CN111710122A - 一种基于泛在电力物联网的安全用电管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，包括监测设备、云端设备、告警设备、边缘计算设备和客户端设备；边缘计算设备为边缘计算网关，为系统提供有线无线通信全覆盖，将所有设备接入互联网，实现各设备间的互连；检测设备包括智能电表、多种传感器和智能监测摄像头，用于提供相关电力数据；云端设备包括云端存储服务器和云端数据服务器，分别用于接收存储电力数据、分析处理相关电力数据并发出响应指令。本发明的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统通过融合现代先进的网络通信技术、物联网技术、云计算以及人工智能技术实现智能安全用电管理系统，可以充分利用海量电力数据及时发现电气隐患，保证用户安全用电。

Description

一种基于泛在电力物联网的安全用电管理系统
技术领域
本发明属于电力物联网与云计算相关技术领域，尤其涉及一种基于泛在电力物联网的安全用电管理系统。
背景技术
信息化时代的到来给各个行业带来了转型升级的机会，电力系统发展变革的新型模式就是智能电网，智能电网的建设依赖快速发展的现代技术，包括先进的5G通信技术、人工智能、物联网等，利用先进的现代技术实现对电网中各个环节的主要运行参数的在线检测和实时信息控制是实现智能电网的基础。
在电力各方面改革的大背景下，建设泛在电力物联网是我国实行的创新举措，本质上就是推动我国能源电力产业基础高级化、产业链现代化的具体实践。通过融合发展泛在电力物联网，推动传统电网向能源互联网升级。以数字技术为传统电网赋能，不断提升电网的感知能力、互动水平、运行效率，有力支撑各种能源接入和综合利用，持续提高能源效率，实现了由“用好电”向“用好能”的转变。泛在电力物联网是以电力系统为核心，结合智能终端传感器、通信网、人工智能和云平台技术构成的复杂多网流系统，其具有全息感知、泛在连接、开放共享、融合创新的特点。
用电业务是整个电力网络中直接面向用户的重要环节，良好用电通信与调度管理系统能有效推动智能电网的建设进程，电网智能化的加快提高了电力服务提供商与用户的交互能力，这也导致电力网络中数据量的爆炸式增长，对用电侧的电力数据管理以及安全性提出了更高的要求。但是一些生产经营单位电气线路老旧、线路隐患多且隐蔽性强，众多小微企业缺乏专业电工，电气安全数据包括：供电箱三相电压、三相电流、供电质量(三相不平衡度、供电质量合格率、电源故障等)、漏电流、三相线缆温度、箱体温度、负荷电流(超负荷报警)、电能、故障电弧等，肉眼无法直观发现电气隐患，传统的检测手段难以及时排查各种隐患等一系列难题，使得电气火灾的监测和预警很难落实到位，无法保证用户安全用电。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于泛在电力物联网的安全用电管理系统。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。
本发明的一种基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，包括监测设备、云端设备、告警设备、边缘计算设备和客户端设备。
所述边缘计算设备为边缘计算网关，所述边缘计算网关内部设置有无线通信模块，用于为安全用电管理系统提供有线无线通信全覆盖，将安全用电管理系统中的所有设备接入互联网，例如以Wifi、4G/5G、网口、RS232串口、RS485串口、USB以及4路AD/IO接口等方式，实现各设备之间的互连；还用于接收并计算各监测设备采集、生成的监测数据，进行本地日用电量及日功率的峰谷分析以及提供异常报警回路的报警原因分析，将计算优化后的数据发送至云端设备，并将云端设备发出的响应指令传递至相关设备，将相关数据发送至客户端设备。由于电力场景下设备较多，边缘计算网关丰富的接口可以满足不同设备之间的互连。
所述监测设备包括智能电表、智能烟雾传感器、剩余电流监控装置、温度传感器和智能监控摄像头，所述智能电表用于对用电设备进行篡改检测、断电监视、电压监视，所述智能烟雾传感器用于监测用电设备周围环境中的烟雾是否超过危险阈值，所述剩余电流监控装置用于对下级终端电流探头传递过来的信号进行智能分析处理，所述温度传感器用于监测线缆或配电箱体的温度，所述智能监控摄像头用于实时监控识别用电设备周围环境。
所述云端设备包括云端存储服务器和云端数据服务器；所述云端存储服务器用于接收、存储经边缘计算网关计算优化后的各监测设备采集、生成的监测数据；所述云端数据服务器用于使用云端存储服务器中存储的数据构建用电数据异常分析模型，智能监控供电异常情况，实时接收经边缘计算网关计算优化后的各监测设备采集、生成的监测数据，并实时发送响应指令和相关数据。例如，所述云端数据服务器通过用电数据异常分析模型发现同步上传至云端数据服务器的实时电力运行数据异常时，通过电力通信专网实时发送响应指令至边缘计算网关，通过边缘计算网关的无线模块传递响应指令至智能电表，所述智能电表自行完成响应动作，所述响应动作包括短路保护、过流保护、打火保护。
所述告警设备，用于接收监测设备发出的告警信号并发出报警信号。
所述客户端设备，用于用户通过应用程序实时查看用电设备的实时运行状态和用电参数。
在本发明的一个实施例中，所述云端存储服务器为工业级高性能存储器，内置系统为64位操作系统，基于x86的处理器。
在本发明的一个实施例中，所述智能烟雾传感器使用超低功耗的CMOS微处理器以及超低功耗Zigbee无线自组网技术，所述智能烟雾传感器执行以下步骤：当用电设备周围环境中发现烟雾时，所述智能烟雾传感器判断烟雾是否超过危险阈值，当超过危险阈值时，智能烟雾传感器发出告警信号经由边缘计算网关送至云端数据服务器，或直接向客户端设备的应用程序发出告警通知。
剩余电流又称泄露电流(漏电流)，指在无施加电压的情况下，电气中相互绝缘的金属零件之间，或带电零件与接地零件之间，通过其周围介质或绝缘表面所形成的电流称为泄漏电流。
在本发明的一个实施例中，所述剩余电流监控装置包括内置电路和软件，所述剩余电流监控装置执行以下步骤：通过内置电路和软件对下级终端电流探头传递过来的信号进行智能分析处理，由此判断出下级终端每一只电流探头所处的工作状态，包括故障状态、火灾报警状态、正常工作状态，若处于火灾报警状态及故障状态，剩余电流监控装置发出告警信号经由边缘计算网关送至云端数据服务器，或直接向客户端设备的应用程序发出告警信息。
在本发明的一个实施例中，所述温度传感器为NTC热敏电阻器，可提供0℃～120℃的温度监控基准；所述温度传感器执行以下步骤：若监测处的温度超过监控基准，温度传感器发出告警信号经由边缘计算网关送至云端数据服务器，或直接向客户端设备的应用程序发出告警信息。
在本发明的一个实施例中，所述智能监控摄像头执行以下步骤：实时监控、识别用电设备周围环境中人员身份及行为动作，通过结合人工智能算法，对于非管理人员进行目标标记，并将视频数据经由边缘计算网关送至云端数据服务器进行分析处理。
云端数据服务器对这些带有标记的视频数据会进行两种处理：一是通过人工智能算法分析判断视频中是否有危害用电管理系统的内容，若有则发出告警指令；二是将采集到的带有标记的视频数据继续在云端优化人工智能识别算法，使得识别效果进一步提高。
在本发明的一个实施例中，所述告警设备为无线声光报警器，包括主机和与主机一体化的声光警笛，所述主机内部设置有无线数据接收模块，所述无线声光报警器与监测设备之间的信号传输均为无线传输，所述无线声光报警器接收到监测设备发出的告警信号后，发出110分贝的警笛声并开启闪烁警示灯光。
在本发明的一个实施例中，所述客户端设备包括智能移动终端和Web应用客户端，所述智能移动终端是结合实际应用场景开发的终端应用程序，用于用户通过终端应用程序实时查看电气监测点的实时运行状态和具体运行参数；用户还可通过智能移动终端的终端应用程序发送指令至智能电表，实现远程连接/断开用电设备的开关；所述Web应用客户端用于为用户提供安全隐患监管服务，包括报警记录、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用电数据，通过身份验证登录Web应用客户端后，可查看某项用电设备用电参数的历史曲线，了解整体用电负荷，也可实时查看各用电设备的运行状态。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，采用边缘计算网关，提供本地用电设备的有线无线通信全覆盖，为实现电网线路和周边环境实时监控提供高速通信基础，可对本地用电力设备进行预测性维护以及实现本地控制策略；
(2)本发明的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，采用人工智能技术构建用电异常数据识别分析模型，智能监控实时产生的用电参数，对异常数据发送响应指令，使电力设备做出防护响应动作，完成设备智能防控电气隐患；
(3)本发明的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，采用多传感器及智能摄像机，通过实时的电力数据以及视频监控数据监测本地用电设备的运行安全，及时发现电气火灾等安全隐患；
(4)本发明的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，采用物联网技术，将具体应用场景监测电力设备运行状态的多种传感器及探测器与智能终端相连接，通过智能终端的应用程序软件，实时查看电气设备运行状态，大大减少了电气隐患不能及时发现的情况。
附图说明
图1是本发明的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统示意图；
附图标记：
101-智能电表，102-云端存储服务器，103-云端数据服务器，104-智能烟雾传感器，105-剩余电流监控装置，106-温度传感器，107-无线声光报警器，108-智能监控摄像头，109-边缘计算网关，110-智能移动终端，111-Web应用客户端。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，包括监测设备、云端设备、告警设备、边缘计算设备和客户端设备；所述监测设备包括智能电表101、智能烟雾传感器104、剩余电流监控装置105、温度传感器106和智能监控摄像头108；所述云端设备包括云端存储服务器102和云端数据服务器103；所述告警设备为无线声光报警器107；所述边缘计算设备为边缘计算网关109；所述客户端设备包括智能移动终端110和Web应用客户端111。
所述边缘计算网关109内部设置有5G无线通信模块，用于为安全用电管理系统提供有线无线通信全覆盖，将安全用电管理系统中的所有设备以Wifi、4G/5G、网口、RS232串口、RS485串口、USB以及4路AD/IO接口方式接入互联网，实现各设备间的互连；还用于接收并计算各监测设备采集、生成的监测数据，进行本地日用电量及日功率的峰谷分析以及提供异常报警回路的报警原因分析，将计算优化后的数据发送至云端设备，并将云端数据服务器103发出的响应指令传递至相关设备，将相关数据发送至客户端设备。
所述云端存储服务器102为工业级高性能存储器，可根据用电方需求按需定制专用主板，内置系统为64位操作系统，基于x86的处理器，用于通过5G电力通信专网接收、存储经边缘计算网关109计算优化后的各监测设备采集、生成的监测数据。
所述云端数据服务器103使用云端存储服务器102中存储的数据构建用电数据异常分析模型，智能监控供电异常情况，实时接收经边缘计算网关109计算优化后的各监测设备采集、生成的监测数据，并通过5G电力通信专网实时发送响应指令和相关数据。若所述云端数据服务器103通过用电数据异常分析模型发现同步上传至云端数据服务器103的实时电力运行数据异常，通过5G电力通信专网实时发送响应指令至边缘计算网关109，通过边缘计算网关109的无线模块传递响应指令至智能电表101，所述智能电表101自行完成短路保护、过流保护、打火保护等响应动作。
所述智能电表101用于对用电设备进行篡改检测、断电监视、电压监视，实时监测客户的用电量、测量电压电平，并监视电力服务的开/关状态，智能电表101采用物联网技术可通过客户端设备的应用程序软件远程连接/断开设备开关，采用物联网传输技术将检测到的参数经由边缘计算网关109上传至云端设备存储和处理。
所述智能烟雾传感器104用于监测用电设备周围环境中的烟雾是否超过危险阈值，采用超低功耗的CMOS微处理器以及超低功耗Zigbee无线自组网技术，所述智能烟雾传感器104执行以下步骤：当用电设备周围环境中发现烟雾时，所述智能烟雾传感器104内的智能报警电路判断烟雾是否超过危险阈值，当超过危险阈值时，智能烟雾传感器104发出告警信号经由边缘计算网关109送至云端数据服务器103，或通过智能烟雾传感器104与客户端设备的连接，直接向客户端设备的应用程序发出告警通知。
所述剩余电流监控装置105包括内置电路和软件，用于对下级终端电流探头传递过来的信号进行智能分析处理，所述剩余电流监控装置105执行以下步骤：通过内置电路和软件对下级终端电流探头传递过来的信号进行智能分析处理，由此判断出下级终端每一只电流探头所处的工作状态，包括故障状态、火灾报警状态、正常工作状态，若处于火灾报警状态及故障状态，剩余电流监控装置105发出告警信号经由边缘计算网关109送至云端数据服务器103，或直接向客户端设备的应用程序发出告警信息。
所述温度传感器106为NTC热敏电阻器，可提供0℃～120℃的温度监控基准，用于监测线缆或配电箱体的温度，若线缆或配电箱体处的温度超过监控基准，温度传感器106发出告警信号经由边缘计算网关109送至云端数据服务器103，或直接向客户端设备的应用程序发出告警信息。
所述智能监控摄像头108用于实时监控、识别用电设备周围环境中人员身份及行为动作，通过与人工智能算法的结合而具备人员识别功能，对于非管理人员进行目标标记，并将视频数据经由边缘计算网关109送至云端数据服务器103进行分析处理，提前告警防止人为破坏本地电力设备等特殊情况；而云端数据服务器103对这些带有标记的视频数据会进行两种处理：一是通过人工智能算法分析判断视频中是否有危害用电管理系统的内容，若有则发出告警指令；二是将采集到的带有标记的视频数据继续在云端优化人工智能识别算法，使得识别效果进一步提高。
所述无线声光报警器107采用主机和声光警笛一体化设计，所述主机内部设置有无线数据接收模块，用于接收各监测设备通过无线网络发出的告警信号，一旦发现电气火灾隐患或其他危险信号，无线声光报警器107则会发出110分贝的警笛声并开启闪烁警示灯光；所述无线声光报警器107与各监测设备之间的信号传输均为无线传输。
所述智能移动终端110是结合实际应用场景开发的终端应用程序，用户可通过终端应用程序实时查看电气监测点的实时运行状态和具体运行参数；用户还可通过智能移动终端110的终端应用程序发送指令至智能电表101，实现远程连接/断开用电设备的开关。
所述Web应用客户端111为用户提供安全隐患监管服务，包括报警记录、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用电数据，通过身份验证登录Web应用客户端后，可查看某项用电设备用电参数的历史曲线，了解整体用电负荷，也可实时查看各用电设备的运行状态，最终保障电力设备的用电安全。
本发明的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统通过融合现代先进的网络通信技术、物联网技术、云计算以及人工智能技术实现智能安全用电管理系统，可以充分利用海量电力数据及时发现电气隐患，保证用户安全用电。
本发明公开和提出的方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (10)

1.一种基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，其特征在于：包括监测设备、云端设备、告警设备、边缘计算设备和客户端设备；
所述边缘计算设备为边缘计算网关(109)，所述边缘计算网关(109)内部设置有无线通信模块，用于为安全用电管理系统提供有线无线通信全覆盖，将安全用电管理系统中的所有设备接入互联网，实现各设备之间的互连；还用于接收并计算各监测设备采集、生成的监测数据，进行本地日用电量及日功率的峰谷分析以及提供异常报警回路的报警原因分析，将计算优化后的数据发送至云端设备，并将云端设备发出的响应指令传递至相关设备，将相关数据发送至客户端设备；
所述监测设备包括智能电表(101)、智能烟雾传感器(104)、剩余电流监控装置(105)、温度传感器(106)和智能监控摄像头(108)，所述智能电表(101)用于对用电设备进行篡改检测、断电监视、电压监视，所述智能烟雾传感器(104)用于监测用电设备周围环境中的烟雾是否超过危险阈值，所述剩余电流监控装置(105)用于对下级终端电流探头传递过来的信号进行智能分析处理，所述温度传感器(106)用于监测线缆或配电箱体的温度，所述智能监控摄像头(108)用于实时监控识别用电设备周围环境；
所述云端设备包括云端存储服务器(102)和云端数据服务器(103)；所述云端存储服务器(102)用于接收、存储经边缘计算网关(109)计算优化后的各监测设备采集、生成的监测数据；所述云端数据服务器(103)用于使用云端存储服务器(102)中存储的数据构建用电数据异常分析模型，智能监控供电异常情况，实时接收经边缘计算网关(109)计算优化后的各监测设备采集、生成的监测数据，并实时发送响应指令和相关数据；
所述告警设备，用于接收监测设备发出的告警信号并发出报警信号；
所述客户端设备，用于用户通过应用程序实时查看用电设备的实时运行状态和用电参数。
2.根据权利要求1所述的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，其特征在于：所述云端数据服务器(103)通过用电数据异常分析模型发现同步上传至云端数据服务器(103)的实时电力运行数据异常时，通过电力通信专网实时发送响应指令至边缘计算网关(109)，通过边缘计算网关(109)的无线模块传递响应指令至智能电表(101)，所述智能电表(101)自行完成响应动作，所述响应动作包括短路保护、过流保护、打火保护。
3.根据权利要求1所述的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，其特征在于：所述云端存储服务器(102)为工业级高性能存储器，内置系统为64位操作系统。
4.根据权利要求1所述的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，其特征在于：所述智能烟雾传感器(104)使用超低功耗的CMOS微处理器以及超低功耗Zigbee无线自组网技术，所述智能烟雾传感器(104)执行以下步骤：当用电设备周围环境中发现烟雾时，所述智能烟雾传感器(104)判断烟雾是否超过危险阈值，当超过危险阈值时，智能烟雾传感器(104)发出告警信号经由边缘计算网关(109)送至云端数据服务器(103)，或直接向客户端设备的应用程序发出告警通知。
5.根据权利要求1所述的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，其特征在于：所述剩余电流监控装置(105)包括内置电路和软件，所述剩余电流监控装置(105)执行以下步骤：通过内置电路和软件对下级终端电流探头传递过来的信号进行智能分析处理，由此判断出下级终端每一只电流探头所处的工作状态，包括故障状态、火灾报警状态、正常工作状态，若处于火灾报警状态及故障状态，剩余电流监控装置(105)发出告警信号经由边缘计算网关(109)送至云端数据服务器(103)，或直接向客户端设备的应用程序发出告警信息。
6.根据权利要求1所述的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，其特征在于：所述温度传感器(106)为NTC热敏电阻器，可提供0℃～120℃的温度监控基准；所述温度传感器(106)执行以下步骤：若监测处的温度超过监控基准，温度传感器(106)发出告警信号经由边缘计算网关(109)送至云端数据服务器(103)，或直接向客户端设备的应用程序发出告警信息。
7.根据权利要求1所述的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，其特征在于：所述智能监控摄像头(108)执行以下步骤：实时监控、识别用电设备周围环境中人员身份及行为动作，通过结合人工智能算法，对于非管理人员进行目标标记，并将视频数据经由边缘计算网关(109)送至云端数据服务器(103)进行分析处理。
8.根据权利要求1所述的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，其特征在于：所述告警设备为无线声光报警器(107)，包括主机和与主机一体化的声光警笛，所述主机内部设置有无线数据接收模块，所述无线声光报警器(107)与监测设备之间的信号传输均为无线传输，所述无线声光报警器(107)接收到监测设备发出的告警信号后，发出110分贝的警笛声并开启闪烁警示灯光。
9.根据权利要求1所述的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，其特征在于：所述客户端设备包括智能移动终端(110)和Web应用客户端(111)，所述智能移动终端(110)是结合实际应用场景开发的终端应用程序，用于用户通过终端应用程序实时查看电气监测点的实时运行状态和具体运行参数；所述Web应用客户端(111)用于为用户提供安全隐患监管服务，包括报警记录、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用电数据，通过身份验证登录Web应用客户端后，可查看某项用电设备用电参数的历史曲线，了解整体用电负荷，也可实时查看各用电设备的运行状态。
10.根据权利要求9所述的基于泛在电力物联网的安全用电管理系统，其特征在于：用户可通过智能移动终端(110)的终端应用程序发送指令至智能电表(101)，实现远程连接/断开用电设备的开关。
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