CN111142491B - 一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统 - Google Patents

一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统，属于能源管理的技术领域，旨在提供一种能够对电能各项参数监控的基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统，其技术方案要点是包括供暖系统、供水系统、供电系统、供燃系统和中央处理器，智慧能源管理平台系统包括云数据系统和电能安全预警系统，所述电能安全预警系统包括电能状态分析模块、无功功率状态分析模块和电能修复模块，所述电能状态分析模块包括电流分析单元、电压分析单元、电能损耗分析单元。电能状态分析模块分别对用电设备的电流、电压和功率进行监控，并进行分析为决策者提供决策依据，对用电异常做到早预防、早发现、早预警、早处理，实现对能源管理。

Description

一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统
技术领域
本发明涉及能源管理的技术领域，尤其是涉及一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统。
背景技术
随着经济的飞速发展，能源紧张、环境恶化已受到全球的密切关注，能源是发展国民经济的重要基础，为了响应国家号召，走可持续发展的道路，节能降耗是首要任务。
节能管理系统是按用户的需求，遵循配电系统的标准规范而二次开发的一套具有专业性强、自动化程度高、易使用、高性能、高可靠等特点的适用于低压配电系统的电能管理系统。通过遥测和遥控可以合理调配负荷，实现优化运行，有效节约电能，并有高峰与低谷用电记录，从而为能源管理提供了必要条件。同时对电能按照明插座用电、动力用电、空调用电、特殊用电进行分项计量，为企、事业单位电能节能审计提供依据。
公布号为CN106679023A的中国专利公开了一种综合节能管理系统，包括时钟 模块、采集模块、处理模块、存储模块和数据库；时钟模块，用于定时发送时钟信号至采集模块；采集模块在接收到时钟信号时候，进行采集固定时间的冷却水系统的参数数据，并将参数数据发送至数据库中；处理模块用于从数据库中获取参数数据，并根据参数数据从存储模块中获取和参数数据相应的节能策略；处理模块还用于将节能策略发送至操作终端，以使操作员根据节能策略控制冷却水系统。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：在节能管理系统中，电能的各项参数对于节能系统具有重要影响，但在上述的综合节能管理系统中并没有涉及。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种能够对电能各项参数监控的基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统，包括供暖系统、供水系统、供电系统、供燃系统和中央处理器，所述智慧能源管理平台系统包括云数据系统和电能安全预警系统，所述电能安全预警系统包括电能状态分析模块、无功功率状态分析模块和电能修复模块，所述电能状态分析模块包括电流分析单元、电压分析单元、电能损耗分析单元，所述电流分析单元建立电流分析模型，通过电流分析模型对当前电流评分F1；
所述电压分析单元，所述电压分析单元建立电压分析模型，通过电压分析模型对当前电流评分F2；
所述电能损耗分析单元，所述电能损耗分析单元建立电能损耗分析模型，通过电能损耗分析模型对当前用电设备状态评分F3。
通过采用上述技术方案，电能状态分析模块分别对用电设备的电流、电压和功率进行监控，并进行分析为决策者提供决策依据，对用电异常做到早预防、早发现、早预警、早处理，实现对能源管理。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述电流分析模型为FI=[1-|I1-I2|/ I2]*100，其中I1为实时电流，I2为预设电流，电流分析单元中的所有电流评分F1=
Figure 688464DEST_PATH_IMAGE001
；
所述电压分析模型为FU=[1-|U1-U2|/U2]*100，其中U1为实时电压，U2为预设电压，电 压分析单元中的所有电压评分F2=
Figure 610021DEST_PATH_IMAGE001
；
所述电能耗损分析模型为FP=[1-|P1-P2|/P2]*100，其中P1为实时有功功率，P2为预 设有功功率，电能耗损分析单元中的所有有功功率评分F1=
Figure 983365DEST_PATH_IMAGE001
。
通过采用上述技术方案，对用电设备的电流、电压和有功功率进行定量评价，这样决策者可以得到更加准确的依据，从而做出对应的处理方案。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述预设电流I2通过将历史数据由小到大排序，去掉前5%和后5%，将剩下数据求平均数，即为预设电流I2；
所述预设电压U2为通过将历史数据由小到大排序，去掉前5%和后5%，将剩下数据求平均数，即为预设电压U2；
所述预设有功功率P2为通过将历史数据由小到大排序，去掉前5%和后5%，将剩下数据求平均数，即为预设有功功率P2。
通过采用上述技术方案，对历史数据进行筛选，并且数据量越大对于预测结果也更加准确。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述电能修复模块包括遥感电容设备，所述无功功率状态分析模块对实时功率因数进行监控，当实时功率因数小于预设值时，自动投切遥感电容设备。
通过采用上述技术方案，当实时功率因数通过自动投切遥感电容设备，从而提高功率因数。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述智慧能源管理平台系统还包括能耗评价系统，所述能耗评价模块用于评价能耗的健康状况，所述能耗评价系统包括供暖评价模块、供水评价模块、供电评价模块和供燃评价模块，所述供暖评价模块基于供暖评价评分规则对供暖系统的评分为X1，所述评分X1占系统总评分X的R1%，20≤R1≤30；
所述供水评价模块基于供水评分规则对供水系统的评分为X2，所述评分X2占系统总评分X的R2%，20≤R2≤30；
所述供电评价模块基于供电评分规则对供水系统的评分为X3，所述评分X3占系统总评分X的R3%，20≤R3≤40；
所述供燃评价模块基于供燃评分规则对供燃系统的评分为X4，所述评分X4占系统总评分X的R4%，20≤R4≤30，
其中R1+ R2+ R3+ R4=100，X= X1× R1%+ X2× R2%+ X3× R3%+ X4× R4%。
通过采用上述技术方案，供暖评价模块、供水评价模块、供电评价模块和供燃评价模块分别对供暖评价模块、供水评价模块、供电评价模块和供燃评价模块的能耗情况进行评价，从而为管理者提供评价依据，同时便于管理者管控和调节，节能减排，降低了能源消耗。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述云端数据系统包括供暖数据模块、水数据模块、供电数据模块和供燃数据模块，所述供暖数据模块实时获取供暖系统的供暖量；
所述供水数据模块实时获取供水系统的供水量；
所述供电数据模块实时获取供电系统的供电量；
所述供燃数据模块实时获取供燃系统的燃气量。
通过采用上述技术方案，供暖数据模块、供水数据模块、供电数据模块和供燃数据模块实时获取相关数据，并相关数据存储，数据量越大对于预测的结果越精准。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述供暖评分规则为：X1=[（实际供暖量-预计供暖量）/预计供暖量]*100，其中预计供暖量通过供暖量数学模型获得；
所述供水评分规则为：X2=[（实际供水量-预计供水量）/预计供水量]*100，其中预计供水量通过供水量数学模型获得；
所述供电评分规则为：X3=[（实际供电量-预计供电量）/预计供电量]*100，其中预计供电量通过供电量数学模型获得；
所述供燃评分规则为：X4=[（实际燃气量-预计燃气量）/预计燃气量]*100，其中预计燃气量通过燃气量数学模型获得。
通过采用上述技术方案，通过相应的评分规则对各个耗能系统进行实时监控，从而实时获取耗能系统的耗能情况，增强对于整个系统的监控能力，从而便于管理者及时进行节能管控。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述供暖量数学模型基于用户量和气温构成关于供暖量的二元一次方程；
所述供水量数学模型基于用户量和气温构成关于供水量的二元一次方程；
所述供电量数学模型基于用户量和气温构成关于供电量的二元一次方程；
所述燃气量数学模型基于用户量和气温构成关于燃气量的二元一次方程。
通过采用上述技术方案，通过两个自变量用户量和气温即可得到自变量的二元一次方程，从而对供暖量、供水量、供暖量和燃气量进行预测。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述智慧能源管理系统根据系统总评分X按分数的大小分为低耗能、正常、预警、报警和紧急五个等级。
通过采用上述技术方案，各个等级对应相应的耗能情况，这样便于监控者进行监控，匹配相应的系统耗能情况。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：当X<0，系统评价为低耗能；
当0≤X<25，系统评价为正常；
当25≤X<50，系统评价为预警；
当50≤X<75，系统评价为报警；
当X≥75，系统评价为紧急。
通过采用上述技术方案，将数学模型得到的具体数据进行区间划分进行定性，能够给监控者直观的感受，了解系统当前的状态。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.电能状态分析模块分别对用电设备的电流、电压和功率进行监控，并进行分析为决策者提供决策依据，对用电异常做到早预防、早发现、早预警、早处理，实现对能源管理；
2.供暖评价模块、供水评价模块、供电评价模块和供燃评价模块分别对供暖评价模块、供水评价模块、供电评价模块和供燃评价模块的能耗情况进行评价，从而为管理者提供评价依据，同时便于管理者管控和调节，节能减排，降低了能源消耗。
附图说明
图1是基于云平台的智慧能源管理系统的系统框图；
图2是云端数据系统的系统框图；
图3是能耗评价系统的系统框图；
图4是环境监测系统的系统框图；
图5是电能安全预警系统的系统框图。
图6是智能终端系统的系统框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例：参照图1，为本发明公开的一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统，包括供暖系统、供水系统、供电系统、供燃系统、中央处理器、环境监测系统、智能终端系统、电能安全预警系统、能耗评价系统和云端数据系统。
参照图2，云端数据系统包括供暖数据模块、供水数据模块、供电数据模块和供燃数据模块。云端数据系统还存储电路中、用电设备的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率和功率因数等参数。
供暖数据模块实时获取供暖系统的供暖量和每个用户的供暖量并存储在云存储器中，以便调用。
供水数据模块实时获取供水系统的供水量和每个用户的用水量并存储在云存储器中，以便调用。
供电数据模块实时获取供电系统的供电量和每个用户的用电量并存储在云存储器中，以便后期调用。
供燃数据模块实时获取供燃系统的燃气量和每个用户的燃气量并云存储器服务器中，以便后期调用。
此外，在供暖管道、供水管道以及燃气管道都设有流量计测量每根管道的流量，以便后期检修时及时定位故障位置。
参照图3，能耗评价模块用于评价能耗的健康状况，能耗评价系统包括供暖评价模块、供水评价模块、供电评价模块和供燃评价模块，
供暖评价模块基于供暖评价评分规则对供暖系统的评分为X1，评分X1占系统总评分X的R1%，20≤R1≤30；
供水评价模块基于供水评分规则对供水系统的评分为X2，评分X2占系统总评分X的R2%，20≤R2≤30；
供电评价模块基于供电评分规则对供水系统的评分为X3，评分P3占系统总评分X的R3%，20≤R3≤40；
供燃评价模块基于供燃评分规则对供燃系统的评分为X4，评分X4占系统总评分X的R4%，20≤R4≤30，
其中R1+ R2+ R3+ R4=100，
系统总评分X= X1× R1%+ X2× R2%+ X3× R3%+ X4× R4%。
供暖评分规则为：P=[（实际供暖量-预计供暖量）/预计供暖量]*100，其中预计供暖量通过供暖量数学模型获得。其中，供暖量数学模型基于用户量和气温构成关于供暖量的二元一次方程。
供水评分规则为：P=[（实际供水量-预计供水量）/预计供水量]*100，其中预计供水量通过供水量数学模型获得。其中，供水量数学模型基于用户量和气温构成关于供水量的二元一次方程。
供电评分规则为：P=[（实际供电量-预计供电量）/预计供电量]*100，其中预计供电量通过供电量数学模型获得，其中，供电量数学模型基于用户量和气温构成关于供电量的二元一次方程。
供燃评分规则为：P=[（实际燃气量-预计燃气量）/预计燃气量]*100，其中预计燃气量通过燃气量数学模型获得。其中，燃气量数学模型基于用户量和气温构成关于燃气量的二元一次方程。
智慧能源管理系统根据系统总评分P按分数的大小分为低耗能、正常、预警、报警和紧急五个等级。
当P<0，系统评价为低耗能；
当0≤P<25，系统评价为正常；
当25≤P<50，系统评价为预警；
当50≤P<75，系统评价为报警；
当P
Figure 286170DEST_PATH_IMAGE002
75，系统评价为紧急。
将数学模型得到的具体数据进行区间划分进行定性，能够给监控者直观的感受，了解系统当前的状态。
参照图4，环境监测系统包括PM2.5传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、甲醛传感器和CO传感器，环境监测系统中的传感器检测外部环境的各种数据，可以给用户提供相关参考，也可给管理者提供决策依据。
参照图5，电能安全预警系统包括电能状态分析模块、无功功率状态分析模块和电 能修复模块，电能状态分析模块包括电流分析单元、电压分析单元、电能损耗分析单元，电 流分析单元建立电流分析模型，通过电流分析模型对当前电流评分F1。电流分析模型为FI= [1-|I1-I2|/I2]*100，其中I1为实时电流，I2为预设电流，电流分析单元中的所有电流评分F1 =
Figure 407447DEST_PATH_IMAGE001
。其中，预设电流I2通过将 历史数据由小到大排序，去掉前5%和后5%，将剩下数据求平均数，即为预设电流I2。
电压分析单元建立电压分析模型，通过电压分析模型对当前电流评分F2。电压分 析模型为FU=[1-|U1-U2|/U2]*100，其中U1为实时电压，U2为预设电压，电压分析单元中的所 有电压评分F2=
Figure 821111DEST_PATH_IMAGE001
。预设电压U2 为通过将历史数据由小到大排序，去掉前5%和后5%，将剩下数据求平均数，即为预设电压 U2。
电能损耗分析单元建立电能损耗分析模型，通过电能损耗分析模型对当前用电设 备状态评分F3。电能耗损分析模型为FP=[1-|P1-P2|/P2]*100，其中P1为实时有功功率，P2为 预设有功功率，电能耗损分析单元中的所有有功功率评分F1=
Figure 580120DEST_PATH_IMAGE001
。预设有功功率P2为通过将 历史数据由小到大排序，去掉前5%和后5%，将剩下数据求平均数，即为预设有功功率P2。
电能修复模块包括遥感电容设备，无功功率状态分析模块对实时功率因数进行监控，当实时功率因数小于预设值时，自动投切遥感电容设备。当实时功率因数通过自动投切遥感电容设备，从而提高功率因数，减少对电网的污染。
参照图6，智能终端系统包括控制终端和用户终端，控制终端显示能源管理系统的系统运行情况。用户终端用于接收该用户的供暖量、用电量、用水量和燃气量，用户终端可以为智能手机、平板电脑或者个人电脑，只需安装相应的软件即可。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统，包括供暖系统、供水系统、 供电系统、供燃系统和中央处理器，其特征在于：所述智慧能源管理平台系统包括云端数据 系统和电能安全预警系统，所述电能安全预警系统包括电能状态分析模块、无功功率状态 分析模块和电能修复模块，所述电能状态分析模块包括电流分析单元、电压分析单元、电能 损耗分析单元，所述电流分析单元建立电流分析模型，通过电流分析模型对当前电流评分 F1；所述电流分析模型为FI=[1-|I1-I2|/I2]*100，其中I1为实时电流，I2为预设电流，电流分 析单元中的所有电流评分F1=
Figure 549882DEST_PATH_IMAGE001
；
所述电压分析单元，所述电压分析单元建立电压分析模型，通过电压分析模型对当前电 流评分F2；所述电压分析模型为FU=[1-|U1-U2|/U2]*100，其中U1为实时电压，U2为预设电压，电 压分析单元中的所有电压评分F2=
Figure 822732DEST_PATH_IMAGE001
；
所述电能损耗分析单元，所述电能损耗分析单元建立电能损耗分析模型，通过电能损 耗分析模型对当前用电设备状态评分F3；所述电能耗损分析模型为FP=[1-|P1-P2|/P2]*100， 其中P1为实时有功功率，P2为预设有功功率，电能耗损分析单元中的所有有功功率评分F1=
Figure 754916DEST_PATH_IMAGE001
。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统，其特征在于：所述预设电流I2通过将历史数据由小到大排序，去掉前5%和后5%，将剩下数据求平均数，即为预设电流I2；
所述预设电压U2为通过将历史数据由小到大排序，去掉前5%和后5%，将剩下数据求平均数，即为预设电压U2；
所述预设有功功率P2为通过将历史数据由小到大排序，去掉前5%和后5%，将剩下数据求平均数，即为预设有功功率P2。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统，其特征在于：所述电能修复模块包括遥感电容设备，所述无功功率状态分析模块对实时功率因数进行监控，当实时功率因数小于预设值时，自动投切遥感电容设备。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统，其特征在于：所述智慧能源管理平台系统还包括能耗评价系统，所述能耗评价模块用于评价能耗的健康状况，所述能耗评价系统包括供暖评价模块、供水评价模块、供电评价模块和供燃评价模块，所述供暖评价模块基于供暖评价评分规则对供暖系统的评分为X1，所述评分X1占系统总评分X的R1%，20≤R1≤30；
所述供水评价模块基于供水评分规则对供水系统的评分为X2，所述评分X2占系统总评分X的R2%，20≤R2≤30；
所述供电评价模块基于供电评分规则对供水系统的评分为X3，所述评分X3占系统总评分X的R3%，20≤R3≤40；
所述供燃评价模块基于供燃评分规则对供燃系统的评分为X4，所述评分X4占系统总评分X的R4%，20≤R4≤30，
其中R1+ R2+ R3+ R4=100，X= X1× R1%+ X2× R2%+ X3× R3%+ X4× R4%。
5.根据权利要求4所述的一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统，其特征在于：所述云端数据系统包括供暖数据模块、供水数据模块、供电数据模块和供燃数据模块，所述供暖数据模块实时获取供暖系统的供暖量；
所述供水数据模块实时获取供水系统的供水量；
所述供电数据模块实时获取供电系统的供电量；
所述供燃数据模块实时获取供燃系统的燃气量。
6.根据权利要求5所述的一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统，其特征在于：所述供暖评分规则为：X1=[（实际供暖量-预计供暖量）/预计供暖量]*100，其中预计供暖量通过供暖量数学模型获得；
所述供水评分规则为：X2=[（实际供水量-预计供水量）/预计供水量]*100，其中预计供水量通过供水量数学模型获得；
所述供电评分规则为：X3=[（实际供电量-预计供电量）/预计供电量]*100，其中预计供电量通过供电量数学模型获得；
所述供燃评分规则为：X4=[（实际燃气量-预计燃气量）/预计燃气量]*100，其中预计燃气量通过燃气量数学模型获得。
7.根据权利要求6所述的一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统，其特征在于：所述供暖量数学模型基于用户量和气温构成关于供暖量的二元一次方程；
所述供水量数学模型基于用户量和气温构成关于供水量的二元一次方程；
所述供电量数学模型基于用户量和气温构成关于供电量的二元一次方程；
所述燃气量数学模型基于用户量和气温构成关于燃气量的二元一次方程。
8.根据权利要求7所述的一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统，其特征在于：所述智慧能源管理系统根据系统总评分X按分数的大小分为低耗能、正常、预警、报警和紧急五个等级。
9.根据权利要求8所述的一种基于物联网与云计算技术的智慧能源管理平台系统，其特征在于：当X<0，系统评价为低耗能；
当0≤X<25，系统评价为正常；
当25≤X<50，系统评价为预警；
当50≤X<75，系统评价为报警；
当X≥75，系统评价为紧急。
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