CN116719284A - 一种基于物联网的智慧能源管控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能源协同管控技术相关领域，具体为一种基于物联网的智慧能源管控系统，本发明由能源采集点模块通过传感器实时采集能源使用情况，并将数据传输至数据集中控制中心模块，数据集中控制中心模块接收并存储能源采集节点数据，并通过数据分析获取能源使用的具体情况；负载控制设备模块通过控制传输线路、开关等手段进行负荷控制；能耗分析单元对能源采集点模块采集的数据进行大数据分析，将能源使用情况进行可视化展示；移动终端模块则可以通过手机APP等形式实现对能源使用情况的监控和控制，通过上述模块的设置，使本能源管控系统基于物联网技术，具备能量采集、数据处理、负载控制、分析展示等功能，可实时监控能源使用情况。
Description
技术领域
本发明涉及能源协同管控技术相关领域，具体为一种基于物联网的智慧能源管控系统。
背景技术
近年来，全国各地可再生能源迅猛发展，如太阳能、风能、水能、核能、地热能等都得到骄傲的发展。能源的种类与之前的单一的煤炭化石能源发电具有较大的区别，可再生能源的稳定性较差，如风能需要有较大的风时才能发电，而受到环境、季节、昼夜等变化，风电的发电量一直在改变，同样的太阳能也受到阴雨天等的变化而使得发电量一直在改变。
虽然可再生能源的发电存在一定的波动性，但是其能够弥补传统化石能源的短缺，能够在获得电能的同时降低对环境的污染，降低温室气体的排放。
目前，区域园区等小范围内供能品种大多为单独规划设计，运行模式较传统，可再生能源消费比重较低，能源系统效率较低，供能成本较高，智能化、信息化程度不高，且能源的使用已成为社会发展进程中不可或缺的一部分，而能源采集、能耗分析、负荷控制等方面存在着一些缺陷，如能耗高、控制不精准等问题。为解决这些问题，需要一种新的综合智慧能源管控系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物联网的智慧能源管控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于物联网的智慧能源管控系统，包括能源采集点模块、数据集中控制中心模块、负载控制设备模块、移动终端模块和数据传输单元，所述能源采集点模块用于通过传感器进行能源采集，并将数据传输至数据集中控制中心模块，所述数据集中控制中心模块接收并存储能源采集节点数据，并通过数据分析获取能源使用的具体情况，所述负载控制设备模块通过控制传输线路、开关手段进行负荷控制，所述移动终端模块用于通过手机APP形式实现对能源使用情况的监控和控制，所述数据传输单元用于将数据输入和输出给能源采集点模块、数据集中控制中心模块、负载控制设备模块和移动终端模块。
优选的，所述能源采集点模块包含电力能源采集单元和水和气体能源采集单元，所述电力能源采集单元通过电表和电流传感器对电力能源的消耗进行实时监测，所述水和气体能源采集单元通过对应的流量传感器进行实时监测采集，所述电力能源采集单元和水和气体能源采集单元采集的数据通过数据传输单元传输给数据集中控制中心模块。
优选的，所述数据集中控制中心模块包括数据预处理单元、数据挖掘单元、能耗分析单元、数据展示单元，所述数据预处理单元用于对能源采集点模块进行数据预处理工作，对数据进行去重、清洗、转换、标准化操作，保证后续分析的准确性和可用性，所述数据挖掘单元用于对数据预处理单元内的数据据进行分析，提取数据间的关联、规律和趋势信息，为后期能耗分析提供依据，所述能耗分析单元根据前期的数据预处理和挖掘，建立相应的能耗分析模型，通过对模型的维护和更新，对能源使用情况进行实时分析和监控，所述数据展示单元将能源使用分析结果通过数据报表、图表和实时监控窗口形式展现给用户，使用户随时查看能源使用情况，并根据分析结果进行相应的调整和优化。
优选的，所述数据挖掘单元包含能源监测控制功能和能源诊断与调试功能，其中能源监测控制功能对于电力能源、水和气体能源通过数据挖掘技术分析其典型的能源消耗特征，并建立能耗因素监控体系，实时监测并控制能源消耗情况，所述能源诊断与调试功能用于根据能源监测控制功能监测的能源消耗情况，分析能源使用设备是否异常，即及时发现和确定设备的问题，将设备调试和维护的时间和成本降到最低限度。
优选的，所述能耗分析单元具体包括以下步骤：
步骤S1、根据前期的数据预处理和挖掘进行特征筛选、特征降维操作，减少模型的维度；
步骤S2、使用步骤S1中的数据采用回归模型进行建模，对能耗进行预测；
步骤S3、将步骤S1中数据将数据集分成训练集和测试集，训练集和测试集采用70/30比例分类，训练集用来训练模型，测试集用来测试模型的准确性；
步骤S4、将步骤S3中的训练集利用机器学习算法训练模型，学习得到能耗分析模型，将测试集输入到训练好的模型中，得到相应的预测结果，采用均方根误差和平均绝对误差来评估模型的性能；
步骤S5、将训练好的模型应用于步骤S2中的模型中，用于实时分析和监控能耗情况。
优选的，所述负载控制设备模块包括传输线路控制单元、开关控制单元、遥控控制单元，所述传输线路控制单元通过智能断路器对电子元件的电路进行控制，实现涉及到的能源负载控制任务，通过控制传输线路的开关状态，控制能源负载的接通和停用，所述开关控制单元通过继电器开关、保护开关、断路器和隔离开关控制电源输出电路和能源负载电路之间的通断状态，实现能源负载控制任务，所述遥控控制单元采用互联网技术操控遥控装置，实现能源负荷控制任务，完成跨地域、远距离的能源负载控制任务。
优选的，所述移动终端模块包括实时监控单元、能源控制单元、能源报警单元和控制权限管理单元，所述实时监控单元通过手机APP能够实时读取数据集中控制中心模块的数据，以更加准确的方式反映当前的能源使用情况，用户通过APP查看能源消耗量、负荷曲线、以及统计分析结果等信息，了解能源的使用情况，所述能源控制单元通过手机APP，用户发出对能源负载控制设备的开关、设置自启动、停止指令，所述能源报警单元用于当能源使用达到或超过设定的预警值时，移动终端及时上报报警信息，并通过APP通知用户，所述控制权限管理单元用于移动终端对不同用户进行控制权限管理，设置不同的访问权限、操作权限。
优选的，所述数据传输单元采用LoRaWAN/NB-IoT物联网通信技术实现能源数据的传输
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明由能源采集点模块通过传感器实时采集能源使用情况，并将数据传输至数据集中控制中心模块，数据集中控制中心模块接收并存储能源采集节点数据，并通过数据分析获取能源使用的具体情况；负载控制设备模块通过控制传输线路、开关等手段进行负荷控制；能耗分析单元对能源采集点模块采集的数据进行大数据分析，将能源使用情况进行可视化展示；移动终端模块则可以通过手机APP等形式实现对能源使用情况的监控和控制，通过上述模块的设置，使本能源管控系统基于物联网技术，具备能量采集、数据处理、负载控制、分析展示等功能，可实时监控能源使用情况，提高能源利用效率。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图中：1、能源采集点模块；101、电力能源采集单元；102、水和气体能源采集单元；2、数据集中控制中心模块；201、数据预处理单元；202、数据挖掘单元；203、能耗分析单元；204、数据展示单元；3、负载控制设备模块；301、传输线路控制单元；302、开关控制单元；303、遥控控制单元；4、移动终端模块；401、实时监控单元；402、能源控制单元；403、能源报警单元；404、控制权限管理单元；5、数据传输单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于物联网的智慧能源管控系统，包括能源采集点模块1、数据集中控制中心模块2、负载控制设备模块3、移动终端模块4和数据传输单元5，能源采集点模块1用于通过传感器进行能源采集，并将数据传输至数据集中控制中心模块2，数据集中控制中心模块2接收并存储能源采集节点数据，并通过数据分析获取能源使用的具体情况，负载控制设备模块3通过控制传输线路、开关手段进行负荷控制，移动终端模块4用于通过手机APP形式实现对能源使用情况的监控和控制，数据传输单元5用于将数据输入和输出给能源采集点模块1、数据集中控制中心模块2、负载控制设备模块3和移动终端模块4。
进一步的，能源采集点模块1包含电力能源采集单元101和水和气体能源采集单元102，电力能源采集单元101通过电表和电流传感器对电力能源的消耗进行实时监测，水和气体能源采集单元102通过对应的流量传感器进行实时监测采集，电力能源采集单元101和水和气体能源采集单元102采集的数据通过数据传输单元5传输给数据集中控制中心模块2。
进一步的，数据集中控制中心模块2包括数据预处理单元201、数据挖掘单元202、能耗分析单元203、数据展示单元204，数据预处理单元201用于对能源采集点模块1进行数据预处理工作，对数据进行去重、清洗、转换、标准化操作，保证后续分析的准确性和可用性，数据挖掘单元202用于对数据预处理单元201内的数据据进行分析，提取数据间的关联、规律和趋势信息，为后期能耗分析提供依据，能耗分析单元203根据前期的数据预处理和挖掘，建立相应的能耗分析模型，通过对模型的维护和更新，对能源使用情况进行实时分析和监控，数据展示单元204将能源使用分析结果通过数据报表、图表和实时监控窗口形式展现给用户，使用户随时查看能源使用情况，并根据分析结果进行相应的调整和优化
进一步的，数据挖掘单元202包含能源监测控制功能和能源诊断与调试功能，其中能源监测控制功能对于电力能源、水和气体能源通过数据挖掘技术分析其典型的能源消耗特征，并建立能耗因素监控体系，实时监测并控制能源消耗情况，能源诊断与调试功能用于根据能源监测控制功能监测的能源消耗情况，分析能源使用设备是否异常，即及时发现和确定设备的问题，将设备调试和维护的时间和成本降到最低限度
进一步的，能耗分析单元203具体包括以下步骤：
步骤S1、根据前期的数据预处理和挖掘进行特征筛选、特征降维操作，减少模型的维度；
步骤S2、使用步骤S1中的数据采用回归模型进行建模，对能耗进行预测；
步骤S3、将步骤S1中数据将数据集分成训练集和测试集，训练集和测试集采用70/30比例分类，训练集用来训练模型，测试集用来测试模型的准确性；
步骤S4、将步骤S3中的训练集利用机器学习算法训练模型，学习得到能耗分析模型，将测试集输入到训练好的模型中，得到相应的预测结果，采用均方根误差和平均绝对误差来评估模型的性能；
步骤S5、将训练好的模型应用于步骤S2中的模型中，用于实时分析和监控能耗情况
进一步的，负载控制设备模块3包括传输线路控制单元301、开关控制单元302、遥控控制单元303，传输线路控制单元301通过智能断路器对电子元件的电路进行控制，实现涉及到的能源负载控制任务，通过控制传输线路的开关状态，控制能源负载的接通和停用，开关控制单元302通过继电器开关、保护开关、断路器和隔离开关控制电源输出电路和能源负载电路之间的通断状态，实现能源负载控制任务，遥控控制单元303采用互联网技术操控遥控装置，实现能源负荷控制任务，完成跨地域、远距离的能源负载控制任务
进一步的，移动终端模块4包括实时监控单元401、能源控制单元402、能源报警单元403和控制权限管理单元404，实时监控单元401通过手机APP能够实时读取数据集中控制中心模块2的数据，以更加准确的方式反映当前的能源使用情况，用户通过APP查看能源消耗量、负荷曲线、以及统计分析结果等信息，了解能源的使用情况，能源控制单元402通过手机APP，用户发出对能源负载控制设备的开关、设置自启动、停止指令，能源报警单元403用于当能源使用达到或超过设定的预警值时，移动终端及时上报报警信息，并通过APP通知用户，控制权限管理单元404用于移动终端对不同用户进行控制权限管理，设置不同的访问权限、操作权限。
进一步的，数据传输单元5采用LoRaWAN/NB-IoT物联网通信技术实现能源数据的传输。
本发明由能源采集点模块1通过传感器实时采集能源使用情况，并将数据传输至数据集中控制中心模块2，数据集中控制中心模块2接收并存储能源采集节点数据，并通过数据分析获取能源使用的具体情况；负载控制设备模块3通过控制传输线路、开关等手段进行负荷控制；能耗分析单元203对能源采集点模块1采集的数据进行大数据分析，将能源使用情况进行可视化展示；移动终端模块4则可以通过手机APP等形式实现对能源使用情况的监控和控制，通过上述模块的设置，使本能源管控系统基于物联网技术，具备能量采集、数据处理、负载控制、分析展示等功能，可实时监控能源使用情况，提高能源利用效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种基于物联网的智慧能源管控系统，包括能源采集点模块(1)、数据集中控制中心模块(2)、负载控制设备模块(3)、移动终端模块(4)和数据传输单元(5)，其特征在于：所述能源采集点模块(1)用于通过传感器进行能源采集，并将数据传输至数据集中控制中心模块(2)，所述数据集中控制中心模块(2)接收并存储能源采集节点数据，并通过数据分析获取能源使用的具体情况，所述负载控制设备模块(3)通过控制传输线路、开关手段进行负荷控制，所述移动终端模块(4)用于通过手机APP形式实现对能源使用情况的监控和控制，所述数据传输单元(5)用于将数据输入和输出给能源采集点模块(1)、数据集中控制中心模块(2)、负载控制设备模块(3)和移动终端模块(4)。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智慧能源管控系统，其特征在于：所述能源采集点模块(1)包含电力能源采集单元(101)和水和气体能源采集单元(102)，所述电力能源采集单元(101)通过电表和电流传感器对电力能源的消耗进行实时监测，所述水和气体能源采集单元(102)通过对应的流量传感器进行实时监测采集，所述电力能源采集单元(101)和水和气体能源采集单元(102)采集的数据通过数据传输单元(5)传输给数据集中控制中心模块(2)。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智慧能源管控系统，其特征在于：所述数据集中控制中心模块(2)包括数据预处理单元(201)、数据挖掘单元(202)、能耗分析单元(203)、数据展示单元(204)，所述数据预处理单元(201)用于对能源采集点模块(1)进行数据预处理工作，对数据进行去重、清洗、转换、标准化操作，保证后续分析的准确性和可用性，所述数据挖掘单元(202)用于对数据预处理单元(201)内的数据据进行分析，提取数据间的关联、规律和趋势信息，为后期能耗分析提供依据，所述能耗分析单元(203)根据前期的数据预处理和挖掘，建立相应的能耗分析模型，通过对模型的维护和更新，对能源使用情况进行实时分析和监控，所述数据展示单元(204)将能源使用分析结果通过数据报表、图表和实时监控窗口形式展现给用户，使用户随时查看能源使用情况，并根据分析结果进行相应的调整和优化。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的智慧能源管控系统，其特征在于：所述数据挖掘单元(202)包含能源监测控制功能和能源诊断与调试功能，其中能源监测控制功能对于电力能源、水和气体能源通过数据挖掘技术分析其典型的能源消耗特征，并建立能耗因素监控体系，实时监测并控制能源消耗情况，所述能源诊断与调试功能用于根据能源监测控制功能监测的能源消耗情况，分析能源使用设备是否异常，即及时发现和确定设备的问题，将设备调试和维护的时间和成本降到最低限度。
5.根据权利要求3所述的一种基于物联网的智慧能源管控系统，其特征在于：所述能耗分析单元(203)具体包括以下步骤：
步骤S1、根据前期的数据预处理和挖掘进行特征筛选、特征降维操作，减少模型的维度；
步骤S2、使用步骤S1中的数据采用回归模型进行建模，对能耗进行预测；
步骤S3、将步骤S1中数据将数据集分成训练集和测试集，训练集和测试集采用70/30比例分类，训练集用来训练模型，测试集用来测试模型的准确性；
步骤S4、将步骤S3中的训练集利用机器学习算法训练模型，学习得到能耗分析模型，将测试集输入到训练好的模型中，得到相应的预测结果，采用均方根误差和平均绝对误差来评估模型的性能；
步骤S5、将训练好的模型应用于步骤S2中的模型中，用于实时分析和监控能耗情况。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智慧能源管控系统，其特征在于：所述负载控制设备模块(3)包括传输线路控制单元(301)、开关控制单元(302)、遥控控制单元(303)，所述传输线路控制单元(301)通过智能断路器对电子元件的电路进行控制，实现涉及到的能源负载控制任务，通过控制传输线路的开关状态，控制能源负载的接通和停用，所述开关控制单元(302)通过继电器开关、保护开关、断路器和隔离开关控制电源输出电路和能源负载电路之间的通断状态，实现能源负载控制任务，所述遥控控制单元(303)采用互联网技术操控遥控装置，实现能源负荷控制任务，完成跨地域、远距离的能源负载控制任务。
7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智慧能源管控系统，其特征在于：所述移动终端模块(4)包括实时监控单元(401)、能源控制单元(402)、能源报警单元(403)和控制权限管理单元(404)，所述实时监控单元(401)通过手机APP能够实时读取数据集中控制中心模块(2)的数据，以更加准确的方式反映当前的能源使用情况，用户通过APP查看能源消耗量、负荷曲线、以及统计分析结果等信息，了解能源的使用情况，所述能源控制单元(402)通过手机APP，用户发出对能源负载控制设备的开关、设置自启动、停止指令，所述能源报警单元(403)用于当能源使用达到或超过设定的预警值时，移动终端及时上报报警信息，并通过APP通知用户，所述控制权限管理单元(404)用于移动终端对不同用户进行控制权限管理，设置不同的访问权限、操作权限。
8.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智慧能源管控系统，其特征在于：所述数据传输单元(5)采用LoRaWAN/NB-IoT物联网通信技术实现能源数据的传输。
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| PB01 | Publication | ||
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