一种智能电网与用户集成通信系统及其通信方法

摘要

本发明涉及一种智能电网与用户集成通信系统及其通信方法，所述系统包括电网侧系统、数据中心系统和用户侧系统；所述用户侧系统包括通过接口五相互连接的用户侧智能设备和用户侧能源管理系统，所述用户侧能源管理系统通过接口四与所述网关设备连接，所述网关设备通过分别通过接口二和接口三与所述电网侧系统和数据中心系统连接；所述电网侧系统通过接口六与所述数据中心系统连接。所述方法为：分析智能电网与用户的信息交互需求；对信息交互功能规范定义；分析功能涉及的对象和交互流程；定义静态信息模型；定义动态信息交换模型；通信协议映射；通信技术选择。本发明支撑电网和用户信息交互，提高以电力为中心的整个能源供应链效率和环境友好性。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种通信系统及其通信方法，更具体涉及一种智能电网与用户 集成通信系统及其通信方法。

背景技术：

近来，随着用户负荷快速增加，以及电动汽车、分布式电源的发展，需求 响应、负荷控制以及能效管理等智能电网应用将会逐步普及。在这一背景下， 需要电网侧系统（如用电信息采集系统，配电自动化系统，负荷管理系统，以 及第三方能源服务公司的系统等）和用户侧系统（如楼宇能源管理系统、工厂 能源管理系统，工业园区能源管理系统、小区能源管理系统、用户侧小型微电 网能量管理系统等）以及智能设备（各种智能家用电器，工业流程集中控制器 等）之间建立通信连接，来使电网侧的信号（电价信号、激励信号、紧急控制 信号等）传输到用户侧，用户侧的信号，包括服务请求、智能用电设备注册等 可以传递到电网侧系统。

中国专利ZL201020506678.4一种多网融合的智能电网系统，该实用新型 包括集抄模块、服务中心模块、缴费模块等模块；主站模块收到集抄模块的抄 表数据后发给数据分析模块，在数据分析模块中进行暂存和分析，并将计算结 果发给服务中心模块和存储数据库；服务中心模块将收到的信息汇集筛选后传 给信息发布模块进行信息发布，用户收到信息后可缴费、设置智能节电模式等。 该专利并不包智能电网与用户集成通信的方法。

中国专利ZL201120533585.5一种用于对微网能量进行管理的系统，该专 利提供了一种用于对微网能量进行管理的系统，智能电表采集微网系统各负荷 的电量信息，智能终端接收所述智能电表采集的电量信息数据，并实时将所采 集数据利用以太网进行输出，微网系统控制器接收所述智能终端输出的信息数 据，对所述智能终端输出地数据信息数据进行整理，根据预先设定的微网控制 策略进行逻辑判断，获得微网控制判据执行指令，并将控制指令传输到所述智 能终端，实现了分布式电源优化控制、能量经济调度、可再生能源出力预测、 无功优化和电压控制、需求侧响应、即插即用、并网和孤岛转换等应用功能。 该专利并不包含智能电网与用户集成通信的方法。

中国专利ZL200810066225.1一种实现呈现业务的方法和互连网关，本发明 公开了一种XMPP用户订阅SIMPLE用户呈现信息的方法，包括：接收XMPP侧用 户发送的订阅SIMPLE用户的订阅请求或者探针请求；根据所述的订阅请求或探 针请求判断SIMPLE侧是否已存在所述XMPP侧用户对所述SIMPLE用户的订阅； 如果存在，则根据所述已存在的SIMPLE侧订阅的订阅状态向XMPP侧发送相应 的响应消息。本发明还公开SIMPLE用户订阅XMPP用户呈现信息的方法和互连 网关，减少对网络资源的浪费。该专利并不包含智能电网与用户集成通信的方 法。

针对现有技术的不足，本发明提供一种智能电网与用户集成通信系统及其 通信方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种智能电网与用户集成通信系统及其通信方法，该 发明应用相关的系统开发和部署，用于支撑电网和用户信息交互，有利于从整 理上优化电流和信息流，提高以电力为中心的整个能源供应链的效率和环境友 好性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种智能电网与用户集成通 信系统，所述集成通信系统包括电网侧系统、数据中心系统和用户侧系统；所 述用户侧系统包括通过接口五相互连接的用户侧智能设备和用户侧能源管理系 统，所述用户侧能源管理系统通过接口四与所述网关设备相互连接，所述网关 设备通过分别通过接口二和接口三与所述电网侧系统和数据中心系统连接；所 述电网侧系统通过接口六与所述数据中心系统连接。

本发明提供的一种智能电网与用户集成通信系统，所述用户侧智能设备包 括智能家居子系统、智能楼宇子系统和智能工厂子系统；

所述用户侧能源管理系统包括家庭能源管理系统、楼宇能源管理系统和工 厂能源管理系统；

所述智能家居子系统通过所述接口五与所述家庭能源管理系统相互连接； 所述智能楼宇子系统通过所述接口五与楼宇能源管理系统相互连接；所述智能 工厂子系统通过所述接口五与工厂能源管理系统相互连接；

所述用户侧能源管理系统在分析所述电网侧系统传递来的信息的基础上， 实现用户能源以及用户侧智能设备的高效监控和管理，并智能汇聚用户侧能源 信息，有效传递到所述电网侧系统。

本发明提供的一种智能电网与用户集成通信系统，所述网关设备包括智能 电表，公用通信网关和公用事业网关；

所述智能电表，公用通信网关和公用事业网关分别通过所述接口四均与所 述家庭能源管理系统、楼宇能源管理系统和工厂能源管理系统连接；所述智能 电表，公用通信网关和公用事业网关分别通过所述接口三与所述数据中心系统 连接；

所述网关设备实现电网侧系统和用户侧系统信息的有效和安全传递，完成 电网和用户双方双向交互的通信功能。

本发明提供的另一优选的一种智能电网与用户集成通信系统，所述电网侧 系统包括通过接口一彼此连接的配网能量管理、用电信息采集和输电能量管理； 所述配网能量管理和输电能量管理分别通过所述接口二均与所述公用网关和专 用网关连接；所述用电信息采集通过所述接口二与所述智能电表连接。

本发明提供的再一优选的一种智能电网与用户集成通信系统，所述电网侧 系统和用户侧智能设备的交互在用户参与电压调节辅助服务场合，不通过所述 用户侧能源管理系统的集中协调直接交互。

本发明提供的又一优选的包含上述技术方案的一种智能电网与用户集成 通信系统的通信方法，所述方法包括以下步骤：

（1）分析智能电网与用户的信息交互需求；

（2）对信息交互功能规范定义；

（3）分析功能涉及的对象和交互流程；

（4）定义静态信息模型；

（5）定义动态信息交换模型；

（6）通信协议映射；

（7）通信技术选择。

本发明提供的又一优选的一种智能电网与用户集成通信系统的通信方法， 所述步骤（1）的需求包括自动需求响应、用户侧能源监控和管理。

本发明提供的又一优选的一种智能电网与用户集成通信系统的通信方法， 所述步骤（2）中的交互功能包括传递电价信号、传递控制信号、传递气象预测 信息、传递时间信息、传递激励信息、传递用户侧用电信息、传递电网侧需求 信息和传递用户侧需求信息。

本发明提供的又一优选的一种智能电网与用户集成通信系统的通信方法， 所述步骤（3）中分析交互流程的对象包括人、组织、自动化系统系统和设备；

所述步骤（4）中所述信息模型兼容国际电工委员会公共信息模型，基于国 际电工委员会62325或61970或61968的融合的数据模型；所述融合的数据模 型从分布式数据缓存提取；分布式缓存为Oracles Coherence或EHCache。

本发明提供的又一优选的一种智能电网与用户集成通信系统的通信方法， 所述步骤（5）中定义动态信息交换模型为至少两个通信服务的组合或者单一通 信服务，提供企业服务总线调用；

所述步骤（6）中通信协议映射为所述步骤（4）中的信息模型和所述步骤 （5）中信息交换模型映射到HTTP、XMPP、CoAP协议上传输；

所述步骤（7）中通信技术选择支撑所述步骤（6）的通信协议；所述通信 技术选择为电力公司智能电表所用通信技术或公网通信；所述电力公司智能电 表所用通信技术包括无线通信和电力线载波通信；所述公网通信包括互联网。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明提供的技术方案可用于智能电网用户应用相关的系统开发和部 署，用于支撑电网和用户信息交互，有利于从整理上优化电流和信息流，提高 以电力为中心的整个能源供应链的效率和环境友好性；

2、本发明提供的技术方案是不依赖于任何操作系统和编程语言的；在 ISO/OSI七层通信模型和基础上，基于统一的体系架构，集成XML、XMPP、JSON 等信息交换技术和协议；

3、本发明提供的技术方案可于提高需求响应、节能监控、智能家居、智能 楼宇、智能工业园区、微电网等应用中与电力能源应用相关自动化系统和智能 设备开发；

4、本发明提供的技术方案用于智能电网与用户集成通信的方法，支持多技 术、对协议集成，提高电网和用户信息交换的效率；

5、本发明提供的技术方案的通信模型采用分层、分布式架构、信息交换具 备统一的信息组织框架，支持未来各种应用的协同；提高系统互操作能力。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明方法的流程图；

图3为本发明中电网侧系统与用户侧系统信息交换中的SGUI-CIM和 SGUI-CS示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-3所示，本例的发明智能电网与用户集成通信系统包括电网侧系统、 数据中心系统和用户侧系统；所述用户侧系统包括通过接口五相互连接的用户 侧智能设备和用户侧能源管理系统，所述用户侧能源管理系统通过接口四与所 述网关设备相互连接，所述网关设备通过分别通过接口二和接口三与所述电网 侧系统和数据中心系统连接；所述电网侧系统通过接口六与所述数据中心系统 连接。

所述用户侧智能设备包括智能家居子系统、智能楼宇子系统和智能工厂子 系统；所述用户侧能源管理系统包括家庭能源管理系统、楼宇能源管理系统和 工厂能源管理系统；

所述智能家居子系统通过所述接口五与所述家庭能源管理系统相互连接； 所述智能楼宇子系统通过所述接口五与楼宇能源管理系统相互连接；所述智能 工厂子系统通过所述接口五与工厂能源管理系统相互连接；

所述用户侧能源管理系统在分析所述电网侧系统传递来的信息的基础上， 实现用户能源以及用户侧智能设备的高效监控和管理，并智能汇聚用户侧能源 信息，有效传递到所述电网侧系统。

所述网关设备包括智能电表，公用通信网关和公用事业网关；所述智能电 表，公用通信网关和公用事业网关分别通过所述接口四均与所述家庭能源管理 系统、楼宇能源管理系统和工厂能源管理系统连接；所述智能电表，公用通信 网关和公用事业网关分别通过所述接口三与所述数据中心系统连接；

所述网关设备实现电网侧系统和用户侧系统信息的有效和安全传递，完成电 网和用户双方双向交互的通信功能的数据转换。

所述电网侧系统包括通过接口一彼此连接的配网能量管理、用电信息采集 和输电能量管理；所述配网能量管理和输电能量管理分别通过所述接口二均与 所述公用网关和专用网关连接；所述用电信息采集通过所述接口二与所述智能 电表连接。

如果用户侧系统没有能源管理系统的情况下，通信网关如智能电表亦可以 完成对用户侧智能设备的监控和管理功能。电网侧系统和用户侧智能设备的交 互可以通过用户侧能源管理系统的集中协调间接交互，或者不通过用户侧能源 管理系统的集中协调直接交互，后者适用于用户参与电压调节等辅助服务场合。

所述接口一为电网侧系统之间信息交换接口，接口二为电网侧系统与通信 设备之间的信息交换接口，接口三为数据中心和通信设备之间的信息交换接口， 接口四为通信设备和用户侧智能系统之间的信息交换接口，接口五为用户侧智 能系统和用户侧智能设备之间的信息交换接口，接口六为电网侧系统和用户侧 系统和数据中心之间的信息交换接口。

所述智能电网与用户集成通信系统的方法包括以下步骤：

（1）分析智能电网与用户的信息交互需求；

（2）对信息交互功能规范定义；

（3）分析功能涉及的对象和交互流程；

（4）定义静态信息模型；

（5）定义动态信息交换模型；

（6）通信协议映射；

（7）通信技术选择。

所述步骤（1）的需求包括自动需求响应、用户侧能源监控和管理。

所述步骤（2）中的交互功能包括传递电价信号、传递控制信号、传递气象 预测信息、传递时间信息、传递激励信息、传递用户侧用电信息、传递电网侧 需求信息和传递用户侧需求信息。

所述步骤（3）中分析交互流程的对象包括人、组织、自动化系统和设备； 重点是自动化系统和设备，各种用户侧智能设备和系统能识别符合IEC  CIM/61850模型，采用XML或者JSON语言描述的数据模型，数据建模规范兼容 IEC CIM/61850建模规范。

所述步骤（4）中所述信息模型兼容国际电工委员会公共信息模型（IEC  CIM），基于国际电工委员会（IEC）62325或61970或61968的融合的数据模型 Corporate Data Model(CDM)；所述融合的数据模型CDM从分布式数据缓存提 取；分布式缓存为Oracles Coherence或EHCache；所述融合的数据模型为 SGUI-CIM（Smart Grid User Interface-Common Information Model）。

所述步骤（5）中定义动态信息交换模型为至少两个通信服务的组合或者单 一通信服务，提供企业服务总线ESB（Enterprise ServiceBus）调用，调用企 业服务总线ESB（Enterprise Service Bus）的SGUI-CS（Smart Grid User  Interface-Communication Service）；所述步骤（6）中通信协议映射为所述步 骤（4）中的信息模型和所述步骤（5）中信息交换模型映射到HTTP、XMPP、CoAP 协议上传输；应用层数据传输和存储采用XML（Extensible Markup Language） 或者JSON（JavaScript Object Notation）标记语言。

所述步骤（7）中通信技术选择支撑所述步骤（6）的通信协议；所述通信 技术选择为电力公司智能电表所用通信技术或公网通信；所述电力公司智能电 表所用通信技术包括无线通信和电力线载波通信；所述公网通信包括互联网。

电网侧系统与用户侧系统在进行信息交换调用所述企业服务总线ESB （Enterprise Service Bus）的SGUI-CS（Smart Grid User  Interface-Communication Service），所述用户侧系统依次通过面向消息中间 件、用户侧应用、所述融合的数据模型SGUI-CIM（Smart Grid User  Interface-Common Information Model）和各种用户侧通信协议进行信息的传 输；所述电网侧系统依次通过面向消息中间件、分布式数据缓存、所述融合的 数据模型SGUI-CIM（Smart Grid User Interface-Common Information Model） 和电网侧各种应用进行信息的传输；电网侧应用包括调度自动化系统、配电自 动化系统、资产管理系统、营销管理系统等，用户侧应用包括智能家居系统、 智能楼宇系统、用户侧能源管理系统等。面向消息中间件是一种实时的数据分 布中线。各种用户侧通信协议包括BACnet、KNX、LONWORKS等等。系统实现上 智能电网端系统采用分布式智能减少大量节点的访问，电力系统自动化前端采 用分布式数据缓存技术，如Oracles Coherence或者EHCache.，数据处理上采 用大数据技术：Apache Hadoop。

最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限 制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员 应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱 离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围 当中。