CN114978814A - 基于电力物联网的共享用电网关和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电力物联网的共享用电网关和系统，所述网关包括：处理器，进行运算和控制，负责各部件及模块之间的调度；安全芯片，保证与电网企业系统和现场作业终端通信的安全认证；采集模块，采集下行设备的用电数据；存储模块，用于存储下行设备的用电数据、各种系统程序及参数、窃电分析结果数据、安全报警事件；用电控制模块，对下行用电设备进行数据监测、边缘计算和边缘自治，控制下行用电设备通断电；通信模块，用于与下行用电设备、电网企业系统和现场作业终端通信；电源模块，负责给各模块及部件提供稳定的电源。本发明共享用电网关和系统基于电力物联网和扫码共享用电技术，保证共享用电安全、开放、智能、有序。

Description

基于电力物联网的共享用电网关和系统

技术领域

本发明涉及一种电力设备，具体涉及一种基于电力物联网的共享用电网关和系统。

背景技术

随着经济社会的发展，居民生活中“短时用电”需求日益增高，而公用性、短时性共享用电应用场景，客户用电非常麻烦。市场上也存在不同类型共享用电，但仅针对某一方面共享用电，不同用电场景，用户需要下载多个APP，需要重复注册、充值，适应不同的用电操作流程，而且没有统一的客服和技术支持，反馈的问题不能及时有效落地，另外，不同服务商系统在实用性、便捷性、合理性等方面质量不一、不能为用户提供高质量的用电服务和体验，详述如下：

1、应用系统不统一：不同网省公司、不同服务提供商已陆续上线电e宝、农e宝、井井通、共享用电、共享电源等APP和后台管理系统，各系统相互独立，无法实现设备、数据、业务的互联互通和统一管理，不同的共享用电场景，用电设施无法优化配置、资源共享；运营数据无法互联互通和统一分析。

2、管理模式不统一：不同的共享用电场景，在支付、刷卡等业务管理模式上存在较大差异，用户体验较差，易引发舆情。在收费标准上，一般采用按时计费，存在转供电加价行为，收费无可依循的地方、企业或国家标准，没有计量、安全防护技术、防窃电等。

3、技术标准不统一：不同的共享用电服务提供商，其技术标准、接口标准多种多样，设备、数据等难以统一接入和统一管理。各厂家系统质量参差不齐，且存在设备未统一鉴定、寿命短、安装成本高等缺点。

4、用电场景单一：河南、湖南、河北等其他网省电力公司，对共享用电也进行研究，但应用场景都比较单一，或是在外网独立运行，没有打通电力采集、营销等内部系统。

因此，针对电力行业定向研发一种基于电力物联网的共享用电网关和系统，对于规范短时用电流程和管理模式、统一标准化安全接入技术规范、丰富共享用电场景具有重要的意义。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于电力物联网的共享用电网关和系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于电力物联网的共享用电网关，包括：

处理器，进行运算和控制，负责各部件及模块之间的调度；

安全芯片，用于身份和权限认证，保证与电网企业系统和现场作业终端通信的安全认证；

采集模块，采集下行用电设备的用电数据；

存储模块，用于存储下行用电设备的用电数据、各种系统程序及参数、窃电分析结果数据、安全报警事件；

用电控制模块，对下行用电设备进行数据监测、边缘计算和边缘自治，控制下行用电设备通断电；

通信模块，用于与下行用电设备、电网企业系统和现场作业终端通信；

电源模块，支持多种规格电源输入和输出，负责给各模块及部件提供稳定的电源。

优选地，所述的网关还包括调试运维模块，通过串口或者网口与调试机器连接，方便设备开发维护人员调试。

优选地，所述的网关还包括定位模块，方便拆装、移动业务管理及运维，方便用户查找网关的具体位置。

优选地，所述的网关还包括紧急停电按键，支持用户一键紧急停电，防止二维码/条形码陷阱。

优选地，所述的网关还包括设备运行指示灯，用于指示设备运行状态。

优选地，所述的网关还包括实时时钟，用于与电网企业系统、现场作业终端、电能表进行时间同步，为数据模型和边缘计算提供时钟依据，保证与电网企业系统之间的时间同步。

优选地，所述的通信模块包括HPLC通信模块、微功率无线通信模块、移动通信模块和红外通信模块，HPLC通信模块，与下行用电设备通信；微功率无线通信模块，与下行用电设备通信；移动通信模块，与电网企业系统通信；红外通信模块，与现场作业终端通信。

优选地，所述的移动通信模块是通过移动通信网络进行通信，包括全网通、4G、3G、2G和WIFI。

优选地，所述的存储模块包括大容量flash和小容量EEPROM存储器件，大容量flash用于存储嵌入式软件系统和相关应用程序的固件、数据模型和边缘计算模型程序、电能表数据、窃电分析计算结果数据和安全报警事件；小容量EEPROM用于存储临时参数、系统参数及配置参数。

一种基于电力物联网的共享用电系统，包括安装箱体、与安装箱体连接的共享用电平台和至少一个智能插座，每个智能插座连接一个外接负载，安装箱体内设置至少一个电能表和与电能表连接的空开、漏电保护装置、上述的共享用电物联网关，共享用电物联网关还连接共享用电平台和智能插座，电能表通过空开与电路总线连接、通过漏电保护装置连接智能插座。

优选地，所述的空开包括三相四线的4P空开或者单相零火线2P空开。

优选地，所述智能插座为三孔220V智能插座或者二孔220V智能插座，采用485接口、微功率或者HPLC接入方式，通过电路总线控制通断电。

本发明的积极有益效果：

1.本发明共享用电网关并非独立存在，是配合共享用电平台研发的一个开放的、标准的通信协议，首创“网上国网系统+网关+共享用电设备”新模式，简化“端到云”复杂流程，首次实现非载波类设备接入电力，安全有效地支撑扫码用电。本发明共享用电网关下行接入社会厂商各类“共享电源”产品、智能电能表、手机充电设备等设备，实现对用电设备电量、电压、电流的实时采集及远程控制功能；上行接入网上国网共享用电平台，实现通过网上国网APP的扫码用电业务，具有边缘计算能力，提供在网关设备侧的本地费用测算功能，通过实时抄读下行设备的用电量数据，实现实时对用户用电费用测算功能。

2.本发明共享用电系统是基于电力物联网和扫码共享用电技术提供的一种共享用电系统，解决百姓“短时用电”难、繁、贵、乱的问题，旨在构建安全、开放、智能、有序的“共享用电”整体解决方案。电力物联网将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备以及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务，以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，为全行业和更多市场主体发展创造更大机遇，提供价值服务；扫码共享用电，是在互联网思维下，提出的一种即时用电管理模式，它是借助于互联网移动支付平台，客户使用智能手机APP扫描电能表条形码或对应的二维码，实现电能表合闸用电、费用实时测算、电费自动扣款，实现即时圈存、实时用电、实时结算。

3.共享用电平台处于电力内网，通讯相关用电协议接口多达几十个，牵涉安全通讯、指令控制、数据采集、T-ESAM密钥下装等业务交互方方面面，各共享用电设备厂商若直接接入共享用电平台，当前各厂商设备缺乏统一的通讯标准，其共享电源、智能插座等通信协议均为私有协议，且对共享用电平台协议、安全了解不足，均需要直接开发这些协议接口，开发工作量大，接入共享用电平台成本较高。本发明通过共享用电网关接入共享用电平台，避免了对接平台繁琐的协议，仅需要处理电压、电流采集、跳合闸控制四个协议接口，其他协议接口全部由网关处理，减少厂商对接的开发、联调工作量，降低接入成本。另外，各共享用电设备厂商若直接接入共享用电平台，共享用电平台直接暴露给各个厂商，会有安全隐患，本发明网关设备已集成安全芯片，能提供各厂商设备接入的安全管理，能有效保护平台侧安全，保证设备接入安全。

附图说明

图1为本发明基于电力物联网的共享用电网关的结构框图；

图2为本发明基于电力物联网的共享用电系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合一些具体实施例对本发明进一步说明。

参见图1，一种基于电力物联网的共享用电网关，包括：

处理器，采用MCU处理器，进行运算和控制，负责各部件及模块之间的调度；

安全芯片，采用ESAM安全芯片，在上行通信，作为设备的安全认证模块，提供安全的硬件平台，内置SM1/SM2/SM3等算法，实现数据的加密、解密、身份认证等功能，保证上行接入电力内网的安全；在下行通信，采用数据通信应用的国密SM4软加密算法，保证数据传输安全；

采集模块，通过RS485数据采集模块采集下行用电设备例如：电能表或者其他共享用电设备等数据，远程监控设备通断电状态、用户用电量，网关周边环境温度、湿度、烟感、磁场强度等。

存储模块，用于存储电能表数据、各种系统程序及参数、窃电分析结果数据、安全报警事件；

进一步地，存储模块可以分开分块存储，包括大容量flash和小容量EEPROM存储器件，大容量flash用于存储嵌入式软件系统和相关应用程序的固件、数据模型和边缘计算模型程序、电能表数据、窃电分析计算结果数据和安全报警事件；小容量EEPROM用于存储临时参数、系统参数及配置参数；

用电控制模块，对下行用电设备进行数据监测、边缘计算和边缘自治，通过RS485用电控制模块控制多路智能插座通断电；

数据监测，提供实时监控下行用电设备的漏电、过载、过压过流异常，实时监控总表的电压、电流数据，保证现场用电安全，及时发现窃电行为并生成预警事件上报；

边缘计算，提供在网关设备侧的本地费用测算功能，通过实时抄读下行设备的用电量数据，实现实时对用户用电费用测算功能，避免用户欠费用电；

边缘自治，提供网关对下行设备的接入管理、设备管理功能，提供安全接入管理，实时监测下行设备心跳连接的运行情况，实现设备身份认证服务，为下行设备与共享用电平台提供双向身份认证和链路加密功能，防止设备被篡改或仿冒；提供对下行设备管理监测功能，对符合协议规范的下行设备，实现自动检测接入注册、设备监测及故障自动恢复等功能。

通信模块，用于与智能插座、电网企业系统和现场作业终端通信；

共享用电网关上行采用4G无线通信模块，兼容三大运营蜂窝网络，同时支持全网通、4G、3G、2.5G、WIFI等全线网络，上行通信协议基于1376.1扩展协议、面向对象扩展协议，接入国网上国网共享用电平台，与电网企业系统进行通信，实现远程升级、数据上传、数据下载、数据交互等。下行通信网关支持RS485、430M微功率无线、Wifi、HPLC、蓝牙等通信方式，兼容社会多家“共享电源”产品，如智能插座、共享电源、手机充电设备等。通过红外通信模块与现场作业终端通信，通过掌机可灵活设置设备参数，扩展应对不同扫码用电业务场景；

电源模块，支持多种规格电源输入和输出，负责给各模块及部件提供稳定的电源。

进一步地，网关还包括调试运维模块，通过串口或者网口与调试机器连接，方便设备开发维护人员调试。

进一步地，网关还包括定位模块，方便拆装、移动业务管理及运维，方便用户查找网关的具体位置。

进一步地，网关还包括紧急停电按键，支持用户一键紧急停电，防止二维码/条形码陷阱。

进一步地，网关还包括设备运行指示灯，用于指示设备运行状态。

进一步地，网关还包括实时时钟RTC，是用于与电网企业系统、现场作业终端、电能表进行时间同步，为数据模型和边缘计算提供时钟依据，保证与电网企业系统之间的时间同步。

参见图2，一种基于电力物联网的共享用电系统，包括安装箱体、与安装箱体连接的共享用电平台和至少一个智能插座，每个智能插座连接一个外接负载，安装箱体内设置至少一个电能表和与电能表连接的空开、漏电保护装置、上述的共享用电物联网关，共享用电物联网关还连接共享用电平台和智能插座，电能表通过空开与电路总线连接、通过漏电保护装置连接智能插座。

共享用电网关采用导轨安装方式，尺寸小，安装方便，提供下行接入电能表，还可以是社会厂商各类“共享电源“产品，实现对用电设备电量、电压、电流的实时采集及远程控制功能；上行接入网上国网共享用电平台，实现通过网上国网APP的扫码用电业务。

进一步地，漏电保护装置支持通用的2P、3P、4P的漏电保护。

进一步地，空开包括三相四线的4P空开或者单相零火线2P空开。

进一步地，智能插座是给用户提供用电的接口，选用三孔220V智能插座或者二孔220V智能插座，采用485接口、微功率或者HPLC接入方式，通过电路总线控制通断电。

用户利用本发明基于电力物联网的共享用电系统用电的流程为：

用户通过网上国网APP扫描各厂家“共享电源”产品，如智能插座上的二维码或者条形码，跳转至充值界面，用户录入金额后，此时网上国网调用国网电商担保支付平台生成订单，同时将户号、供电单位编号、充值金额、充值类型(充值或续费)等数据推送至共享用电平台，之后点击开始用电按钮，共享用电网关向智能插座设备下发通电指令，用户开始用电，用电结束后，点击结束用电按钮，共享用电网关向智能插座设备下发断电指令，用户用电量、用电费用等数据通过共享用电网关同步之共享用电平台。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于电力物联网的共享用电网关，其特征在于，包括：

处理器，进行运算和控制，负责各部件及模块之间的调度；

安全芯片，用于身份和权限认证，保证与电网企业系统和现场作业终端通信的安全认证；

采集模块，采集下行用电设备的用电数据；

存储模块，用于存储下行用电设备的用电数据、各种系统程序及参数、窃电分析结果数据、安全报警事件；

用电控制模块，对下行用电设备进行数据监测、边缘计算和边缘自治，控制下行用电设备通断电；

通信模块，用于与下行用电设备、电网企业系统和现场作业终端通信；

电源模块，支持多种规格电源输入和输出，负责给各模块及部件提供稳定的电源。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力物联网的共享用电网关，其特征在于，所述的网关还包括调试运维模块，通过串口或者网口与调试机器连接，方便设备开发维护人员调试。

3.根据权利要求2所述的一种基于电力物联网的共享用电网关，其特征在于，所述的网关还包括定位模块，方便拆装、移动业务管理及运维，方便用户查找网关的具体位置。

4.根据权利要求3所述的一种基于电力物联网的共享用电网关，其特征在于，所述的网关还包括紧急停电按键，支持用户一键紧急停电，防止二维码/条形码陷阱。

5.根据权利要求4所述的一种基于电力物联网的共享用电网关，其特征在于，所述的网关还包括设备运行指示灯，用于指示设备运行状态。

6.根据权利要求5所述的一种基于电力物联网的共享用电网关，其特征在于，所述的网关还包括实时时钟，用于与电网企业系统、现场作业终端、电能表进行时间同步，为数据模型和边缘计算提供时钟依据，保证与电网企业系统之间的时间同步。

7.根据权利要求1所述的一种基于电力物联网的共享用电网关，其特征在于，所述的通信模块包括HPLC通信模块、微功率无线通信模块、移动通信模块和红外通信模块，HPLC通信模块，与下行用电设备通信；微功率无线通信模块，与下行用电设备通信；移动通信模块，与电网企业系统通信；红外通信模块，与现场作业终端通信。

8.根据权利要求7所述的一种基于电力物联网的共享用电网关，其特征在于，所述的移动通信模块是通过移动通信网络进行通信，包括全网通、4G、3G、2G和WIFI。

9.根据权利要求1所述的一种基于电力物联网的共享用电网关，其特征在于，所述的存储模块包括大容量flash和小容量EEPROM存储器件，大容量flash用于存储嵌入式软件系统和相关应用程序的固件、数据模型和边缘计算模型程序、电能表数据、窃电分析计算结果数据和安全报警事件；小容量EEPROM用于存储临时参数、系统参数及配置参数。

10.一种基于电力物联网的共享用电系统，其特征在于，包括安装箱体、与安装箱体连接的共享用电平台和至少一个智能插座，每个智能插座连接一个外接负载，安装箱体内设置至少一个电能表和与电能表连接的空开、漏电保护装置、权利要求1-9任一项所述的共享用电物联网关，共享用电物联网关还连接共享用电平台和智能插座，电能表通过空开与电路总线连接、通过漏电保护装置连接智能插座。

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