CN110891016A - 用于精确计量的能源网关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于精确计量的能源网关。一种用于精确计量的能源网关，包括：计量模块，用于采集并输出能源数据；管理模块，与所述计量模块通信连接，用于根据所述能源数据生成业务数据；其中，所述计量模块与所述管理模块分别于物理层独立设置。上述用于精确计量的能源网关中计量模块用于采集并输出能源数据，管理模块用于根据能源数据生成业务数据，通过计量模块和管理模块于物理层独立设置使得计量模块不会受到管理芯片工作异常的影响，由计量模块提供基础能源数据给管理模块，并由管理芯片生成业务数据，还解决了计量模块程序固化的问题，还可以通过升级管理模块的程序来达到用户个性化、多样化的定制需求，且在升级管理模块的同时并不会对计量模块的工作造成影响。

Description

用于精确计量的能源网关

技术领域

本发明涉及能源计量技术领域，特别是涉及一种用于精确计量的能源网关。

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。传统的电能表对用电量进行管理时需要进行计量和管理的工作，计量工作一般包括对用电数据的采集，管理工作一般包括记录、通信以及报警等，管理与计量的工作一般由外部设备的芯片完成。但是，当外部的管理芯片工作异常时，可能会影响到外部计量芯片的计量工作，从而导致测量的用电数据不准确。

发明内容

基于此，有必要针对传统的电能表当外部的管理芯片工作异常时，可能会影响到外部计量芯片的计量工作，从而导致测量的用电数据不准确的问题，提供一种用于精确计量的能源网关。

一种用于精确计量的能源网关，包括：

计量模块，用于采集并输出能源数据；

管理模块，与所述计量模块通信连接，用于根据所述能源数据生成业务数据；

其中，所述计量模块与所述管理模块分别于物理层独立设置。

上述用于精确计量的能源网关，包括计量模块和管理模块，计量模块用于采集并输出能源数据，管理模块与计量模块通信连接，用于根据能源数据生成业务数据，通过计量模块和管理模块于物理层独立设置使得计量模块不会受到管理芯片工作异常的影响，由计量模块提供基础能源数据给管理模块，并由管理芯片生成业务数据，还解决了计量模块程序固化的问题，还可以通过升级管理模块的程序来达到用户个性化、多样化的定制需求，且在升级管理模块的同时并不会对计量模块的工作造成影响。

在其中一个实施例中，所述计量模块包括本地存储单元，所述计量模块还用于定期冻结所述能源数据，并将冻结的能源数据存储于所述本地存储单元。

在其中一个实施例中，所述本地存储单元内存储的能源数据在预设时间后清除。

在其中一个实施例中，所述能源数据包括电压、电流、频率、功率因数、有功功率中的至少一个。

在其中一个实施例中，所述计量模块包括：

主线程，用于特殊日检测及停电检测；

分处理线程，用于进行费率切换、电能计量、需量计量及定时结算中的至少一个；

秒处理线程，用于采集电网事件；

参数交互线程，用于参数读写。

在其中一个实施例中，所述特殊日包括结算日。

在其中一个实施例中，所述分处理线程用于按照不同时段分别累计电能，并选择对应费率以结算费用。

在其中一个实施例中，所述管理模块包括：

配变监测单元，用于监测台区的变压器的配电情况；

用电分析单元，用于分析用电分布情况；

低压集中抄表单元，用于记录各用户的电能数据；以及

有序用电单元，用于输出不同时间段的用电规则。

在其中一个实施例中，不同的所述业务数据分别通过不同的应用程序展示。

在其中一个实施例中，所述管理模块包括：

基础系统层，包括驱动层、内核层以及根文件系统层，所述驱动层用于硬件驱动和应用的系统调度，所述内核层用于提供Linux基础操作，所述根文件系统层包括busybox、根文件系统以及系统库；

系统管理层，用于提供所述基础系统层的启动调度、日志管理以及看门狗喂狗与进程监视；

应用层，包括数据采集层、数据管理层以及业务层，所述数据采集层用于采集所述能源数据，所述数据管理层用于配置参数和管理所述能源数据，所述业务层包括TCP模块、红外模块、人机接口模块、负荷控制模块、配变模块、电网上行模块、WEB管理模块以及水、气、热表上传模块中的至少一个。

附图说明

图1为一实施例中的用于精确计量的能源网关的结构框图。

图2为一实施例中的计量模块执行步骤的流程图。

图3为一实施例中的管理模块软件程序架构的框图。

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。

针对传统的电能表当外部的管理芯片工作异常时，可能会影响到外部计量芯片的计量工作，从而导致测量的用电数据不准确的问题，本申请提供一种用于精确计量的能源网关。但需要说明的是，本申请提供的用于精确计量的能源网关并不限于电能数据的管理，还可以用于同时或者单独管理燃气、用水量等其他能源数据。

图1为一实施例中的用于精确计量的能源网关的结构框图。如图1中所示，用于精确计量的能源网关100包括计量模块110和管理模块120。计量模块110用于采集并输出能源数据，例如，能源数据可以是水、电量、燃气中的一个或多个的用量数据。当能源数据为电能数据时，能源数据可以包括电压、电流、频率、功率因数、有功功率中的至少一个。计量模块110可以利用多种传感器以分别测量各种能源数据，也可以利用非侵入式方法采集各种能源数据。

管理模块120与计量模块110通信连接，用于根据能源数据生成业务数据。示例性的，于计量模块110与管理模块120之间设置物理层、链路层及数据应用层的接口，并建立严密的数据交互、时钟同步及存储管理机制。当计量模块110用于采集电能数据时，计量模块110向管理模块120定期提供例如电压波形、电流波形等有高带宽要求的数据和负荷曲线等有高实时性要求的大块数据。管理模块120根据计量模块110提供的能源数据输出各项业务数据，例如电费等。

在本实施例中，计量模块110与管理模块120分别于物理层独立设置。示例性的，计量模块110和管理模块120分别具有独立的供电电源、处理芯片、存储器等，从而使得计量模块110和管理模块120实现程序独立及存储数据的独立，如此使得计量模块110和管理模块120中的任意一个发生损坏或者异常情况时不会影响另一个模块的正常工作。计量模块110和管理模块120于物理层独立设置还可以使得降低计量模块110受到的EMC(电磁)干扰，从而使得计量模块110的测量范围与精度等性能较高。

在其中一个实施例中，计量模块110包括本地存储单元，计量模块110还用于定期冻结能源数据，并且当管理模块120发生故障时，计量模块110会继续工作，并将冻结的能源数据存储于本地存储单元。后续即使需要维修或者更换发生故障的管理模块120，冻结的能源数据也不会丢失，从而确保法制数据的独立、安全、可追溯性。计量模块110冻结能源数据的时间可以根据需要进行设置，例如，每天的同一时间冻结一次，或者每月月底冻结一次，还可以根据用电峰谷期进行分时冻结等。在预设时间后，清除本地存储单元内存储的能源数据，例如，本地存储单元能够存储至少两个月的冻结能源数据，从而不会占用过多内存。

在其中一个实施例中，管理模块120的程序按照模块化分层思想设计，不同的业务数据分别通过不同的应用程序展示。例如，将电费、水费、燃气费分别通过不同的应用程序展示，从而方便用户进行网上缴费。又例如，将电费和用电量统计分别通过不同的应用程序展示，从而方便用户以及电能供应商分别通过不同的应用程序查看自己想要看到的业务数据，用户可以通过查看电费的应用程序了解自己的用电情况并进行缴费，电能供应商可以通过查看用电量统计的应用程序进行用电量的分析与调控。由计量模块110提供基础能源数据给管理模块120，由管理模块120生成各项业务数据，解决了计量芯片程序固化的问题。可选地，管理模块120可以支持升级。例如通过本地或远程升级使其功能随着用户需求的变化而变化，满足个性化、多样化的定制需求，且由于计量模块110与管理模块120于物理层独立设置，故管理模块120的升级过程并不会影响计量模块110的正常工作。

图2为一实施例中的计量模块的处理步骤流程图。如图2所示，计量模块进行步骤S210上电复位后，进行步骤S220数据加载，包括进行参数设置以及加载历史记录，继而计量模块进行步骤S230读基表时钟。计量模块包括主线程、分处理线程、秒处理线程以及参数交互线程，各线程的处理步骤不限前后顺序。

主线程用于进行步骤S240，特殊日检测及停电检测。示例性的，特殊日包括结算日。

分处理线程用于进行步骤S250，费率切换、电能计量、需量计量及定时结算中的至少一个。对于费率切换，分处理线程支持季表、周表、日表、日时段以及特殊日表。对于电能计量，分处理线程具有正、反向有功电量和四象限无功电量计量功能，还具有分时计量功能，有、无功电量按相应时段分别累计，使得可以存储总、尖、峰、平、谷电量，从而按照不同的时段分别累计电能，并且按照不同的时段选择对应费率以结算费用，便于电网中心根据各时段的用电量利用费率调控实现削峰填谷的目的。对于需量计量，分处理线程具有计量有功正、反向的总、尖、峰、平、谷最大需量功能，还具有计量无功总、尖、峰、平、谷最大需量功能，需量数值可带时标。对于定时结算，分处理线程按周期执行结算功能。当到达特定时间时，根据预设时间触发月结算及日结算。

秒处理线程用于进行步骤S260，采集电网事件。例如，电网事件可以包括标准事件、窃电检测、电能质量事件、月结算事件、掉电事件、电能溢出事件、电压合格率统计等。

参数交互线程，用于进行步骤S270，参数读写。例如，清除电能量、冻结量、时间记录等。

在其中一个实施例中，管理模块包括配电监测单元、用电分析单元、低压集中抄表单元以及有序用电单元。其中，配变监测单元用于监测台区的变压器的配电情况，使得电能供应商可以通过配变监测单元输出的配电情况了解用电量的区域性分布。低压集中抄表单元用于记录每个用户的电能数据，使得管理模块可以根据每个用户的用电量结算电费，并且使得电能供应商可以通过该电能数据了解用电量的时间分布。有序用电单元用于输出不同时间段的用电规则，例如不同的时间段使用不同的费率。

图3为一实施例中的管理模块内软件架构的框图。如图3所示，管理模块120包括基础系统层122、系统管理层124以及应用层126。

基础系统层122包括驱动层1222、内核层1224以及根文件系统层1226。驱动层1222用于硬件驱动和应用的系统调度。例如，需要驱动的硬件包括看门狗、网卡、串口、GPIO(通用型输入/输出)、外部时钟、LCD(液晶显示器)、SPI(串行外设接口)、PPP(点对点协议)拨号以及Flash文件系统管理等。内核层1224用于提供Linux基础操作。根文件系统层1226包括busybox(BusyBox是一个集成了三百多个最常用Linux命令和工具的软件。)、根文件系统以及系统库。

系统管理层124用于提供基础系统层122的启动调度、日志管理以及看门狗喂狗与进程监视。在进行启用调度时，系统管理层124可以体现上层系统启动时的依赖关系并监控进程运行状态，当进程出现异常的情况下会自动拉起新的实例。在进行日志管理时，系统管理层124对上层应用的日志文件做管理，当日志文件数量达到预设值的情况自动清理多余的日志，此任务设于Linux的计划任务表内。在进行看门狗喂狗与进程监视时，在应用进行无法被启动调度拉起时，将停止喂狗并自动重启。

应用层126包括数据采集层1262、数据管理层1264以及业务层1266。数据采集层1262用于采集能源数据，负责和基表进行数据交互，例如，采集基表的数据、其它表计数据(包括其他电能表计数据的采集以及温湿度采集等)以及LORA数据。数据管理层1264用于配置参数和管理能源数据。业务层1266包括TCP模块、近红外模块、人机接口模块、负荷控制模块、配变模块、电网上行模块、WEB管理模块以及水、气、热表上传模块中的至少一个。其中，近红外模块主要包括处理按键、LCD显示、LED灯等。

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)

1.一种用于精确计量的能源网关，其特征在于，包括：

计量模块，用于采集并输出能源数据；

管理模块，与所述计量模块通信连接，用于根据所述能源数据生成业务数据；

其中，所述计量模块与所述管理模块分别于物理层独立设置。

2.根据权利要求1所述的用于精确计量的能源网关，其特征在于，所述计量模块包括本地存储单元，所述计量模块还用于定期冻结所述能源数据，并将冻结的能源数据存储于所述本地存储单元。

3.根据权利要求2所述的用于精确计量的能源网关，其特征在于，所述本地存储单元内存储的能源数据在预设时间后清除。

4.根据权利要求1所述的用于精确计量的能源网关，其特征在于，所述能源数据包括电压、电流、频率、功率因数、有功功率中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的用于精确计量的能源网关，其特征在于，所述计量模块包括：

主线程，用于特殊日检测及停电检测；

分处理线程，用于进行费率切换、电能计量、需量计量及定时结算中的至少一个；

秒处理线程，用于采集电网事件；

参数交互线程，用于参数读写。

6.根据权利要求5所述的用于精确计量的能源网关，其特征在于，所述特殊日包括结算日。

7.根据权利要求5所述的用于精确计量的能源网关，其特征在于，所述分处理线程用于按照不同时段分别累计电能，并选择对应费率以结算费用。

8.根据权利要求1所述的用于精确计量的能源网关，其特征在于，所述管理模块包括：

配变监测单元，用于监测台区的变压器的配电情况；

用电分析单元，用于分析用电分布情况；

低压集中抄表单元，用于记录各用户的电能数据；以及

有序用电单元，用于输出不同时间段的用电规则。

9.根据权利要求1所述的用于精确计量的能源网关，其特征在于，不同的所述业务数据分别通过不同的应用程序展示。

10.根据权利要求1所述的用于精确计量的能源网关，其特征在于，所述管理模块包括：

基础系统层，包括驱动层、内核层以及根文件系统层，所述驱动层用于硬件驱动和应用的系统调度，所述内核层用于提供Linux基础操作，所述根文件系统层包括busybox、根文件系统以及系统库；

系统管理层，用于提供所述基础系统层的启动调度、日志管理以及看门狗喂狗与进程监视；

应用层，包括数据采集层、数据管理层以及业务层，所述数据采集层用于采集所述能源数据，所述数据管理层用于配置参数和管理所述能源数据，所述业务层包括TCP模块、红外模块、人机接口模块、负荷控制模块、配变模块、电网上行模块、WEB管理模块以及水、气、热表上传模块中的至少一个。

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