CN111614160A - 一种低压用户负荷调控业务承载平台 - Google Patents

一种低压用户负荷调控业务承载平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低压用户负荷调控业务承载平台，包括高并发数据采集模块、家庭智能服务模块、运营管理服务监控模块、智慧用能服务模块和数据分析模块；各模块的数据信息通信连接。本发明实现对随器量测模块、随器智能插座、全景数据感知装置的集中采集与传输，促进用户侧设备的广泛接入、互联互通与数据融合，以海量的能源数据为基础开展用能监测与分析，建立针对低压用户的多目标优化协调控制体系，达到台区供电稳定、负荷平衡，同时立足客户需求，在消费侧提供多元化需求响应服务，实现用户用电负荷智能调控，优化提升客户服务体验与感知。

Description

一种低压用户负荷调控业务承载平台
技术领域
本发明属于用电信息采集技术领域，尤其涉及一种低压用户负荷调控业务承载平台。
背景技术
综合能源服务是一种新型的为满足终端客户多元化能源生产与消费的能源服务方式。今年年初，国网公司毛董事长在视察指导工作中指出，综合能源服务业务前景广阔、空间巨大，要向管理要效益、向存量挖潜力，通过综合能源服务，降低社会用能成本。同时聚焦重点领域，以新型智慧城市和县域综合能源为载体，深入开展资源经营，加快构建有形无形资产价值挖掘、硬件软件相互保障的发展支撑体系。
当前，智能量测、边缘计算以及新型感知技术的不断发展，为实现低压用户负荷的感知、测量和调控奠定了基础。用户对电力的依赖度及优质服务的需求越来越高，然而现阶段用电末端感知层级只能到用户电能表，无法全面感知户内用能设备，不能有效提升用户用能效率，为用户提供增值服务，促进数据变现。
基于此，河北公司依托智能量测整体技术优势，牵头承担了国网总部2020年科技项目《低压用户负荷感知、测量、调控关键技术研究及应用》，重点打造低压用户负荷感知典型示范应用，提升面向消费侧的综合能源服务品质。同时，根据国网公司会议精神、河北电力发展及雄安新区建设的实际需求，需要进一步聚焦低压用户负荷设备，挖掘用户可调节负荷潜力，充分利用“大云物移智”方法，促进能源流与信息流深度融合，实现能源互联网的实时感知和信息反馈，优化客户能源供给网络运行策略，为客户提供智能调控、需求响应、交易预测、数据价值挖掘等服务，培育综合能源业务，打造综合性的低压用户负荷调控业务承载平台。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种低压用户负荷调控业务承载平台，实现对随器量测模块、随器智能插座、全景数据感知装置的集中采集与传输，促进用户侧设备的广泛接入、互联互通与数据融合，以海量的能源数据为基础开展用能监测与分析，建立针对低压用户的多目标优化协调控制体系，达到台区供电稳定、负荷平衡，同时立足客户需求，在消费侧提供多元化需求响应服务，实现用户用电负荷智能调控，优化提升客户服务体验与感知。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种低压用户负荷调控业务承载平台，包括高并发数据采集模块、家庭智能服务模块、运营管理服务监控模块、智慧用能服务模块和数据分析模块；各模块的数据信息通信连接。
作为本发明的进一步改进，所述高并发数据采集模块包括基于HPLC、微功率、4G和5G通信技术，建设高并发分布式数据采集系统，保证数据的安全、可靠的传输；支持IEC104、IEC101、376.1和MQTT多通信规约，配置可视化手段实时监视上报数据的质量。
作为本发明的进一步改进，所述家庭智能服务模块包括电器控制、场景控制、定时控制、自动控制和家庭用能优化功能；按照区域配置控制策略。
作为本发明的进一步改进，所述运营管理服务监控模块块包括构建区域、边缘设备、计量仪表和随器智能插座多级档案管理，配置隶属关系，方便数据统计分析。
作为本发明的进一步改进，所述运营管理模块包括实现家庭用电数据分析，按日、月、季、年的方式查看家用电器用电构成，查看用电额度，按月生成用电分析报告；设置自家用电超限阈值，实现用电提醒和节能建议小贴士；查看各用电负荷用电排名。
作为本发明的进一步改进，所述智慧用能服务模块包括用户行为分析、需求响应分析、用电分析和能效评级管理，此模块基于大数据和人工智能算法，在线分析用户用能行为，实现用能行为画像，提供用电负荷预测功能；提供能效评级管理等功能；帮助家庭用户节约能源和节省能源成本支出。
作为本发明的进一步改进，所述用户行为分析包括根据用户软件使用习惯，改进软件用户体验。
作为本发明的进一步改进，需求响应分析包括根据居民用电数据信息统计结果，得出用电高峰时段和电器集中开启时段，结合电价激励政策，鼓励用户错峰使用大功率电器；用电分析包括根据各种类型电器在家庭用电器中的用电量比率、电器独立耗电量、电器使用频率，以及某类电器在整个家庭中的用能消耗情况的分析结果。
作为本发明的进一步改进，能效评级管理包括评级模型管理、电器参数管理、评测数据筛选和评级结果归档管理。
作为本发明的进一步改进，数据分析模块包括能效对标模块、节能潜力评估模块、节能目标与方案确定模块、过程辅助决策模块和能效审计模块；各模块的数据信息通信连接。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
低压用户负荷调控业务承载平台聚焦家庭户内高负荷设备，结合低压用户负荷调控业务需求，开发兼容多种平台的智能调控物联网接口，构建具备低压用户负荷状态监控、调度优化管理、远程智能调控等功能的业务承载平台。平台整体构建“云、边、端”三级业务体系，整体业务平台初期计划实现10万户低压用户负荷状态监控及负荷智能调控，并实现与内外网系统数据对接，更大程度发挥数据价值，满足智慧能源、智能家居业务场景需求。
本系统在理解与分析可研现状的基础上，需根据整体业务需求规划平台业务能力，构建出符合实际情况与发展趋势的建设管理平台业务架构。同时根据低压用户负荷调控业务承载平台的实际业务分析，平台数据架构应保证数据分层、领域数据逻辑独立、数据按类型分离、安全性、可管理性及易用性。
系统应以实用为宗旨，在系统安全、可靠的基础上，采用被实践证明为成熟和实用的技术和设备，最大限度地满足电量信息采集目前以及未来发展的需要。系统所选的软件设备应有可靠的质量保证和完善的售后服务，应用软件的运行稳定可靠，系统软件平台应选择可靠和安全的版本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的平台架构图；
图2是工作日工作时段能耗占比环状图；
图3是全部时间工作时段能耗占比环状图；
图4是单位面积能耗分析柱状图；
图5是同类用户用电比较靶向图；
图6是项目用电统计柱状图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
低压用户负荷调控业务承载平台聚焦家庭户内高负荷设备，结合低压用户负荷调控业务需求，开发兼容多种平台的智能调控物联网接口，构建具备低压用户负荷状态监控、调度优化管理、远程智能调控等功能的业务承载平台。平台整体构建“云、边、端”三级业务体系，整体业务平台初期计划实现10万户低压用户负荷状态监控及负荷智能调控，并实现与内外网系统数据对接，更大程度发挥数据价值，满足智慧能源、智能家居业务场景需求。其平台架构如图1所示。
该平台具有以下基本功能：高并发数据采集功能、家庭智能服务功能、运营管理服务监控功能、智慧用能服务和数据分析功能。
高并发数据采集功能
基于HPLC、微功率、4G、5G通信技术，建设高并发分布式数据采集系统，保证数据的安全、可靠的传输；支持IEC104、IEC101、376.1、MQTT等多通信规约。为了保证用能单位端设备系统上传在线数据真实可靠，需要对上传数据进行监管，本功能用于对上传数据质量监督保证，用可视化手段实时监视上报数据的质量平台侧功能：
首页
首页以地图的形式，体现各区域在线监测的各控制负荷地理分布。展示整体的用能状况，包括总量情况、能效情况、负荷类型结构情况、负荷用电量排名等。
系统权限管理
实现用户权限管理；进行多级权限设置；登录密码的修改变更；设置系统默认邮箱地址等。
负荷设备资产管理
构建区域-边缘设备-计量仪表-随器智能插座等多级档案管理，可灵活配置隶属关系，方便数据统计分析。
高并发数据采集
基于HPLC、微功率、4G、5G通信技术，建设高并发分布式数据采集系统，保证数据的安全、可靠的传输；支持IEC104、IEC101、376.1、MQTT等多通信规约。
为了保证用能单位端设备系统上传在线数据真实可靠，需要对上传数据进行监管，本功能用于对上传数据质量监督保证，用可视化手段实时监视上报数据的质量。
数据存储
可实现MySQL数据库存储，支持快速检索、查询、存储等服务，可支持10年历史数据的存储。
服务监控
1)低压负荷管理服务监控：监控系统的涉笔控制服务、用电采集服务、获取功率服务是否正常运行；发现服务异常时通知系统管理员同时记录日志。
2)数据库监控：监控数据库运行状态；监控业务数据库运行状态；监控内存数据库运行状态；
3)接口监控业务系统与第三方智能家居系统的数据接口，监控业务系统与用电信息采集、网上国网等系统接口；
4)设备监控：监控智能网关是否正常运行；监控WIfi设备是否正常运行；监控终端设备(手机客户端)是否在线。
智能用电服务功能：包括电器控制、场景控制、定时控制、自动控制、家庭用能优化等功能；可灵活定制各种控制策略，可配置启用、停用、暂停等操作；可按照区域配置控制策略。
1)电器控制：包括电器开关控制；列表中电器展示信息；电器排序；添加电器；编辑删除电器；智能电器详细控制；
2)场景控制：包括添加场景；编辑场景；删除场景；在场景中选择电器，并设置电器状态；批量开启关闭电器；
3)定时控制：设置电器按周期定时开启或关闭；对定时任务进行删改操作；展示定时任务列表；可启动或关闭定时任务；定时任务排序；
4)自动控制：可为单个电器设置自动控制的触发条件，即单个电器自动启动与关闭只与感应器或外部参数有关系，但每个电器一次只能设置一个触发条件；可为单个电器设置自动控制的触发条件：例如可为智能空调设置温湿度条件；为智能插座控制的普通电器设置温度、湿度、空气质量触发条件；启动自动控制任务后，将自动获取用户所在城市空气质量：(与用户注册城市相同)；与用户设置条件做比较，满足条件时，自动控制电器；可启动或停止电器按触发条件自动控制；可修改或取消单个电器自动控制的触发条件；
5)家庭用能优化：根据低压负荷数据分析，进行低压负荷精细化预测，生成低压用户负荷协同优化模型和家庭多能智能调控策略发送给用户，并计算实施低压用户柔性负荷需求响应的经济效益。
家庭能效管理功能
如图2和3所示，能够实现家庭用电数据分析，按日、月、季、年的方式查看家用电器用电构成，查看用电额度，可按月生成用电分析报告。可灵活设置自家用电超限阈值，实现用电提醒、节能建议小贴士；可查看各用电负荷用电排名等。
1)用电数据分析：用户可对家庭各个电器、总用电量的用电数据按照选定时间段进行跟踪分析,以折线图显示用电量变化趋势，以饼状图显示各电器用电构成，多维度直观展示各电器用电情况，用户可根据家庭各电器的用电情况，改进使用电器习惯。例如，电视机待机功耗不太明显，通过用电分析用户可直观查看电视待机消耗电量，培养用户关闭电视的习惯。
2)用电信息提醒与设置：根据用户的用电情况为用户提供电器异常用电，待机提醒，用电目标提醒等用电提醒信息，用户可根据使用习惯自定义提醒设置，帮助用户安全用电，节能用电。例如，检测到冰箱三小时无用电量，提醒用户冰箱可能工作异常。
3)节能贴士：展示节能知识,指导用户通过定时任务调节电器，帮助用户科学合理用电；提供分享功能，用户可一键快速分享给自己的亲朋好友。例如，定期提醒用户冰箱除霜、更换空气净化器滤网。
4)用电排名：展示用户与所在地区附近周边其他用户的用电数据对比，对用户的用电数据，用电习惯进行排名，帮助用户制定合理的用电习惯与用电目标。
智慧用能服务功能
基于大数据、人工智能算法，在线分析用户用能行为，实现用能行为画像，提供用电负荷预测功能；提供能效评级管理等功能；帮助家庭用户节约能源、节省能源成本支出。
1)用户行为分析：根据用户软件使用习惯，改进软件用户体验。例如，大量用户设置电热水器某点定时开启，我们将在软件中默认热水器某点定时开启。
2)需求响应分析：根据居民用电数据信息统计结果，得出用电高峰时段和电器集中开启时段，结合电价激励政策，鼓励用户错峰使用大功率电器。，可以帮助电力企业在用电高峰时段，又不影响居民生活品质的情况下，落实居民侧用电需求响应的实施，引导居民合理用电，协助电网实现“移峰填谷”。
3)如图4所示，用电分析：根据各种类型电器在家庭用电器中的用电量比率、电器独立耗电量、电器使用频率，以及某类电器在整个家庭中的用能消耗情况的分析结果。为企业在未来研发和完善产品能耗技术方面提供参考。例如，用户的不规范使用电器(连续开关空调)对电器损害较大，厂商可以增长连接开关间隔时间，增大对电器保护。
4)能效评级管理：包含评级模型管理、电器参数管理、评测数据筛选、评级结果归档管理。
评级模型管理。包括建立评级模型库、更新模型库，根据不同的电器、使用地域、使用环境采用不同的评级模型。例如，电热水器能效等级＝热水输出率*能耗系数*加权系数。电热输入率Qk＝G·C·Δt，其中Qk是流量，G是流速，C是水热比，Δt：是输入输出的温差。能耗系数ε＝Qpr/Q，Qpr是24小时保温实际耗电量，Q是该型号热水器国标规定的24小时保温耗电量。加权系数是由地域和实际水质决定。
电器参数管理。包括获取电器各项评测参数、归档管理各项评测参数、更新电器的评测参数。例如，智能热水器各项参数(额定功率、容积、待机功率等)可以服务器直接获取。普通热水器配合智能插座使用则需要用户上传电器参数。
评测数据筛选。统计电器的使用信息并将偏离均值过大的数据剔除。
评级结果归档管理。根据品牌、电器型号等维度归档管理电器评级结果。
如图5所示，数据分析高级应用
1)能效对标：通过对客户用电细节信息、用电规律统计、行为习惯等信息的考量。根据需要对不同用户群体进行信息统计分析，可以分别给出客户内部各个用电器能耗在日、月、年或指定周期时间尺度下的排名。如图所示，在某客户用电总量超出同类用户平均水平的情况下，可以进一步具体确定哪几种电器能耗超出了平均水平，为后续节能潜力评估、节能目标和方案制定提供依据。
2)节能潜力评估：电网侧可以根据每个用户的用电行为、用电规律等信息，帮助用户发现隐蔽工作的用电器，深入挖掘客户的节能潜力，对其节能潜力给出准确评估。在准确分析挖掘出客户节能潜力后需要进一步确定切实合理的节能目标，通过帮助用户明确节能目标可以提高其节能参与度，优化用电行为。
3)节能目标与方案确定：客户精细化用能统计，可以准确获取客户用电行为信息，通过与具有相似性客户群体的用电行为对比分析，找出造成电能浪费的根源所在，据此制定详尽的个性化节能方案，方便用户参与节能。
4)过程辅助决策：对于客户和电力公司而言，节能情况的实时监督与反馈，既有利于客户养成节能习惯又方便电力公司优化相关运营服务。通过制定各项节能指标并与节能方案对比，实现客户节能全过程监督，满足多方需求。
5)能效审计：能效审计的目的在于，对用户用能情况进行趋势分析，并对其是否采取了节能措施及时地进行审计校核，准确分析节能措施的实施效果，并采取相应措施。这对于提升后续能效服务质量，准确预估客户用能情况具有不可替代的作用。将新型智能电表提供的某一用户实时准确的用电信息进行分析，并与相邻周、月、年或相似周期的用电情况或与该用户周边其他用户的用电情况对比分析实现能效精准审计与校核。
宏观负荷调控
基于配电潮流、区域用电总负荷等实时用电数据，实现区域负荷综合管控，实现削峰填谷，降低大电网损耗。
如图6所示，数据可视化功能
系统支持丰富的图形、表格和各种数据报表，形象生动的展示系统各类数据，让用户对用能情况有个直观清晰的认识。可按照区域、时间、负荷类型等多种角度统计分析数据，方便监管和调控。
在线缴费功能
系统提供电表、冷水表、热水表充值缴费功能，实现用户费控参数管理。可实现居民用户阶梯电价、阶梯水价，具有开户、销户、缴费、冲正、换表等完善的收费流程，方便用户进行有效管理。
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依托河北电力微信公众号平台，定制完成配套功能开发，兼容开发Android版本和苹果ios版本。用户可通过移动客户端方便查看家庭用电情况，通过丰富的图形、表格等全方位展示用电组成及用能行为分析数据等。
为用户提供电表家庭用电负荷、余量查询、余额查询、充值操作、电价阶梯、电价补偿、故障报修等功能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种低压用户负荷调控业务承载平台，其特征在于：包括高并发数据采集模块、家庭智能服务模块、运营管理服务监控模块、智慧用能服务模块和数据分析模块；各模块的数据信息通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种低压用户负荷调控业务承载平台，其特征在于：所述高并发数据采集模块包括基于HPLC、微功率、4G和5G通信技术，建设高并发分布式数据采集系统，保证数据的安全、可靠的传输；支持IEC104、IEC101、376.1和MQTT多通信规约，配置可视化手段实时监视上报数据的质量。
3.根据权利要求1所述的一种低压用户负荷调控业务承载平台，其特征在于：所述家庭智能服务模块包括电器控制、场景控制、定时控制、自动控制和家庭用能优化功能；按照区域配置控制策略。
4.根据权利要求1所述的一种低压用户负荷调控业务承载平台，其特征在于：所述运营管理服务监控模块块包括构建区域、边缘设备、计量仪表和随器智能插座多级档案管理，配置隶属关系，方便数据统计分析。
5.根据权利要求1所述的一种低压用户负荷调控业务承载平台，其特征在于：所述运营管理模块包括实现家庭用电数据分析，按日、月、季、年的方式查看家用电器用电构成，查看用电额度，按月生成用电分析报告；设置自家用电超限阈值，实现用电提醒和节能建议小贴士；查看各用电负荷用电排名。
6.根据权利要求1所述的一种低压用户负荷调控业务承载平台，其特征在于：所述智慧用能服务模块包括用户行为分析、需求响应分析、用电分析和能效评级管理，此模块基于大数据和人工智能算法，在线分析用户用能行为，实现用能行为画像，提供用电负荷预测功能；提供能效评级管理等功能；帮助家庭用户节约能源和节省能源成本支出。
7.根据权利要求6所述的一种低压用户负荷调控业务承载平台，其特征在于：所述用户行为分析包括根据用户软件使用习惯，改进软件用户体验。
8.根据权利要求6所述的一种低压用户负荷调控业务承载平台，其特征在于：需求响应分析包括根据居民用电数据信息统计结果，得出用电高峰时段和电器集中开启时段，结合电价激励政策，鼓励用户错峰使用大功率电器；
用电分析包括根据各种类型电器在家庭用电器中的用电量比率、电器独立耗电量、电器使用频率，以及某类电器在整个家庭中的用能消耗情况的分析结果。
9.根据权利要求6所述的一种低压用户负荷调控业务承载平台，其特征在于：能效评级管理包括评级模型管理、电器参数管理、评测数据筛选和评级结果归档管理。
10.根据权利要求1所述的一种低压用户负荷调控业务承载平台，其特征在于：数据分析模块包括能效对标模块、节能潜力评估模块、节能目标与方案确定模块、过程辅助决策模块和能效审计模块；各模块的数据信息通信连接。
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