个缓冲区。由于滑动窗口的长度是固定的，而每种数据的上传频率是不同的，所以每个缓冲区内数据的多少会有区别。在生成一份数据的时候会将一个缓冲区内的数据合并成一个数据，常用的合并方式有取均值、取和等。

每一个缓冲区会记录上一次合并的结果，若再发生下一次合并之前没有新数据进入缓冲区，缓冲区会再次使用上一次的合并结果作为输出。

图4所示的是修改控制模型的流程：首先获取控制模型代码以及滑动窗口配置信息，传入到配置信息验证单元。

配置信息验证单元对控制模型代码和配置信息进行检验。具体采用的验证配置是否正确的方法如下：先检查代码编译是否通过，然后根据窗口配置信息模拟一份数据传入到代码中，通过检查程序是否正确运行，来判断滑动窗口配置是否正确，再获取其运行结果，通过数组的数量来判断其输出配置是否正确。

如果配置有误，则反馈给用户，请用户重新输入。

若配置正确，则配置注入单元会向滑动预处理窗口发送新增滑动窗口请求。

在接收到新增窗口成功之后，配置注入单元会根据代码生成一份脚本文件并传入到数据处理模块中。

数据处理模块启用该控制模型。

上述工作的技术指标与国内外同类产品的技术参数的比较见表1。

表1技术特性对比

使用本发明中的处理框架，特色为滑动预处理窗口为数据处理模块提供了可靠的流数据，从而能够进行数据的实时分析。并且通过配置信息管理模块，对数据预处理即滑动窗口和数据分析方式即控制模型实现了可配置化，从上传控制模型到成功应用只需要几秒。较好解决了电网中的异构数据问题，以及控制流的滞后问题，实现了实时监测控制设备的目的，同时支持在线更新和可配置的数据分析方式，保证了本发明的使用范围。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (9)

1.一种面向能源网的实时监测控制系统，其特征在于，包括：滑动预处理窗口模块、数据处理模块、配置数据管理模块、配置信息输入模块、控制信息输出模块和监测数据展示模块，其中：滑动预处理窗口模块持续地接收来自各个传感器的监测数据并进行基于滑动窗口的预处理后，以固定的数据格式和输出频率将预处理后的流数据传输至数据处理模块，数据处理模块结合配置的控制模型对流数据进行数据处理与分析并将监测信息与控制信息分别输出至监测数据展示模块和控制信息输出模块，配置数据管理模块分别与数据处理模块、滑动预处理窗口模块相连并输出控制模型信息和窗口信息，配置信息输入模块从网页上的输入框和上传文件中获得配置信息并对应解析出调整控制模型或滑动窗口的参数，控制信息输出模块将控制信息发送至对应的电力设备进行工作状态调整并将调整后的工况发送至监测数据展示模块，监测数据展示模块将监测信息和调整后的工况通过网页可视化的展示给用户；

所述的监测数据包括各个传感器单次上传的所有数据组成的数据组，其中包含时间、观测结果、设备编号，其结构为二维表结构或多个键值对组成；

所述的滑动窗口对监测数据进行解析并统一为键值对形式后，将其复制多个副本并放入到对应的时间窗口待处理。为了保证监测数据传输的可靠性和效率，本发明采用了建立长连接的方式来从传感器获取数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的基于滑动窗口的预处理是指：针对同一个滑动窗口中的数据组，

①根据控制模型的需求进行格式转换，并且会根据时间戳进行重排序以防止网络波动带来的数据顺序混乱；

②根据每个时间窗口设置的长度来对多个数据进行合并；

③根据模型需要的格式和频率将流数据输出。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的数据处理与分析是指：将滑动窗口中得到的流数据作为输入，不断的传入到控制模型中以分析出当前整个电网的运作状况、整个电网能源生产、传输、消耗的趋势，从而能够对各个设备应当进行如何的调整进行决策。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的配置信息包括：控制模型的配置信息和滑动窗口的配置信息，其中：控制模型的配置信息包括上传脚本，时间窗口的配置信息包括输入指定参数，即窗口长度、更新频率、合并方式、输出格式。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的配置信息输入模块在获取输入的配置信息之后，首先对配置信息的内容进行合规性检测，其中包括滑动窗口的各项参数是否在规定范围之内，控制模型代码是否通过编译，控制模型代码所需输入数据是否存在。之后会根据配置信息直接修改对应的滑动窗口的参数。对于控制模型代码则会生成对应的脚本文件，并将其传输到数据处理部分进行加载。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的电力设备包括：内燃机、燃气轮机、微型燃气轮机、余热锅炉、吸附式制冷机。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的工作状态进行调整包括：充放电功率、启停状态、输出功率、发电量。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的监测结果包括：冷负荷、电负荷、储能情况以及轮机锅炉电力设备的运转情况。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的可视化展示包括：转表、折线图、柱状图。

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