CN107817381A - 一种智能电表 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能电表(100)，包括：中央处理器(101)；计量模块(102)，与中央处理器(101)连接，用于电量的双向计量；区块链模块(103)，与中央处理器(101)进行数据交互，用于区域内区块链网络内节点之间的点对点电力交易的实现，以及分布式的电量计量与交易数据的存储。本发明的智能电表，通过区块链模块进行电力交易和记录，使得最终的电量信息、点对点的电力交易信息都分布式地不可篡改地存储在区块链网络中。实现了分布式发电、蓄电以及电用户的发电量与用电量的双向计量，使分散式智能微电网的电量能够计量、交易和记录，分布式的发电侧与用电侧通过智能电表作为交易收费的依据，使微电网在经济上更为可行。
Description
技术领域
本发明涉及物联网和能源互联网计量控制和区块链技术领域，尤其涉及一种智能电表。
背景技术
由于电力***的独特性，从发电输电配电到用电天然形成一张超级巨大的网-电网。一端是燃煤燃气核电水电传统能源和风光等分布式可再生能源，一端是数百万计的高耗能动力装置、数亿的电力用户和未来的智能家電以及电动汽车。遍布全国各种各样的传感器在每时每刻每分每秒每毫秒微秒都会産生海量实时大数据，就构建了一个庞大的能源互联网。
能源互联网数据来源主要来自以下几个方面：
1)燃煤火力发电厂；2)天燃气发电厂3)风场光伏发电厂；4)天燃气冷热电三联供分布式能源5)分布式风能太阳能储能电池微网；6)各级智能变电站；7)省市县各级调度SCADA；8)数亿计智能电表等；9)数百万计的高耗能动力设备装置；10)未来电动汽车。未来分布式的风电光伏和蓄电池会大量出现。
能源互联网将极大地推动未来分布式能源的发展。在电源侧，随着大量可再生能源装机，电源的随机性波动将对***造成重大挑战，在负荷侧，由于电力消费结构的变化，以及电动汽车的快速发展，负荷侧的随机性和刚性将不断加剧。加上未来能源产销者建筑的出现，会使得能源的分布式计量和交易成为主流。而目前的中心化的电网控制模式和电网统一收集电表数据的方式在未来将面临巨大挑战。
目前传统电表和传统智能电表无法对分分布式风电光伏与蓄电池的电量收集、交易和记录，无法适应能源互联网大数据的需求。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种智能电表，采用区块链模块，解决了现有技术中的电表无法对分分布式风电光伏与蓄电池的电量收集、交易和记录以及无法适应能源互联网大数据的需求的问题。实现了分布式发电、蓄电以及电用户的发电量与用电量的双向计量，使分散式智能微电网的电量能够计量、交易和记录，分布式的发电侧与用电侧通过智能电表作为交易收费的依据，使微电网在经济上更为可行。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种智能电表，包括：中央处理器；计量模块，与所述中央处理器连接，用于电量的双向计量；区块链模块，与所述中央处理器进行数据交互，用于区域内区块链网络内节点之间的点对点电力交易的实现，以及分布式的电量计量与交易数据的存储。该智能电表设置有区块链模块，通过区块链模块进行电力交易和记录，使得最终的电量信息、点对点的电力交易信息都分布式地不可篡改地存储在区块链网络中。实现了分布式发电、蓄电以及电用户的发电量与用电量的双向计量，使分散式智能微电网的电量能够计量、交易和记录。
进一步，所述区块链模块设置有数据层，所述数据层用于存储以下数据：电量计量数据，其由所述计量模块计量得到；电量交易数据，为区块链中所有的点对点电力交易数据；购售电标识，用于区分购电方和售电方的0/1购售电标识；时间戳，用于记录区块链网络内点对点电力交易发生的时间；所述数据层还用于将每个节点发生的购售电交易数据加盖时间戳，形成数据区块并不可篡改的记录在区块链中。
进一步，所述0/1购售电标识指的是有预定含义的二进制数位；所述二进制数位以0代表当前节点为售电方，1代表当前节点为购电方；或者，所述二进制数位以0代表当前节点为购电方，1代表当前节点为售电方。
进一步，所述数据层包括加密管理单元，采用硬件加密方式对数据进行加密，并用于管理用户的私钥信息。
进一步，所述数据层还包括数据区块、哈希散列、Merkle(默克尔)树根数据、点对点网络、密钥管理、公钥和私钥、非对称加密和验证机制中的一种或几种组合。
进一步，所述区块链模块还设置有合约共识层，用于采用智能合约的方式自动确认区块链网络范围内的购电方和售电方的电力交易，所述电力交易的内容包括交易电价、交易电量和交易条件。
进一步，所述合约共识层包括账户中心单元、购售电登记单元、购售电价格匹配单元、购售电交易实现单元、共识机制单元、智能合约单元、脚本代码单元和支付***单元中的一种或几种组合。
进一步，所述区块链为私有链或联盟链；所述私有链或联盟链的全部或部分节点拥有比较复杂的读写、记账的权限。
进一步，所述智能电表还包括通讯接口，其与所述中央处理器连接,用于数据传输；所述区块链模块通过所述通讯接口将经过该区块链模块处理后的数据传输给能源互联网路由器或区块链电力交易监控平台。
进一步，所述通讯接口为RS485通讯、RFID射频、蓝牙、WIFI或电力载波中的一种或几种组合。
进一步，所述智能电表还包括定位模块，其与所述中央处理器连接，用于对所述智能电表进行地理位置的定位。实现了整个智能电网的地理位置信息化，从而为区块链点对点自动电力交易的最佳合理化打下基础，即区块链智能合约中可以约定在报价相同的情况下，优先促成两个地理位置距离最近的节点之间达成电力交易，这样的电力传输成本和损耗最低。
进一步，所述区块链模块采用虚拟货币或电子货币进行电力交易或结算。
进一步，所述区块链模块还用于给予每块所述智能电表一个唯一的ID，以形成所述区块链中的一个唯一ID的节点。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种智能电表，利用物联网的多层级结构，通过区块链电力交易监控平台，将分散的分布式风电光伏与蓄电池的电量进行收集；该智能电表设置有区块链模块，通过区块链模块进行电力交易和记录，使得最终的电量信息、点对点的电力交易信息都分布式地不可篡改地存储在区块链网络中。本发明提供的智能电表，实现了分布式发电、蓄电以及电用户的发电量与用电量的双向计量，使分散式智能微电网的电量能够计量、交易和记录，分布式的发电侧与用电侧通过智能电表作为交易收费的依据，使微电网在经济上更为可行；同时，使得人们可以利用各种移动终端智能化管理和监控自己的分布式发电、蓄电和用电设施。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的智能电表在区块链电力交易监控平台架构中的位置；
图2是本发明实施例一提供的智能电表组成及其与区块链电力交易监控平台连接示意图；
图3是本发明实施例二提供的智能电表组成及其与区块链电力交易监控平台连接示意图；
图4是本发明实施例三提供的智能电表组成图。
附图标记：
100、智能电表，101、中央处理器，102、计量模块，103、区块链模块，1031、数据层，1032、网络层，1033、合约共识层，104、通讯接口，105、数字信号模块，106、协议接口模块，107、电源模块，108、显示模块，109、时钟模块，110、定位模块，200、能源互联网路由器，300、区块链电力交易监控平台。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在对本发明提供的一种智能电表进行详细描述之前，首先介绍一下区块链的相关技术。
2009年比特币的出现带来了一种颠覆性的成果--区块链技术，区块链是一个安全的帐簿类数据库，由一个个数据区块组成，使用者可以在这个不断更新升级的平台查找数据，对于金融机构来说，区块链能加快交易处理过程、降低成本、减少中间人、提高市场洞察力，增加业务透明度。
区块链作为加密货币比特币的底层技术，是一个伟大的创新，区块链技术可以用于打击欺诈和非法交易，目前很多行业都开始使用区块链技术，尤其是采用区块链作为工具实现真正的能源互联网技术。区块链可以起到的作用是：第一，基于区块链的数据公正确保信任，公私钥结合的访问权限保护隐私，真正做到私密性，可信计量；第二，区块链防篡改，主体间采用一定的方式配合信任或者强制信任，实现强制信任下泛在交互；第三，区块链和大数据以及人工智能融合构成可信任预言机，签署外部数据，实现虚实交互的自律控制；第四，基于区块链部署的设备间点对点交互式决策，不需要将信任托付于中心化平台代为决策，去中心化从而实现设备民主与分布决策；第五，各主体间基于明确的互动规则进行随机博弈，***呈现中性良性演化，符合市场化规律和竞争演化的协调性和可进化性。
区块链的作用不仅仅是去中介化。区块链可能颠覆市场及现有价值链，区块链还可能通过释放此前尚未开发的供应创造出新的市场。区块链和能源互联网计量***的结合，将为未来能源互联网的发展提供可靠的电力交易和计量的技术支持。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的智能电表在区块链电力交易监控平台架构中的位置。
图2是本发明实施例一提供的智能电表组成及其与区块链电力交易监控平台连接示意图。
请参照图1、图2，本发明提供一种智能电表100，具体的是指能源区块链电表，包括：中央处理器101、计量模块102和区块链模块103。
中央处理器101，用于处理、运算智能电表100内的数据，并控制数据交换。
计量模块102，与中央处理器101连接，用于电量的双向计量。此处的双向计量是指分布式发电量和蓄电量，以及电用户的发电量和用电量的双向计量。
区块链模块103，与中央处理器101进行数据交互，用于区域内区块链网络内节点之间的点对点电力交易的实现，以及分布式的电量计量与交易数据的存储。区块链模块103用于进行电力交易和记录，使得最终的电量信息、点对点的电力交易信息都分布式地不可篡改地存储在区块链网络中。其中，区块链是指私有链或联盟链，该私有链或联盟链的全部或部分节点拥有比较复杂的读写、记账的权限。
在本实施例中，区块链模块103还用于购售电标识以及电量信息和交易信息的加密管理。
本实施例中，区块链模块103还用于给予每块智能电表100一个唯一的ID，以形成所述区块链中的一个唯一ID的节点。
请参照图2，在本实施例中，区块链模块103设置有数据层1031，用于存储以下数据：
电量计量数据，其由计量模块102计量得到。具体的，电量计量数据是指由计量模块102计量得到的电量数据。
电量交易数据，为区块链中所有的点对点电力交易数据。具体的，电量交易数据是指区块链中所有的点对点电力交易数据，该数据形成数据区块并不可篡改的记录在区块链中。
购售电标识，用于区分购电方和售电方的0/1购售电标识。
此处的0/1购售电标识指的是有预定含义的二进制数位，二进制数位以0代表当前节点为售电方，即代表此节点连接某分布式发电设备或蓄电池，正在向其他节点售电；1代表当前节点为购电方，即代表此节点目前连接一个耗电设备，正在从其他节点购入电量。或者，二进制数位以0代表当前节点为购电方，1代表当前节点为售电方。其中，当前节点有可能某一时刻为售电方，下一时刻又变为购电方(例如此节点连接可充放电的蓄电池)。
时间戳，用于记录区块链网络内点对点电力交易发生的时间。具体的，时间戳用于记录区块链网络内点对点电力交易发生的时间，其采用加密技术产生。
数据层1031还用于将每个节点发生的购售电交易数据加盖时间戳，形成数据区块并不可篡改的记录在区块链中。
数据层1031包括加密管理单元，采用硬件加密方式对数据进行加密，并用于管理用户的私钥信息。
数据层1031还包括数据区块、哈希散列、Merkle(默克尔)树根数据、点对点网络、密钥管理、公钥和私钥、非对称加密和验证机制中的一种或几种组合。
请参照图2，在本实施例中，区块链模块103还设置有网络层1032，包括P2P组网机制、数据传播机制和数据验证机制等，使得该区块链模块1032具有自动组网功能。
请参照图2，在本实施例中，区块链模块103还设置有合约共识层1033，用于采用智能合约的方式自动确认区块链网络范围内的购电方和售电方的电力交易，所述电力交易的内容包括交易电价、交易电量和交易条件。
合约共识层1033包括账户中心单元、购售电登记单元、购售电价格匹配单元、购售电交易实现单元、共识机制单元、智能合约单元、脚本代码单元和支付***单元中的一种或几种组合。
在本实施例中，该智能电表100还包括通讯接口104，其与中央处理器101连接,用于数据传输。区块链模块103通过通讯接口104将经过该区块链模块103处理后的数据经由能源互联网路由器200，传输给区块链电力交易监控平台300。区块链电力交易监控平台300用于汇总分布式的区块链模块103中的电量交易数据，以可视化的方式在区块链电力交易监控平台300上进行显示、统计或分析。
其中，通讯接口104为RS485通讯、RFID射频、蓝牙、WIFI或电力载波中的一种或几种组合。但本发明不以此为限制，通讯接口104还可以为其他形式。
其中，底层的建筑端的无线通信采用射频无线传输技术，其稳定性、安全性和保密性更加可靠，是保证收费计量***稳定运行的技术前提。
请参照图2，在本实施例中，该智能电表100还包括数字信号模块105、协议接口模块106、电源模块107、显示模块108和时钟模块109。
其中，数字信号模块105，与中央处理器101连接，用于收集计量模块102的数字信号或将模拟信号，并将模拟信号转换为的数字信号。
协议接口模块106，与中央处理器101连接，用于通讯协议接口管理和接收外部输入的数据。
电源模块107，与中央处理器101连接，用于为智能电表100提供工作电源。
显示模块108，与中央处理器101连接，包括液晶显示屏，用于显示相关数据。但本发明不以此为限制，显示屏还可以为其他类型。
时钟模块109，与中央处理器101连接，为中央处理器101提供运行时钟。
本发明的智能电表100的组成部件包括但不限于上述各部件，还包括常规电表的必要组成部件。
实施例二
图3是本发明实施例二提供的智能电表组成及其与区块链电力交易监控平台连接示意图。
本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例中的智能电表100直接将数据传输给区块链电力交易监控平台300，而不用通过能源互联网路由器200进行中转，提高了传输速度，节约了交易时间。
本实施例中的智能电表100的结构、组成及连接关系与实施例一相同，在此不再赘述。
实施例三
图4是本发明实施例三提供的智能电表组成图。
请参照图4，本实施例与实施例一和实施例二的不同之处在于，在本实施例中，智能电表100还包括定位模块110，其与中央处理器101连接，用于对智能电表100进行地理位置的定位。
通过定位模块110对智能电表100进行地理位置的定位，以得到区块链节点的地理位置信息，实现了整个智能电网的地理位置信息化，从而为区块链点对点自动电力交易的最佳合理化打下基础，即区块链智能合约中可以约定在报价相同的情况下，优先促成两个地理位置距离最近的节点之间达成电力交易，这样的电力传输成本和损耗最低。
可选的，定位模块110采用GIS地理信息定位芯片。
本实施例中的智能电表100的其他结构、组成以及连接关系与实施例一相同，在此不再赘述。
实施例四
本实施例与实施例一至实施例三的不同之处在于，本实施例中的区块链模块103采用虚拟货币或电子货币进行电力交易或结算。
本实施例适用于区域电网内的电力交易或结算，区块链模块103可通过虚拟货币或电子货币进行买卖双方的交易或结算，甚至可以由区块链电表及电网运营商设置本电网内部定义和流通的虚拟货币进行电力交易或结算。虚拟货币和电子货币的使用，使得区域电网内的电力交易或结算更加灵活、便捷和安全。
在本实施例中，购售电交易的购电方和售电方需设置虚拟货币或电子货币账户，以进行电力交易或结算。
本实施例中的智能电表100的其他结构、组成以及连接关系与实施例一相同，在此不再赘述。
本发明旨在保护一种智能电表，利用物联网的多层级结构，通过区块链电力交易监控平台，将分散的分布式风电光伏与蓄电池的电量进行收集；该智能电表设置有区块链模块，通过区块链模块进行电力交易和记录，使得最终的电量信息、点对点的电力交易信息都分布式地不可篡改地存储在区块链网络中。本发明提供的智能电表实现了分布式发电、蓄电以及电用户的发电量与用电量的双向计量，使分散式智能微电网的电量能够计量、交易和记录，分布式的发电侧与用电侧通过智能电表作为交易收费的依据，使微电网在经济上更为可行；同时，使得人们可以利用各种移动终端智能化管理和监控自己的分布式发电、蓄电和用电设施。本发明的智能电表将会拥有广阔的市场空间，必将成为未来能源互联网大数据的主要提供者。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (13)
1.一种智能电表(100)，其特征在于，包括：
中央处理器(101)；
计量模块(102)，与所述中央处理器(101)连接，用于电量的双向计量；
区块链模块(103)，与所述中央处理器(101)进行数据交互，用于区域内区块链网络内节点之间的点对点电力交易的实现，以及分布式的电量计量与交易数据的存储。
2.根据权利要求1所述的智能电表(100)，其特征在于，所述区块链模块(103)设置有数据层(1031)，所述数据层(1031)用于存储以下数据：
电量计量数据，其由所述计量模块(102)计量得到；
电量交易数据，为区块链中所有的点对点电力交易数据；
购售电标识，用于区分购电方和售电方的0/1购售电标识；
时间戳，用于记录区块链网络内点对点电力交易发生的时间；
所述数据层(1031)还用于将每个节点发生的购售电交易数据加盖时间戳，形成数据区块并不可篡改的记录在区块链中。
3.根据权利要求2所述的智能电表(100)，其特征在于，
所述0/1购售电标识指的是有预定含义的二进制数位；
所述二进制数位以0代表当前节点为售电方，1代表当前节点为购电方；或者，
所述二进制数位以0代表当前节点为购电方，1代表当前节点为售电方。
4.根据权利要求2所述的智能电表(100)，其特征在于，
所述数据层(1031)包括加密管理单元，采用硬件加密方式对数据进行加密，并用于管理用户的私钥信息。
5.根据权利要求4所述的智能电表(100)，其特征在于，
所述数据层(1031)还包括数据区块、哈希散列、Merkle(默克尔)树根数据、点对点网络、密钥管理、公钥和私钥、非对称加密和验证机制中的一种或几种组合。
6.根据权利要求2所述的智能电表(100)，其特征在于，
所述区块链模块(103)还设置有合约共识层(1033)，用于采用智能合约的方式自动确认区块链网络范围内的购电方和售电方的电力交易，所述电力交易的内容包括交易电价、交易电量和交易条件。
7.根据权利要求6所述的智能电表(100)，其特征在于，
所述合约共识层(1033)包括账户中心单元、购售电登记单元、购售电价格匹配单元、购售电交易实现单元、共识机制单元、智能合约单元、脚本代码单元和支付***单元中的一种或几种组合。
8.根据权利要求2所述的智能电表(100)，其特征在于，
所述区块链为私有链或联盟链；
所述私有链或联盟链的全部或部分节点拥有比较复杂的读写、记账的权限。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的智能电表(100)，其特征在于，还包括：
通讯接口(104)，其与所述中央处理器(101)连接,用于数据传输；
所述区块链模块(103)通过所述通讯接口(104)将经过该区块链模块(103)处理后的数据传输给能源互联网路由器(200)或区块链电力交易监控平台(300)。
10.根据权利要求9所述的智能电表(100)，其特征在于，
所述通讯接口(104)为RS485通讯、RFID射频、蓝牙、WIFI或电力载波中的一种或几种组合。
11.根据权利要求9所述的智能电表(100)，其特征在于，还包括：
定位模块(110)，其与所述中央处理器(101)连接，用于对所述智能电表(100)进行地理位置的定位。
12.根据权利要求1所述的智能电表(100)，其特征在于，
所述区块链模块(103)可以采用虚拟货币或电子货币进行电力交易或结算。
13.根据权利要求1所述的智能电表(100)，其特征在于，
所述区块链模块(103)还用于给予每块所述智能电表(100)一个唯一的ID，以形成所述区块链中的一个唯一ID的节点。
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