一种综合能源的能效监测系统
阅读说明：本技术 一种综合能源的能效监测系统 (Energy efficiency monitoring system of comprehensive energy ) 是由 周银锋 雷炳银 王子驰 孙荣智 侯葵 苏雨晴 孙炜哲 徐立军 刘健 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种综合能源的能效监测系统,属于能效监测技术领域。能效监测系统包括：若干组数据采集单元,每组均包括若干电气量传感器和若干非电气量传感器,用于采集相应的数据；若干分布式单元,各分布式单元通信连接对应的一组数据采集单元；中央处理单元,各分布式单元均与中央处理单元进行通信连接,中央处理单元对接收的数据进行能效和用电状态分析,并进行输出；云平台,云平台与中央处理单元通信连接,接收并存储中央处理单元输出的数据。本发明这种分布式采集系统通过将数据采集传感器和分布式单元进行科学合理的布设,全面覆盖各个采集区域,进而将各个区域的数据进行监测,实现了各小型局域电力系统的能效的整体监测。(The invention relates to an energy efficiency monitoring system of comprehensive energy, and belongs to the technical field of energy efficiency monitoring. The energy efficiency monitoring system comprises: the system comprises a plurality of groups of data acquisition units, a plurality of data acquisition units and a plurality of control units, wherein each group of data acquisition units comprises a plurality of electric quantity sensors and a plurality of non-electric quantity sensors and is used for acquiring corresponding data; each distributed unit is in communication connection with a corresponding group of data acquisition units; the central processing unit is in communication connection with each distributed unit, and analyzes and outputs the energy efficiency and the power utilization state of the received data; and the cloud platform is in communication connection with the central processing unit, and receives and stores data output by the central processing unit. According to the distributed acquisition system, the data acquisition sensors and the distributed units are scientifically and reasonably arranged to comprehensively cover all acquisition areas, so that data of all areas are monitored, and the integral monitoring of the energy efficiency of all small local power systems is realized.)
技术领域
本发明涉及一种综合能源的能效监测系统，属于能效监测技术领域。
背景技术
电能作为最主要的一种终端消费能源，在提升能源效率中的地位举足轻重。目前，我国电力客户用电效率较低，电能浪费现象大量存在，同时用电峰谷差不断拉大，发电和供电设备利用效率较低，节电潜力巨大。为了优化用电方式，提高终端用电效率，改变片面依靠扩大电厂、电网建设满足用电增长的模式，进一步推动节能减排和减少环境污染，构建支撑节能服务的能效公共服务平台和载体势在必行。能效公共服务平台面向社会提供节能服务，核心任务是实现海量能效数据信息的汇集、处理、存储与分析，并通过节能评估和能效优化数学模型和算法，为用户提供专业化的节能指导。实现社会、用户、电网等各类单位能效管理、有序用电管理等一体化管控，在云端实现对居民用户、商业用户及工业用户等能效信息的采集和监测，诊断分析用户的电压与电流波形、各相负载情况、功率因数、电能质量、电网损耗等能效参数，综合天气与环境、电价激励、分布式发电、谐波过滤、功率因数补偿及替代能源等方式，帮助电力用户提供节能评估和能效优化指导，提高用户用能效率。
从能效监测的区域大小分类，能效监测可分为大区域能效监测和小型局域电力系统能效监测。前者的监测范围是较大型的电力系统，强调数据和资源整合，研究对象是广义，上不同类别的电力负荷，如工业、农业、商业金融等电力负荷的特性和调节特性，而后者的监测范围是小型的局域电力系统，如用于台区、工业园区、商业或公共建筑、工业企业以及居民小区等领域，其监测对象具体到单个电力负荷的电气量。小型局域电力系统的能效监测是大电网负荷监测的基础。
为此，需要提出一种对于各小型局域电力系统的能效进行整体监测的技术方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种综合能源的能效监测系统，为各小型局域电力系统的能效进行整体监测提出一种行之有效的技术方案。
为实现上述目的，本申请提出了一种综合能源的能效监测系统的技术方案，能效监测系统包括：
若干组数据采集单元，每组数据采集单元包括若干电气量传感器和若干非电气量传感器，用于采集用电设备的电气数据和非电气数据；
若干分布式单元，各分布式单元通信连接对应的一组数据采集单元，各组数据采集单元将采集的数据发送至相应的分布式单元；分布式单元接收采集的数据，对采集的数据进行谐波分析，将谐波分析结果以及采集的数据输出；
中央处理单元，各分布式单元均与中央处理单元进行通信连接，中央处理单元根据分布式数据采集算法接收各分布式单元输出的数据，对接收的数据进行能效和用电状态分析，并通过路由转发算法将能效和用电状态分析后的数据以及接收的数据进行输出；
云平台，云平台与中央处理单元通信连接，接收并存储中央处理单元输出的数据。
本发明的综合能源的能效监测系统的技术方案的有益效果是：本发明采用分布式的数据采集系统对用电设备的电气量数据和非电气量数据进行采集，首先将各传感器的数据发送至分布式单元，分布式单元将数据汇集后发送至中央处理单元，进而通过中央处理单元进行能效和用电状态的分析，最后将所有的数据上传至云端进行存储。这种分布式采集系统通过将数据采集传感器和分布式单元进行科学合理的布设，全面覆盖各个采集区域，进而将各个区域的数据进行监测，实现了各小型局域电力系统的能效的整体监测。
进一步的，分布式数据采集算法为MySQL分布式数据采集算法。
进一步的，路由转发算法为EQGOR转发算法。
进一步的，数据采集单元通过无线通信的方式与分布式单元通信连接。
进一步的，无线通信的方式包括Zigbee无线通信、LARA无线通信、以及WIFI无线通信。
进一步的，分布式单元通过无线通信的方式与中央处理单元连接。
进一步的，无线通信的方式包括Zigbee无线通信、LARA无线通信、以及WIFI无线通信。
进一步的，中央处理单元通过无线通信的方式与云平台通信连接。
进一步的，无线通信的方式为4G、或者NB-IoT。
进一步的，Zigbee无线通信的组网方式为星状无线组网、树状无线组网、或者网状无线组网。
附图说明
图1是本发明综合能源的能效监测系统的结构图；
图2是本发明Zigbee星状无线组网示意图；
图3是本发明Zigbee树状无线组网示意图；
图4是本发明Zigbee网状无线组网示意图。
具体实施方式
综合能源的能效监测系统实施例：
本发明的主要构思在于，为了各小型局域电力系统的能效的整体监测，本发明采用分布式的数据采集系统对用电设备的电气量数据和非电气量数据进行采集，进而通过中央处理单元进行能效和用电状态的分析，这种分布式采集系统通过将数据采集传感器和分布式单元进行科学合理的布设，可以实现各小型局域电力系统的能效的整体监测。
具体的，综合能源的能效监测系统如图1所示，包括：若干组数据采集单元、若干分布式单元、中央处理单元和云平台，各单元的功能作用以及之间的连接关系如下：
每组数据采集单元包括若干电气量传感器和若干非电气量传感器，用于采集用电设备的电气数据和非电气数据；
各分布式单元通过Zigbee无线通信、LARA无线通信、以及WIFI无线通信的方式通信连接对应的一组数据采集单元(三种通信方式的优先等级依次为1.Zigbee无线通信，2.LARA无线通信，3.WIFI无线通信)，各组数据采集单元将采集的电气数据和非电气数据发送至相应的分布式单元；分布式单元接收采集的数据(也即采集数据)，对采集的数据进行谐波分析，将谐波分析结果以及采集的数据输出；
各分布式单元均通过Zigbee无线通信、LARA无线通信、以及WIFI无线通信的方式与中央处理单元进行通信连接(三种通信方式的优先等级依次为1.Zigbee无线通信，2.LARA无线通信，3.WIFI无线通信)，中央处理单元根据MySQL分布式数据采集算法接收各分布式单元输出的数据，对接收的数据进行能效和用电状态分析，并通过EQGOR转发算法将能效和用电状态分析后的数据以及接收的数据进行输出；EQGOR转发算法为一种路由转发算法，是一种能量平衡与QoS保障的WSN地理机会路由Energy Balanced and QoSguaranteed Geographic Opportunistic Routing协议，该协议中将兼顾能量和QoS的转发节点集优化问题转换为多目标优化问题，采用多目标粒子群的自适应转发集优化算法寻找最有解集，实现QoS性能保障和延长网络生存时间；
云平台，云平台通过4G无线通信的方式与中央处理单元通信连接，接收并存储中央处理单元输出的数据。云平台的存储的数据可以方便其他设备查询，例如：客户端或者网页等。
Zigbee无线通信的组网方式多样，可以如图2所示的星状无线组网、也可以如图3所示的树状无线组网，也可以如图4所示的网状无线组网。
Zigbee星状网络在Zigbee网络中属于一种最为简单的网络拓扑结构，包含一个协调器(Coordinator，即中心节点)和若干个路由器(Router)和终端(End-Device，即附属节点)组成。该结构网络中，每个附属节点只能与中心节点通信，如果需要两个附属节点之间通信，必须经过中心节点进行数据转发。
ZigBee树状网络包含一个协调器(Coordinator)，若干个路由器(Router)和终端(End-Device)。ZigBee树状网络可以看做多个星状网络组成，每个树权分支处(带节点的路由器)可看做组成星状网络的“中心节点”。在树状网络中，协调器将整个网络搭建起来，路由器作为承接点，将网络以树状向外扩散。节点与节点之间通过中间的路由器形成“多跳通信”。
ZigBee网状网络中，除了满足ZigBee树状网络的所有功能之外，其相邻路由器之间也存在通信关系，使得网络的动态分布更为灵活，路由能力更加稳定，可靠，可充分发挥出ZigBee网络的自组织优势。
上述实施例中，为了满足不同环境下无线通信的实现，分布式单元与数据采集单元、分布式单元与中央处理单元通过三种方式进行通信连接，作为其他实施方式，也可以单独采用Zigbee、LARA、或者WIFI的无线通信方式，或者有线通信的方式进行通信连接，本发明对此不做限制。
上述实施例中，云平台与中央处理单元通过4G无线通信的方式连接，作为其他实施方式，也可以采用NB-IoT的通信方式进行通信，本发明对此不做限制。
分布式单元具有以下优势：
(1)支持非侵入式安装，无需断点，完全免维护，自供电方式，高精度，无线通信，准实时数据传输；支持多能源接入的全集成采集数据，支持多种通信方式，灵活自组网，实现能源系统利用策略自动诊断及优化调控，为综合能源建设提供信息系统支撑，满足大范围布点的电力物联网建设需求。
(2)低功耗，在低耗电待机模式下，2节5号千电池可支持1个节点工作6-24个月，甚至更长，对于无线装置来说，通信会消耗掉大量能量，根据终端的使用场景来看，对终端的耗能有很高要求；低成本，通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码。
(3)低速率，ZigBee工作在20-250kbps的速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求；远距离传输，传输范围一般介于10-100m之间，在增加发射功率后，亦可增加到1-3km，这指的是相邻节点间的距离，如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。
(4)短时延，ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能，相比较，蓝牙需要3-10s、WiFi需要3s；高容量，ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若千子节点，最多一个主节点可管理254个子节点，同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。
(5)高安全，ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制清单，防止非法获取数据以及采用高级加密标准的对称密码，以灵活确定其安全属性。
本发明实施例中，以“硬件平台化、软件APP化”为原则，分别基于物联网技术的边缘计算智能网关、异构跨域网络互联互通、多标准通信协议的适配和转换、接入节点实时感知和设备自我管理以及基于边缘计算、云端协同的智能物联网网关软件APP，开展智能网关硬件、结构、软件的设计、开发和设备试制，设计基于边缘计算的智能网关，实现区域内传感单元的数据采集、数据清洗、边缘计算、能效分析、云端互动和远程控制，并且能够实现能效数据采集、能效数据转发和边缘能效分析计算。
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