CN110910626A - 基于泛在电力物联网的用能信息采集*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于泛在电力物联网的用能信息采集***，包括：感知层，包括用于采集各类表计的用能信息数据进行集中的采集部件以及用于统一通信的通信网络；网络层，包括用于感知层中各采集部件与平台层之间通信的传输网络；平台层，用于收集感知层各采集部件上传的用能信息数据，并实现用能信息数据的分析处理以及联网管理；业务层，用于提供感知层各采集部件上传的用能信息数据以实现所需业务；感知层与网络层之间还设置有边缘计算平台，用于基于边缘计算对感知层的用能信息数据进行初步计算处理分析。本发明实现了基于泛在电力物联网的用能信息采集***，能够实现能源高效管理，且具有用能信息采集效率、可靠性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电力***中用能信息采集***，尤其涉及一种基于泛在电力物联网的用能信息采集***。
背景技术
随着“三型两网”概念的提出，先进输电、智能电网、新能源、终端用能电气化等能源电力技术快速发展，同时与“大云物移智”等现代信息通信和数字技术不断融合，推动了电网功能形态、运行方式日益更新完善。通过物联网能够实现各种传感设备与通信信息资源的结合，将电网基础设施、人员及所在环境识别、感知、互联与控制形成一个网络***。
当前用电信息采集***具有地域性，不具有统一规划和标准，无法及时准确掌握所有用户的用电信息与需求；且多种用能信息采集表计通信标准差异明显，智能电能表通过电力线载波、微功率、RS-485等本地通信技术与采集终端通信，而其他三类表计类型则相对复杂，一般有普通机械表、IC卡预付费表和远传式智能数字表等类型，其中，普通机械表采用人工抄表方式，效率较低；IC卡预付费表将费用预先存在表计内，进行简单的基于费用的结算；远传式智能数字水表、气表、热表本地通信信道一般采用的是M-Bus通信方式，也有部分采用了微功率无线通信方式，气表主要采用的是微功率无线通信方式。
泛在智能电网即是基于通信技术实现全业务泛在电力，将传统电力生产、传输、消费的所有环节进行信息化。泛在用能信息采集能够很好的满足“三型两网”新要求，有利于推动“互联网+”智慧能源发展，实现水、电、气、热等能源消费的实时计量、信息交互与主动控制，促进水、电、气、热的远程自动集采集抄，实现“多表合一”。多表合一即是通过建立的完备用电信息采集***进行资源的收集，实现水、电、气、热的集中采集应用。
当前针对“多表合一”的用能信息采集研究尚少，通常都是针对“多表合一”采集终端的标准化检测，如实现采集终端性能测试、带载和功耗测试、互换性测试等功能的检测，以使得“多表合一”采集终端满足技术规范的检测要求。上述传统的“多表合一”方式，仅能够实现简单的多表数据统一检测，还不能完全实现泛在用能信息采集***，且随着表计数据的不断扩展，数据处理量会急剧增加，进而导致采集效率降低，即上述传统的“多表合一”方式仍然会存在采集效率以及可靠性的问题，传统的用电信息采集***已不能满足当前的需求，因而亟需提供一种基于泛在电力物联网的用能信息采集***，以使得能够实现高效的能源管理，同时确保用能信息采集效率、可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够实现能源高效管理，且用能信息采集效率、可靠性高的基于泛在电力物联网的用能信息采集***。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于泛在电力物联网的用能信息采集***，包括：
感知层，包括用于采集各类表计的用能信息数据进行集中的采集部件以及用于各类表计与各采集部件之间进行统一通信的通信网络；
网络层，包括用于所述感知层中各采集部件与平台层之间通信的传输网络；
平台层，用于收集所述感知层各采集部件上传的用能信息数据，并实现收集的所述用能信息数据的分析处理以及联网管理；
业务层，用于将所述感知层各采集部件上传的用能信息数据提供给所需业务；
述感知层与网络层之间还设置有边缘计算平台，用于基于边缘计算对感知层中各采集部件采集到的用能信息数据进行初步计算处理分析。
进一步的，所述计算服务器具体为基于边缘计算的边缘计算服务器。
进一步的，所述网络层中具体采用NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，窄带物联网)网络实现所述感知层中各采集部件与平台层之间通信。
进一步的，所述平台层具体包括用于收集所述感知层各采集部件上传的用能信息数据的泛在用能数据中心、用于衍生出所需应用、用能信息所需业务以及基于所述泛在用能数据中心的数据进行分析处理与运行监控的能力开放中心、以及用于对接入网络的用户、设备进行分工管理的物联管理中心。
进一步的，所述平台层采用云平台。
进一步的，所述业务层包括获取所述平台层上传的用能信息数据实现多表合一数据采集、故障发生时根据所述平台层中收集的用能信息数据进行故障分析实现用能检修运维，以及根据所述平台层中收集的用能信息数据对用户异常行为分析实现用户用能行为分析中一种或多种。
进一步的，所述实现用能检修运维时，具体根据所述用能信息数据以及感知层中各采集部件的位置信息预测故障的发生以及在故障发生时定位故障位置、判断故障类型。
进一步的，所述感知层中通信网络具体采用有线通信方式或无线通信方式，所述有线通信方式包括RS-485总线、M-Bus总线和电力线载波中任意一种。
进一步的，所述网络层还配置有防火墙和/或在数据传输过程中进行数据加密。
进一步的，所述感知层和/或平台层还配置有用于监控数据的监控设备。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明基于泛在电力物联网的用能信息采集***，通过构建包含感知层、网络层、平台层和业务层的四层泛在用能信息采集分层模型，采用终端数据合并并统一上传主站***的模式，能够结合用能信息采集业务的特征构建泛在用能信息采集***，实现“多表合一”集采集抄、高效能源管理，减少能源运营管理成本，同时在感知层与网络层之间设置边缘计算平台以对感知层的用能信息数据进行初步计算处理分析，能够实现感知层与平台层之间数据处理的相互联动，增强用能信息采集***的处理能力，提高用能信息采集的效率以及可靠性，能够很好的满足当前对于“三型两网”能源智能运维的需求。
2、本发明基于泛在电力物联网的用能信息采集***，通过在感知层与网络层之间充分运用边缘计算技术，对单一用户用能信息进行初步处理，实现终端表计数据的实时初步处理、感知层数据分析，能够形成边缘计算-平台层联动管理，大大提高泛在用能信息采集的效率，同时对用能行为进行初步监测，保障感知层用户用电的安全可靠，还能够为主站平台功能扩展提供数据支撑。
3、本发明基于泛在电力物联网的用能信息采集***，进一步运用NB-IoT将汇聚的用能数据上传至平台层，结合NB-IoT网络能够充分满足泛在用能信息采集***的传输要求，确保“多表合一”集抄和扩展效果，同时能够降低能源互联网建设成本，进一步提高管理运营效率和数据传输可靠性，还能够很好的兼容大容量用户的接入。
4、本发明基于泛在电力物联网的用能信息采集***，进一步利用云平台技术搭建泛在用能数据中心、物联管理中心和能力开放中心，实现用能用户数据的联网管理，结合感知层侧设置的边缘计算平台，能够实现边缘计算-云平台的协同工作，大大提高用能信息采集的效率以及可靠性。
5、本发明基于泛在电力物联网的用能信息采集***，进一步可以基于泛在物联网实现多表合一数据采集，并在平台层大量数据基础上实现用能检修运维以及用能行为分析等的拓展应用，高效实现能源互联网的运行管理。
附图说明
图1是本实施例基于泛在电力物联网的用能信息采集***的分层架构模型示意图。
图2是本发明具体应用实施例中基于泛在电力物联网的用能信息采集***的结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1、2所示，本实施例基于泛在电力物联网的用能信息采集***包括：
感知层，包括用于采集各类表计的用能信息数据进行集中的采集部件以及用于各类表计与各采集部件之间进行统一通信的通信网络；
网络层，包括用于感知层中各采集部件与平台层之间通信的传输网络；
平台层，用于收集感知层各采集部件上传的用能信息数据，并实现收集的用能信息数据的分析处理以及联网管理；
业务层，用于将感知层各采集部件上传的用能信息数据提供给所需业务；
感知层与网络层之间还设置有边缘计算平台，用于基于边缘计算对感知层中各采集部件采集到的用能信息数据进行初步计算处理分析。
本实施例通过在传统用能信息采集***的基础上，构建包含感知层、网络层、平台层和业务层的四层泛在用能信息采集分层模型，采用终端数据合并并统一上传主站***的模式，由感知层的采集部件采集多种用能信息数据，经网络层汇聚上传至平台层，由平台层对感知层传输的数据进行处理以及分类联网管理后，提供所需数据给业务层，能够结合用能信息采集业务的特征构建泛在用能信息采集***，实现“多表合一”集采集抄，从而能够实现高效的能源管理，减少能源运营管理成本，同时在感知层与网络层之间设置边缘计算平台以对感知层的用能信息数据进行初步计算处理分析，能够实现感知层与平台层之间数据处理的相互联动，增强用能信息采集***的处理能力，提高用能信息采集的效率以及可靠性，能够很好的满足当前对于“三型两网”能源智能运维的需求。
边缘计算即是在靠近数据源的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务。本实施例通过在感知层与网络层之间充分运用边缘计算技术，对单一用户用能信息进行初步处理，实现终端表计数据的实时初步处理、感知层数据分析，为上层主站平台大数据分析提供数据支撑，同时接收上层主站发送来的业务规则，能够形成边缘计算-平台层联动管理，大大提高泛在用能信息采集的效率，同时对用能行为进行初步监测，保障感知层用户用电的安全可靠，还能够为主站平台功能扩展提供数据支撑。
在具体应用实施例中，如图2所示，感知层中设备具体包含水表、电表、气表和热表四类表计，各表计与用于采集表计用能信息数据的电表连接，以在现有电力信息采集***的基础上，将水表、气表、热表的多种用能信息数据汇聚到电表上，再集中与上层主站平台进行统一通信。由于水表、气表和热表各类表计类型不同，各自所采用的通信方式可能存在差异，感知层中各表计在与采集部件(电表)进行通信时，可根据实际需求采用如RS-485总线、M-Bus总线和电力线载波等有线通信方式，也可以采用如微功率无线通信等无线通信方式，实现终端表计的互联，水表、气表、热表与电表之间通过网络进行信息交互。边缘计算平台具体包括多台边缘计算代理服务器，每台边缘计算代理服务器与感知层中对应的一个采集部件(如电表)连接，每台边缘计算代理服务器接收电表上传的用能信息采集数据进行初步计算及分析，能够提高各终端表计的综合业务能力。
上述边缘计算平台中进一步可以使用防火墙、安全接入网关等加强网络安全技术，使得在提高采集***效率的同时，能够保证采集及衍生分析数据的可靠性。进一步的，还可以在感知层终端表计部分设置传感器等监控设备以监测用能行为，保障终端安全。
如图2所示，在感知层终端表计将多种用能信息数据通过通信网络传输到电表上，网络层主要实现感知层终端表计与上层主站平台之间的通信，运用NB-IoT将汇聚的用能数据上传至平台层，在感知层架设边缘物联代理，加强终端表计的综合业务能力，在进行泛在用能信息采集业务的同时，可为电网新业务、新应用提供数据支撑，以及由感知层架设的边缘物联代理实现与平台层的相互联动，平台层对感知层传输来的数据进行分类管理，为业务层提供相应数据。
本实施例网络层中具体采用NB-IoT网络实现感知层中各采集部件与平台层之间通信，即基于NB-IoT实现终端表计与主站平台之间的通信，NB-IoT作为5G前置技术，具有低成本、低功耗、高连接、高覆盖等特点，且NB-IoT构建于蜂窝网络，具有覆盖广、连接多、速率快、成本低、功耗低、架构优等特点，结合NB-IoT网络能够充分满足泛在用能信息采集***的传输要求，确保“多表合一”集抄和扩展效果，同时能够降低能源互联网建设成本，进一步提高管理运营效率和数据传输可靠性，还能够很好的兼容大容量用户的接入。
本实施例中平台层是泛在用能信息采集***的枢纽，主要收集终端发送来的表计数据，为大数据分析和业务层业务拓展提供数据支撑，平台层具体包含物联管理中心、泛在用能数据中心、能力开放中心，其中泛在用能数据中心用于收集感知层各采集部件上传的用能信息数据，能力开放中心用于衍生出所需应用、用能信息所需业务以及基于泛在用能数据中心的数据进行分析处理与运行监控，物联管理中心用于对接入网络的用户、设备进行分工管理。通过上述物联管理中心、泛在用能数据中心、能力开放中心，能够对泛在用能信息采集业务进行通信-数据-业务三方面联合管控。
本实施例中，平台层具体采用云平台，即利用云平台技术搭建泛在用能数据中心、物联管理中心和能力开放中心，实现用能用户数据的联网管理，结合感知层侧设置的边缘计算平台，能够实现边缘计算-云平台的协同工作，大大提高用能信息采集的效率以及可靠性。
进一步的，可以对平台层进行物联安全监测，保证连接可靠性，以及设置防火墙，进行接入访问控制，以及在数据传输时对传输数据进行加密等，可以保障信息传输的可靠性，减少人为或环境对信息传输的干扰，同时进行访问控制与流量监控，进一步提高数采集***的可靠性，还可以根据实际需求采用安全接入网关技术等来进一步保证平台数据的安全。
在平台层已经实现了感知层用能信息的采集以及大数据分析处理，建立了完备的采集***，在业务层则是基于用能数据为其他电网业务以及能源互联网业务提供数据支撑和网络支撑。如图2所示，本实施例业务层具体包括获取平台层上传的用能信息数据实现多表合一数据采集、故障发生时根据平台层中收集的用能信息数据进行故障分析实现用能检修运维，以及根据平台层中收集的用能信息数据对用户异常行为分析实现用户用能行为分析等，可以基于泛在物联网实现多表合一数据采集，并在平台层大量数据基础上实现用能检修运维以及用能行为分析等的拓展应用，从而高效实现能源互联网的运行管理。如图2所示，上述各应用具体为：
1、多表合一数据采集
感知层终端表计将多种用能数据传输到电表上，并运用NB-IoT将汇聚的用能数据上传至平台层，在感知层架设边缘物联代理，加强终端表计的综合业务能力，在进行泛在用能信息采集业务的同时，可为电网新业务、新应用提供物质支撑，同时通过感知层架设的边缘物联代理，能够实现与平台层云计算相互联动，提高泛在用能信息采集***处理效率；再由平台层对感知层传输来的数据进行分类管理，为业务层提供相应数据，最终实现多表合一的数据采集。
2、用能检修运维
利用感知层终端表计和物联管理中心的数据综合分析以判断故障位置，以及判断故障的性质和影响范围，可缩短响应时间；同时借助感知层终端表计海量数据可以对用能网络进行有效监测，从而实现主动运维，提高供能可靠性；还可以利用上传的用能信息数据对用能线路故障进行预测，使得在线路故障前，运维人员有足够的应急响应时间。具体可以根据用能信息数据以及感知层中各采集部件的位置信息预测故障的发生以及在故障发生时定位故障位置、判断故障类型，如根据线路传感器数据定位线路老化或故障点，可提前发现故障类型并定位，及时安排现场检修，减少设备故障率，提升工作效率和线路可靠性。
3、异常用能行为分析
用户异常用能行为会造成用能侧非技术性损失问题，本实施例利用平台层大量的用能信息数据，采用非侵入监测技术对用户用能信息数据进行分析，在检测到异常用能行为时进行预警，提高能源传输安全性。
业务层进一步可以设置数据管理和***监控设备，以为电网业务和能源互联网业务提供可靠的数据支撑。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种基于泛在电力物联网的用能信息采集***，其特征在于，包括：
感知层，包括用于采集各类表计的用能信息数据进行集中的采集部件以及用于各类表计与各采集部件之间进行统一通信的通信网络；
网络层，包括用于所述感知层中各采集部件与平台层之间通信的传输网络；
平台层，用于收集所述感知层各采集部件上传的用能信息数据，并实现收集的所述用能信息数据的分析处理以及联网管理；
业务层，用于将所述感知层各采集部件上传的用能信息数据提供给所需业务；
所述感知层与网络层之间还设置有边缘计算平台，用于基于边缘计算对感知层中各采集部件采集到的用能信息数据进行初步计算处理分析。
2.根据权利要求1所述的基于泛在电力物联网的用能信息采集***，其特征在于：所述边缘计算平台包括多台边缘计算代理服务器，每台所述边缘计算代理服务器与所述感知层中对应的所述采集部件连接。
3.根据权利要求1所述的基于泛在电力物联网的用能信息采集***，其特征在于：所述网络层中具体采用NB-IoT网络实现所述感知层中各采集部件与平台层之间通信。
4.根据权利要求1所述的基于泛在电力物联网的用能信息采集***，其特征在于：所述平台层具体包括用于收集所述感知层各采集部件上传的用能信息数据的泛在用能数据中心、用于衍生出所需应用、用能信息所需业务以及基于所述泛在用能数据中心的数据进行分析处理与运行监控的能力开放中心、以及用于对接入网络的用户、设备进行分工管理的物联管理中心。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的基于泛在电力物联网的用能信息采集***，其特征在于：所述平台层采用云平台。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的基于泛在电力物联网的用能信息采集***，其特征在于：所述业务层包括获取所述平台层上传的用能信息数据实现多表合一数据采集、故障发生时根据所述平台层中收集的用能信息数据进行故障分析实现用能检修运维，以及根据所述平台层中收集的用能信息数据对用户异常行为分析实现用户用能行为分析中一种或多种。
7.根据权利要求6所述的基于泛在电力物联网的用能信息采集***，其特征在于，所述实现用能检修运维时，具体根据所述用能信息数据以及感知层中各采集部件的位置信息预测故障的发生以及在故障发生时定位故障位置、判断故障类型。
8.根据权利要求1～4中任意一项所述的基于泛在电力物联网的用能信息采集***，其特征在于：所述感知层中通信网络具体采用有线通信方式或无线通信方式，所述有线通信方式包括RS-485总线、M-Bus总线和电力线载波中任意一种。
9.根据权利要求1～4中任意一项所述的基于泛在电力物联网的用能信息采集***，其特征在于：所述网络层还配置有防火墙和/或在数据传输过程中进行数据加密。
10.根据权利要求1～4中任意一项所述的基于泛在电力物联网的用能信息采集***，其特征在于：所述感知层和/或平台层还配置有用于监控数据的监控设备。
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