CN111580449A - 一种基于窄带物联网技术的能源管理控制系统 - Google Patents

一种基于窄带物联网技术的能源管理控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于窄带物联网技术的能源管理控制系统，其主要技术特点是：包括智能终端层、云平台层和管理层，智能终端层、云平台层和管理层通过窄带物联网连接在一起，智能终端层采集能耗设备的能耗数据并发送给云平台；云平台层存储、分析能耗数据并将分析结果发送给管理层，同时根据分析结果向智能终端层发送命令控制能耗设备的开关；管理层接收云平台层的分析结果对云平台层进行管理，并向智能终端层发送命令控制能耗设备的开关。本发明基于窄带物联网通过多种智能采集终端以及传感器设备，利用窄带物联网技术具有的广覆盖、低功耗、低成本、海量连接的特点，能够全面监控本地能耗设备的实时数据，大大减少了人力巡检的成本。

Description

一种基于窄带物联网技术的能源管理控制系统
技术领域
本发明属于物联网技术领域，尤其是一种基于窄带物联网技术的能源管理控制系统。
背景技术
随着社会的发展和科技的进步，能源结构的调整步伐逐步加快，能源系统的高效管理功能也逐渐变得具有挑战性，安全使用以及电力能源的合理分配问题也亟待解决。现如今，通过运用5G、大数据和人工智能等技术与能源管理系统的结合来不断落实能源系统管理新战略，利用物联网技术对能源的精细化管理，能够有效节能降耗。
物联网技术在电力能源系统中的应用，其本质是实现各种信息传感设备与通信信息资源的共享，从而形成具有自我标识、感知和智能处理的物理实体。窄带物联网(NB-IoT)科技是各种感知技术的广泛应用，NB-IoT采用基于蜂窝网络的远距离无线通信技术，通过窄带物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同，且传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集能源输入与输出数据，不断更新数据，达到实时监控的目的。
如何利用窄带物联网对能源管理系统实施智能控制，提高能源利用效率是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理且能有效提高能源利用效率的基于窄带物联网技术的能源管理控制系统。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于窄带物联网技术的能源管理控制系统，包括智能终端层、云平台层和管理层，所述智能终端层、云平台层和管理层通过窄带物联网连接在一起，所述智能终端层采集能耗设备的能耗数据并发送给云平台；所述云平台层存储、分析能耗数据并将分析结果发送给管理层，同时根据分析结果向智能终端层发送命令控制能耗设备的开关；所述管理层接收云平台层的分析结果对云平台层进行管理，并向智能终端层发送命令控制能耗设备的开关。
而且，所述智能终端层包括多种类型的数据采集设备和无线智能集成控制开关，数据采集设备与无线智能集成控制开关通过窄带物联网相连接，数据采集设备与能耗设备相连接，采集能耗设备的数据并控制能耗设备的开关，所述无线智能集成控制开关与云平台层及管理层相连接，实现数据上传及命令转送功能。
而且，所述数据采集设备包括基于NB-IoT技术的智能电表、智能水表、智能气表、智能开关和多种传感器，所述传感器包括温度传感器和静电传感器。
而且，所述云平台层包括云端存储服务器、云端能耗分析模块和NB-IoT基站；所述云端存储服务器用来存储智能终端层采集到的海量能耗数据，并为云端能耗分析模块及管理层提供数据功能；所述云端能耗分析模块实时分析能源使用情况并诊断异常能耗数据，将分析结果发送至管理层，并向智能终端层发送命令控制能耗设备开关；所述NB-IoT基站用于将智能终端层、管理层与云端存储服务器、云端能耗分析模块通过窄带物联网连接在一起。
而且，所述管理层包括能源管理控制中心和智能终端；所述能源管理控制中心采用Web应用程序，为用户提供能源监管服务，并向智能终端层发送命令控制能耗设备的开关；所述智能终端接收云平台层的分析结果向智能终端层发送命令控制能耗设备的开关，并与云平台层进行数据调用和管理。
而且，所述能源管理控制中心为用户提供能源监管服务包括：能耗异常报警记录、历史趋势、报表分析的可视化功能，根据用户设定的周期统计能耗数据，通过身份验证登录Web应用客户端，查看某项设备能耗参数的历史曲线。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明基于窄带物联网(NB-IoT)技术并采用“云、管、端”的系统架构进行构建，通过多种智能终端以及传感器设备，利用窄带物联网技术具有的广覆盖、低功耗、低成本、海量连接的特点，能够全面监控本地能耗设备的实时数据，并上传至云平台层和管理层中的能耗控制设备，大大减少了人力巡检的成本。
2、本发明在云平台层设置云端能耗分析模块，对基于窄带物联网技术的数据采集设备收集到的相关数据进行分析建模，构建能耗控制算法模型，智能分析异常能耗数据，完成向用户智能终端以及能耗管理控制中心发送异常提醒，大大减少了相关设备故障的风险。
3、本发明针对电力能源领域非结构化业务数据量巨大、实时性要求高、并发性访问频繁的特点，结合窄带物联网与云端存储服务器，将海量数据实时上传云平台层进行分析，减少本地计算成本，且具有可扩展性、高性能，数据安全性的特点。
4、本发明利用窄带物联网以及先进的5G通信技术建立能源管理控制中心，对本地能耗设备状态信息实时监控，利用先进的通信技术完成对本地能源的合理调度，使得能源管理系统更加智能化。
附图说明
图1是本发明基于窄带物联网技术的能源管理控制系统架构图；
图2是本发明的控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
本发明的设计思想是：本发明利用窄带物联网(NB-IoT)技术实现能源管理控制功能。由于NB-IoT技术不仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对能源管理系统实施智能控制，提高能源利用效率，NB-IoT的技术优势能够解决数据安全问题、功耗问题、网络覆盖问题以及大规模连接问题，助力能源行业高效管理。例如，在实际的电力应用场景中，不同电力应用场景均有不用的用电政策与要求，对电力及能源服务的需求也各不相同，通过融合物联网和人工智能等先进的现代技术构建提升能源使用效率的管理平台对促进我国环境友好型、资源节约型社会建设具有重要意义。
基于上述设计思想，本发明提出一种基于窄带物联网技术的能源管理控制系统，如图1所示，包括智能终端层、云平台层和管理层，所述智能终端层包括多种类型的数据采集设备(101、102、103)和无线智能集成控制开关(201)，所述数据采集设备具有NB-IoT功能，能够采集能耗设备的数据并通过无线智能集成控制开关传送给云平台层。所述云平台层包括云端存储服务器(301)、云端能耗分析模块(401)和NB-IoT基站，云端存储服务器和云端能耗分析模块收到智能终端层的数据分别进行存储和能耗分析并通过NB-IoT基站传送给管理层。所述管理层包括能源管理控制中心(501)和智能终端(502)接收云平台数据并通过无线智能集成控制开关实现对能耗设备的控制功能。下面对系统中的各个部分分别进行说明：
1、数据采集设备(101、102、103)：数据采集设备作为物联网的基础与载体，集成NB-IoT标准模组并通过无线智能集成控制开关与NB-IoT基站相连接来实现通讯功能。数据采集设备包括基于NB-IoT技术的智能电表、智能水表、智能气表、智能开关以及多种传感器等，传感器包括温度传感器、静电传感器等，这些数据采集设备与能耗设备相连接实现对能耗设备的数据采集功能，监控整个能源管理平台的能耗数据，并且调用应用程序的API接口与智能控制终端的用户界面或能源控制中心进行对接，完成身份验证服务、电子邮件服务以及远程发送指令等信息交互的功能。各个数据采集设备均通过NB-IoT方式连接到基于窄带物联网的无线智能集成控制开关，采用NB-IoT通信技术可将数据上传至云平台层。上述智能表、传感器以及数据采集设备可依据能源管理用户需求进行定制化采购。
2、无线智能集成控制开关(201)：本地所有数据采集设备通过窄带物联网技术接入到无线智能集成控制开关中，一方面将数据采集设备采集的能耗数据上传至云平台层，另一方面接收云平台层或管理层的命令实现对能耗设备的控制功能。无线智能集成控制开关的两种控制方式为：一种是接受云平台层控制，具体方法为：云平台层的云端能耗分析模块通过窄带物联网通信技术自动向智能无线智能集成控制开关发送指令开启或关闭对应能耗设备，此种方式是云端能耗分析模块发现某些能耗数据异常，进而判定能耗设备不合理使用后启动的；二是接受管理层控制，具体方法为：通过基于Web服务的能源管理应用程序由能源控制中心或者智能终端进行经由基站远程发送管理指令进行集成开关的控制。
需要说明的是：无线智能集成控制开关并非一定要集成本地所有能耗设备，用户端也可根据相关设备的重要性合理定制无线智能集成控制开关。
3、云端存储服务器(301)：包含大容量的存储设备用来存储于采集到的海量能耗数据。云端存储服务器为云端能耗分析模块提供必要的数据支持，且可备份重要的数据信息。在云端存储服务器还安装有能源管理的应用程序，由云提供商提供的开放API调用的应用程序，智能终端的应用程序可以访问云端记录的能耗数据以及大数据处理生成能耗分析报告，也可通过基于Web的用户界面，由远程客户端轻松配置和管理自己的能源系统。
4、云端能耗分析模块(401)：由数据采集设备采集到的能耗数据通过窄带物联网技术上传至云平台层后，云端能耗分析模块结合人工智能算法对本地能耗情况进行建模，构建能耗控制模型，减少不必要能源的浪费。建模方法为：可通过能耗控制模型标记能耗较大的设备以及相关用电区域并向能源控制终端发送提醒，能源控制终端用户结合实际情况进行能源使用的合理配置；能耗控制模型作为一种基于大数据分析的智能算法，通过数据采集设备不断采集到的最新数据，更新对应的能耗控制算法。
5、能源管理控制中心(501)：采用Web应用程序，为用户提供能源监管服务，包括能耗异常报警记录、历史趋势、报表分析等数据可视化功能，根据用户设定的周期统计能耗数据，通过身份验证登录Web应用客户端，查看某项设备能耗参数的历史曲线，保障本地能源系统的正常运行。在本实施例中，其通过5G通信以及窄带物联网技术远程控制本地能源的调度以及远程开启/关闭相关设备的动作。
6、智能终端(502)：接收云端能耗分析模块发来的分析结果或相关预警信息，根据需要对能耗设备进行控制，同时，智能终端也可以与云数据存储服务器进行数据调用与管理。
上述能源管理控制中心(501)和智能终端(502)用于与云平台层的云端存储服务器和云端能耗分析模块进行数据交互，云端能耗分析模块将分析结果与相关预警信息发送给能能源管理控制中心(501)和智能终端(502)并由其选择合理的能源管理策略，对应的能源管理控制中心和智能终端也可经由通信网络对云端存储服务器进行301数据调用与管理。
本发明的工作过程为：
(1)建立数据采集设备：将数据采集设备与能耗设备及无线智能集成控制开关连接在一起，数据采集设备将采集到的能源使用数据与调配数据通过窄带物联网及无线智能集成控制开关上传至云端存储服务器进行云端保存。本发明对于使用的数据采集设备具有扩展性，用户可结合能源管理需求选用对应传感器接入网络。
(2)智能终端层通过NB-IoT无线通信模组将数据采集终端采集到的数据上传至云端存储服务器上进行归类备用。
(3)云端能耗分析模块利用步骤(1)数据采集设备上传至云端存储服务器的能源使用数据与调配数据，结合人工智能算法对本地能耗情况进行建模，构建本地能源控制模型，实时分析能源使用情况，诊断异常能耗数据。具体方法，可通过能耗控制模型标记能耗较大的设备以及相关用电区域并向能源控制终端发送提醒，能源控制端用户结合实际情况进行能源使用的合理配置。
(4)构建基于窄带物联网的无线智能集成控制开关：本地所有能耗设备可通过窄带物联网技术接入到无线智能集成控制开关中，云端能耗分析模块利用能耗控制模型自动分析能耗使用数据，智能远程关闭闲时的相关设备，用户也可在配套的应用程序中发送开启与关闭对应设备的指令完成对能耗设备的控制。需要说明的是：无线智能集成控制开关并非一定要集成本地所有能耗设备，用户端也可根据相关设备的重要性合理定制无线智能集成控制开关。
(5)基于Web服务的能源管理应用程序，由云提供商提供的开放API调用的应用程序，能源管理方通过智能终端的应用程序访问云端记录的能耗数据以及大数据处理生成能耗分析报告，可通过基于Web的用户界面，由远程客户端轻松配置和管理自己的能源管理系统。
(6)建立能源管理控制中心：构建可视化能源管理监控中心，通过NB-IoT通讯基站实现与云端和终端设备的通讯动作，其主要作用是完成整个能源系统的合理调度以及实时监控能源管理系统的正常运行，其方式一采用步骤(4)中的Web应用服务程序，为用户提供能源监管服务，包括能耗异常报警记录、历史趋势、报表分析等数据可视化功能，根据用户设定的周期统计能耗数据，通过身份验证登录Web应用客户端，查看某项设备能耗参数的历史曲线，保障本地能源系统的正常运行。方式二，通过5G通信以及窄带物联网技术远程控制本地能源的调度以及远程开启/关闭相关设备的动作，保障整个本地能耗设备的正常运行。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于窄带物联网技术的能源管理控制系统，其特征在于：包括智能终端层、云平台层和管理层，所述智能终端层、云平台层和管理层通过窄带物联网连接在一起，所述智能终端层采集能耗设备的能耗数据并发送给云平台；所述云平台层存储、分析能耗数据并将分析结果发送给管理层，同时根据分析结果向智能终端层发送命令控制能耗设备的开关；所述管理层接收云平台层的分析结果对云平台层进行管理，并向智能终端层发送命令控制能耗设备的开关。
2.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网技术的能源管理控制系统，其特征在于：所述智能终端层包括多种类型的数据采集设备和无线智能集成控制开关，数据采集设备与无线智能集成控制开关通过窄带物联网相连接，数据采集设备与能耗设备相连接，采集能耗设备的数据并控制能耗设备的开关，所述无线智能集成控制开关与云平台层及管理层相连接，实现数据上传及命令转送功能。
3.根据权利要求2所述的一种基于窄带物联网技术的能源管理控制系统，其特征在于：所述数据采集设备包括基于NB-IoT技术的智能电表、智能水表、智能气表、智能开关和多种传感器，所述传感器包括温度传感器和静电传感器。
4.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网技术的能源管理控制系统，其特征在于：所述云平台层包括云端存储服务器、云端能耗分析模块和NB-IoT基站；所述云端存储服务器用来存储智能终端层采集到的海量能耗数据，并为云端能耗分析模块及管理层提供数据功能；所述云端能耗分析模块实时分析能源使用情况并诊断异常能耗数据，将分析结果发送至管理层，并向智能终端层发送命令控制能耗设备开关；所述NB-IoT基站用于将智能终端层、管理层与云端存储服务器、云端能耗分析模块通过窄带物联网连接在一起。
5.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网技术的能源管理控制系统，其特征在于：所述管理层包括能源管理控制中心和智能终端；所述能源管理控制中心采用Web应用程序，为用户提供能源监管服务，并向智能终端层发送命令控制能耗设备的开关；所述智能终端接收云平台层的分析结果向智能终端层发送命令控制能耗设备的开关，并与云平台层进行数据调用和管理。
6.根据权利要求5所述的一种基于窄带物联网技术的能源管理控制系统，其特征在于：所述能源管理控制中心为用户提供能源监管服务包括：能耗异常报警记录、历史趋势、报表分析的可视化功能，根据用户设定的周期统计能耗数据，通过身份验证登录Web应用客户端，查看某项设备能耗参数的历史曲线。
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