基于物联网架构的双向互动式智能配用电系统

摘要

基于物联网架构的双向互动式智能配用电系统，包括若干用户端口以及分配端口，分配端口包括配电箱，配用电系统接入物联网，用户端口包括：负载覆盖模块、总用电量检测模块、波峰获取模块、第一处理模块、负载检测模块、第一计时模块、传输模块；感知层对应于负载检测模块、第一计时模块以及第一处理模块，网络层对应传输模块，应用层对应各个负载；应用层包括特征获取模块与第二计时模块；第一处理模块还用于根据工作状态持续过程中额外获取的工作用电量增加波峰值并且根据增加过后的波峰值再次判断分档；根据分配端口实时总用电量的波峰将波峰小的分配端口预分配的用电量分配至波峰大的分配端口，使得配用电系统分配用电量更具有弹性。

说明书

技术领域

本发明涉及配电系统领域，尤其涉及基于物联网架构的双向互动式智能配用电系统。

背景技术

智能电网代表着当今世界电力系统发展、变革的最新方向，它以包括发、输、变、配、用和调度等各环节的电力系统为对象，不断研发和应用新型控制技术、信息技术和管理技术，实现信息的智能交流。通信系统作为支撑智能电网建设的公共平台和重要手段，始终贯穿于六大应用环节。

配用电通信网是电力通信网络平台的重要组成部分，是电力骨干通信网的向下延伸，然而，由于其覆盖面广、节点多、建设难度大等原因，一直以来缺乏适用的通信技术和建设模式，成为我国电力通信网发展瓶颈，制约了智能配、用电业务的应用与开展。

在配网自动化的建设中，通信方式是非常重要的一个环节，是实施配网自动化的基础，因此，实施配网自动化必须解决好通信问题，才能准确地将配电终端设备与配电自动化系统主站进行数据通信和数据交换。随着通信技术的发展，可供选择的通信手段很多，主要有光纤、配电线载波、电话专线、CATV通道、无线扩频、微波通信、专线RS-485、公网GPRS/3G等方式，常用于故障指示器、FTU、TTU的通信、负荷控制、低压用户抄表、通信主干线等。这些通信技术的应用，在一定程度上解决了配用电信息传输问题。

现如今，配用电系统的配电方式是按照用电方式，即居民用电、商业用电等进行区别配电，配用电方式相对固定，无法根据需求的用电量进行配用电的调整。

发明内容

发明目的：

针对配用电系统的配电方式是按照用电方式，即居民用电、商业用电等进行区别配电，配用电方式相对固定，无法根据需求的用电量进行配用电的调整的问题，本发明提供基于物联网架构的双向互动式智能配用电系统。

技术方案：

基于物联网架构的双向互动式智能配用电系统，包括若干用户端口以及分配端口，所述分配端口包括配电箱，所述配用电系统接入物联网，所述物联网的层级结构包括感知层、网络层以及应用层，

所述用户端口包括：

负载覆盖模块，用于覆盖多个已连入配用电系统的负载；

总用电量检测模块，用于所述负载覆盖模块覆盖的负载进行实时总用电量的检测；

波峰获取模块，用于获取所述实时总用电量的波峰且根据波峰值的大小将波峰分为第一档波峰、第二档波峰以及第三档波峰；

第一处理模块，用于以所述第二档波峰作为配用电系统正常配电的信号传输至所述分配端口、将所述第三档波峰作为所述负载覆盖模块覆盖的负载群允许对外分配实时用电量的信号传输至所述分配端口、将所述第一档波峰作为所述负载覆盖模块覆盖的负载群需要额外分配实时用电量的信号传输至所述分配端口；还用于向根据所述负载检测模块感应到的负载分配第一计时模块；

负载检测模块，用于感应覆盖在所述负载覆盖模块下的负载，其中，具体到每一个被对应的负载覆盖模块覆盖的负载且根据每个负载的实时用电量判断实时总用电量；

第一计时模块，用于进行对应的负载运行的计时；

传输模块，用于将所述第一处理模块判断出的负载运行状况的信息传输至所述分配端口；

其中，所述感知层对应于所述负载检测模块、第一计时模块以及第一处理模块，所述网络层对应所述传输模块，所述应用层对应各个负载；

所述应用层包括分别设置为至少一个且相互对应的特征获取模块与第二计时模块；

所述特征获取模块用于获取对应的负载的特征工作状态，所述特征工作状态为对应的负载需要额外工作用电量的状态；

所述第二计时模块用于记录所述特征工作状态的持续时间；

其中，所述第一处理模块还用于在出现特征工作状态时，根据所述工作状态持续过程中额外获取的工作用电量增加波峰值并且根据增加过后的波峰值再次判断分档；

所述分配端口用于根据所述第一处理模块判断出的分档信息调整配电箱。

作为本发明的一种优选方式，所述用户端口还包括第二处理模块，所述传输模块还用于将各个分配至对应的负载的第一计时模块的计时时间传输至所述第二处理模块；

所述第二处理模块用于根据所述第一计时模块的计时时间的历史记录推测对应负载的运行持续时间以及根据所述第一计时模块的计时节点判断不同的用户端口对应的波峰分档持续时间；

所述分配端口还用于根据波峰分档持续时间选择适当的用户端口进行用电量的分配。

作为本发明的一种优选方式，所述第二处理模块还用于根据所述第一计时间模块记录对应负载的运行持续时间的历史记录以及根据所述历史记录向所述分配端口提供不同的用电量分配的方案。

作为本发明的一种优选方式，所述配用电系统连入互联网时间，所述分配端口还用于根据所述互联网时间并结合所述用户端口在实际生活中的分类进行用电量的分配，所述实际生活中的分类的依据是用户端口对应的地点的用途。

作为本发明的一种优选方式，所述第二计时模块周期性循环计时，所述第一处理模块还用于根据所述第二计时模块的计时周期通过所述传输模块向所述分配端口发送计时信息；

所述分配端口还用于根据所述计时信息调整对用电量的分配；其中，对于所述第二计时模块，不满一个周期的计时进程在进行计时信息的发送时当作一个周期。

作为本发明的一种优选方式，所述特征获取模块还用于获取负载的运行用电量以及负载当前运行的工作内容以及联合记录负载运行工作内容以及负载运行用电量；其中，当负载运行时，所述特征获取模块直接通过所述负载的工作内容判断负载运行的用电量。

作为本发明的一种优选方式，每个所述负载覆盖模块下覆盖的负载进行一次分组，对于每个一次分组中的负载，进行进一步的二次分组；

所述第一处理模块还用于通过所述传输模块将所述负载检测模块检测的负载运行状况以及负载的一次分组与二次分组的信息传输至所述分配端口；

所述分配端口还用于根据负载运行状况以及负载的一次分组与二次分组的信息进行用电量的分配。

作为本发明的一种优选方式，所述应用层还包括分压器，所述分压器应用于负载；

所述第一处理模块还用于根据所述负载检测模块检测的负载运行状态以及所述负载的二次分组对该二次分组中其余的负载以及负载本身对应的分压器进行调整。

作为本发明的一种优选方式，所述感知层还包括优先级检测模块，所述优先级检测模块用于检测负载运行的优先级，所述优先级为针对用户在二次分组的负载的使用必要性。

作为本发明的一种优选方式，所述第一处理模块还用于依次计算二次分组中的负载的总体优先级以及一次分组的总体优先级；

所述传输模块还用于将所述总体优先级传输至所述分配端口；

所述分配端口还用于根据所述一次分组的总体优先级调整用电量的分配。

本发明实现以下有益效果：

1.将接入配用电系统的负载通过负载覆盖模块分组并且覆盖，根据对各个负载覆盖模块下的负载的实时用总电量进行检测，并计算分配端口的实时总用电量，根据分配端口实时总用电量的波峰的大小将波峰小的分配端口预分配的用电量分配至波峰大的分配端口，从而使得配用电系统分配用电量更具有弹性，节约电能。

2.根据负载运行的持续时间的历史记录判断负载运行的预计结束时间，通过预计结束时间后波峰的大小对分配端口的配用电预分配进行调整，使得配用电系统分配用电量更具有弹性。

3.通过负载运行的实际情况设定一些特征工作状态，在特征工作状态下对用电量进行额外的计算，并根据一次分组以及二次分组的情况在一次分组中检索实时用电量处于低分档的二次分组组别并将用电量分配至有特征工作状态的二次分组中，使得配用电系统分配电量更具有弹性，降低了电能的浪费，控制总用电量，避免总用电量超额造成配用电系统损耗。

4.对负载运行进行用户优先级的分级，根据用户优先级对负载实时用电量进行分配，降低优先级低的负载的实时用电量分配，在不影响住户生活的条件下进一步的节约电能。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明提供的基于物联网架构的双向互动式智能配用电系统的主框架图。

图2为本发明提供的基于物联网架构的双向互动式智能配用电系统的物联网框架图。

图3为本发明提供的基于物联网架构的双向互动式智能配用电系统模块连接图。

图4为本发明提供的基于物联网架构的双向互动式智能配用电系统的工作流程图。

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。

实施例一

参考图为图1-4。基于物联网架构的双向互动式智能配用电系统，包括若干用户端口1以及分配端口2，所述分配端口2包括配电箱，所述配用电系统接入物联网3，所述物联网3的层级结构包括感知层4、网络层5以及应用层6。

所述用户端口1包括：

负载覆盖模块7，用于覆盖多个已连入配用电系统的负载。

总用电量检测模块8，用于所述负载覆盖模块7覆盖的负载进行实时总用电量的检测。

波峰获取模块9，用于获取所述实时总用电量的波峰且根据波峰值的大小将波峰分为第一档波峰、第二档波峰以及第三档波峰。

第一处理模块10，用于以所述第二档波峰作为配用电系统正常配电的信号传输至所述分配端口2、将所述第三档波峰作为所述负载覆盖模块7覆盖的负载群允许对外分配实时用电量的信号传输至所述分配端口2、将所述第一档波峰作为所述负载覆盖模块7覆盖的负载群需要额外分配实时用电量的信号传输至所述分配端口2；还用于向根据所述负载检测模块11感应到的负载分配第一计时模块12。

负载检测模块11，用于感应覆盖在所述负载覆盖模块7下的负载，其中，具体到每一个被对应的负载覆盖模块7覆盖的负载且根据每个负载的实时用电量判断实时总用电量。

第一计时模块12，用于进行对应的负载运行的计时。

信息传输模块13，用于将所述第一处理模块10判断出的负载运行状况的信息传输至所述分配端口2。

其中，所述感知层4对应于所述负载检测模块11、第一计时模块12以及第一处理模块10，所述网络层5对应所述信息传输模块13，所述应用层6对应各个负载。

所述应用层6包括分别设置为至少一个且相互对应的特征获取模块14与第二计时模块15。

所述特征获取模块14用于获取对应的负载的特征工作状态，所述特征工作状态为对应的负载需要额外工作用电量的状态。

所述第二计时模块15用于记录所述特征工作状态的持续时间。

其中，所述第一处理模块10还用于在出现特征工作状态时，根据所述工作状态持续过程中额外获取的工作用电量增加波峰值并且根据增加过后的波峰值再次判断分档。

所述分配端口2用于根据所述第一处理模块10判断出的分档信息调整配电箱。

作为本发明的一种优选方式，所述用户端口1还包括第二处理模块16，所述信息传输模块13还用于将各个分配至对应的负载的第一计时模块12的计时时间传输至所述第二处理模块16。

所述第二处理模块16用于根据所述第一计时模块12的计时时间的历史记录推测对应负载的运行持续时间以及根据所述第一计时模块12的计时节点判断不同的用户端口1对应的波峰分档持续时间。

所述分配端口2还用于根据波峰分档持续时间选择适当的用户端口1进行用电量的分配。

作为本发明的一种优选方式，所述第二处理模块16还用于根据所述第一计时间模块记录对应负载的运行持续时间的历史记录以及根据所述历史记录向所述分配端口2提供不同的用电量分配的方案。

作为本发明的一种优选方式，所述配用电系统连入互联网17时间，所述分配端口2还用于根据所述互联网17时间并结合所述用户端口1在实际生活中的分类进行用电量的分配，所述实际生活中的分类的依据是用户端口1对应的地点的用途。

在具体实施过程中，在日常的用电时会出现用电的高峰期，在用电高峰期时，会对电网产生一定的危害。

在进行供电的过程中，负载在进行耗电时会反馈出一定的用电量，对于负载，若干负载被一个负载覆盖模块7覆盖，负载覆盖模块7可以通过负载所在的位置以及负载的作用等对负载进行分开的覆盖。

例如，可以根据用电的分类进行负载覆盖，如根据商业用电、居民用电、工业用电等等进行负载分类，进而，可以对商业区所采用的的负载、居民区采用的负载、工业区采用的负载利用不同的负载覆盖模块7对各个负载进行覆盖，进而可以对各个负载覆盖模块7利用编号进行标记。

对于每个负载覆盖模块7，都接有一个总用电量检测模块8，每个总用电量检测模块8都只与一个负载覆盖模块7一一对应，总用电量检测模块8检测对应的负载覆盖模块7下覆盖的负载的总用电量。

总用电量检测模块8连接入计算机分析系统，总用电量检测模块8将检测的负载覆盖模块7的实时总用电量传输至计算机分析系统，计算机分析系统将实时总用电量根据时间的推进记录在以时间作为横坐标的坐标系中。

进而，在坐标系中能够产生实时总用电量关于时间的变化曲线，由于发电站发出的是交流电，因此总用电量关于时间的变化曲线是近似于一个正弦函数或余弦函数的曲线，而由于正弦函数或余弦函数有波峰，因此实时总用电量的变化曲线也具有若干波峰，通过波峰可以判断一定时间段内最大的实时总用电量。

波峰获取模块9连入计算机分析系统，在实时总用电量在计算机分析系统中生成一定周期的波形函数后，波峰获取模块9根据实时总用电量的波形函数分析波形的变化率，将变化率为0的波形函数的位置作为波峰并获取该些波峰。

对于波峰获取模块9，在预先设置中可以将波峰设置为第一档波峰、第二档波峰以及第三档波峰，其中，第二档波峰对应的总用电量值的范围作为正常的实时总用电量的范围，即作为正常用电周期；第一档波峰对应的总用电量的范围对应的实时总用电量值的范围大于正常的实时总用电量值的范围，即作为总用电量超出的周期；第三档波峰对应的总用电量的范围对应的实时总用电量值的范围小于正常实时总用电量值的范围，即作为总用电量较低的周期。

对于波峰获取模块9，连接有第一处理模块10，第一处理模块10会根据波峰获取模块9获取的实时总用电量的波峰的分档将分档对应的信号传输至分配端口2，即将第二档波峰作为配用电系统正常配电的信号传输至分配端口2。

此时分配端口2对于该波峰对应的负载覆盖模块7下的负载的配电情况不做改变，即配用电系统正常配电；将第一档波峰作为负载覆盖模块7覆盖的负载群需要额外分配试试用电量的信号传输至分配端口2，此时分配端口2对于该波峰对应的负载模块下的负载额外增加配电量；将第三档波峰作为负载覆盖模块7覆盖的负载群允许对外分配实时用电量的信号传输至分配端口2，此时对于该波峰对应的负载模块下的负载所分配的用电量，分配端口2可以将该些分配的用电量中没有利用的电量对外分配至其余第一档波峰所对应的负载覆盖模块7。

例如，对于负载覆盖模块7A，第一处理模块10判断波峰获取模块9获取的波峰为第一档波峰，对于负载覆盖模块7B，第一处理模块10判断波峰获取模块9获取的波峰为第三档波峰，对于负载覆盖模块7C，第一处理模块10判断波峰获取模块9获取的波峰为第二档波峰，则根据第一处理模块10发送的分配用电量的信号，配用电系统将负载覆盖模块7B的部分用电量分配给负载覆盖模块7A的分配端口2。

对于每个分配端口2，在负载运行时，第一处理模块10向负载分配第一计时模块12，与检测负载的负载检测模块11一同作用于负载，负载检测模块11检测负载上的实时用电量，在负载开始运行时，分配至负载的第一计时模块12在负载运行时对负载运行时间进行计时。

对于每个已经接入配用电系统的负载，每次分配到第一计时模块12且计时结束后，都会将当次计时结果记录至历史记录中，第二处理模块16根据历史记录中负载的运行持续时间计算该负载运行时间的众数，在该负载进行当前状况下的运行时，第二处理模块16会将历史记录中的该负载的运行时间的众数作为运行时间的参考依据，并以当前第一计时模块12的计时节点作为参照点对当前的计时时间在历史参考依据中的进程，根据当前第一计时模块12的计时进行判断此时负载运行的预期剩余时间，预期剩余时间即历史参考时间减去当前第一计时模块12的计时节点得到的时间。

进而通过互联网17时间，在互联网17时间上判断负载运行结束的时间节点，第二处理模块16根据互联网17时间上负载运行结束的时间节点判断负载实时用电量改变的量，信息传输模块13将负载实时用电量改变的量传输至分配端口2，分配端口2根据总用电量检测模块8检测的总用电量判断在负载运行结束后的时间，根据各个负载不同的结束时间对用电量进行分配。

即，对于负载A，在负载A预计结束运行的时间A处，重新计算时间A处之后实时总用电量，并根据上述根据实时总用电量的对配用电进行的操作进行时间A后的配用电的处理。

对于每个负载，都会有一定的特定的工作状态，例如，对于电脑，当用户玩需求高的游戏时，电脑的风扇会增加工作量，因此电脑的实时用电量会增加，增加的实时用电量就作为特征用电量，电脑的风扇增加工作量的起因，即玩游戏，即作为特征工作状态。

对于特征工作状态，第二处理模块16在特征获取模块14获取了负载上的一定的特征工作状态后，通过第二计时模块15对特征工作状态进行计时，作为负载需要额外的工作用电量的时间累计，在时间累计的过程中第一处理模块10根据负载的额外的用电量累加进负载的实时用电量，进而，对于整个负载覆盖模块7，根据额外用电量，整个负载覆盖模块7的实时总用电量增大。

从而，第一处理模块10通过波峰获取模块9获取的加入额外用电量的实时总用电量的波峰的分档，并根据上述对于各个不同分档的信号处理结果对负载覆盖模块7进行配用电的调整。

实施例二

参考图为图1-4。作为本发明的一种优选方式，所述第二计时模块15周期性循环计时，所述第一处理模块10还用于根据所述第二计时模块15的计时周期通过所述信息传输模块13向所述分配端口2发送计时信息。

所述分配端口2还用于根据所述计时信息调整对用电量的分配；其中，对于所述第二计时模块15，不满一个周期的计时进程在进行计时信息的发送时当作一个周期。

作为本发明的一种优选方式，所述特征获取模块14还用于获取负载的运行用电量以及负载当前运行的工作内容以及联合记录负载运行工作内容以及负载运行用电量；其中，当负载运行时，所述特征获取模块14直接通过所述负载的工作内容判断负载运行的用电量。

在具体实施过程中，对于负载的特征工作状态，第二计时模块15中设置有循环的计时时间，循环计时时间为一个定值，可以任意设置为R，R即作为一个计时周期，每当计时时间达到R时，重新开始计时，第一处理模块10根据计时周期通过信息传输模块13向分配端口2发送计时信息，对于第二计时模块15的计时，当第一处理模块10判断第二计时模块15的计时不满R时，在向分配端口2发送计时信息时仍旧发送一个周期结束的信息，即分配端口2收到的计时信息总是R的整数倍。

每当开始一个计时周期时，第一处理模块10通过信息传输模块13向分配端口2发送一个计时信息，对于计时信息，分配端口2将计时信息累计，得到当前周期结束后负载对应的负载覆盖模块7所在的时间节点，由于负载运行结束后用电量减少，可以在当前周期结束后对应的时间节点处寻找其余处于第一档波峰的波峰对应的负载覆盖模块7，将负载特征工作状态结束后多余的分配的用电量分配至其余的处于第一档波峰的负载对应模块中。

另外，对于负载覆盖模块7内部，在特征工作状态结束后，第一处理模块10可以在负载覆盖模块7覆盖下的负载中寻找其余正在处于特征工作状态的负载，分配端口2根据第一处理模块10的工作情况直接将特征工作状态结束的负载对应的额外的用电量分配至其余正在处于特征工作状态的负载，分配端口2向配用电系统将额外被分配的一定的用电量“还”给配用电系统。

实施例三

参考图为图1-4。作为本发明的一种优选方式，每个所述负载覆盖模块7下覆盖的负载进行一次分组，对于每个一次分组中的负载，进行进一步的二次分组。

所述第一处理模块10还用于通过所述信息传输模块13将所述负载检测模块11检测的负载运行状况以及负载的一次分组与二次分组的信息传输至所述分配端口2。

所述分配端口2还用于根据负载运行状况以及负载的一次分组与二次分组的信息进行用电量的分配。

作为本发明的一种优选方式，所述应用层6还包括分压器，所述分压器应用于负载。

所述第一处理模块10还用于根据所述负载检测模块11检测的负载运行状态以及所述负载的二次分组对该二次分组中其余的负载以及负载本身对应的分压器进行调整。

作为本发明的一种优选方式，所述感知层4还包括优先级检测模块18，所述优先级检测模块18用于检测负载运行的优先级，所述优先级为针对用户在二次分组的负载的使用必要性。

作为本发明的一种优选方式，所述第一处理模块10还用于依次计算二次分组中的负载的总体优先级以及一次分组的总体优先级。

所述信息传输模块13还用于将所述总体优先级传输至所述分配端口2。

所述分配端口2还用于根据所述一次分组的总体优先级调整用电量的分配。

在具体实施过程中，对于负载模块，例如覆盖了一个居民小区的负载覆盖模块7，可以将居民小区的每一栋楼作为一次分组进行区分，对于每一栋楼，可以将每一栋楼的每一个住户作为二次分组。

分配端口2从配用电系统获取的电量分配至作为一次分组的每一栋楼，对于每一栋楼的每一个住户，即每一个一次分组下的二次分组，对每一个住户的每一个负载进行用电量的检测，在预期的分配中，对每个住户的每个负载进行记录，以负载的数量进行每个住户的实时用电量进行预期分配。

在住户日常生活时，负载运行，在运行的过程中，负载检测模块11检测负载是否运行，当判断负载运行时，在预期分配的用电量中扣除负载运行消耗的实时用电量，当实时用电量分摊完预期分配的实时用电量后，若还有运行的负载，第一处理模块10判断其余的住户，即其余的二次分组的预期分配的实时用电量是否还有剩余，若是，则将该二次分组的预期分配的实时用电量的剩余量分配至当前的住户，即二次分组。

对于一次分组，可以利用二次分组的方案对一次分组进行预期分配实时用电量以及实时用电量的互补。

在二次分组中，还包括优先级检测模块18，对于优先级检测模块18，通过检测负载运行是否与住户有直接的关系进行负载运行的优先级的判断。

例如，当用户在玩电脑时，作为电脑的负载为第一优先级的负载，电脑桌的台灯作为第二优先级负载，这两个负载作为全额用电的负载，其余的负载可作为低优先级的负载，对于低优先级的负载，分压器降低该些低优先级负载的用电量，从而节省用电量。

对于时间不同，例如在夏天，将空调也作为第一优先级负载，诸如此类。

对于一次分组，通过二次分组的优先级计算结果推断一次分组的优先级，在一次分组的优先级下分配用电量。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。