基于物聯(lián)云的智能用電用能系統(tǒng)平臺(tái)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)的智能用電用能系統(tǒng)平臺(tái)。本發(fā)明的智能用電用能系統(tǒng)平臺(tái)由用電側(cè)系統(tǒng)、用能側(cè)系統(tǒng)和云信息處理平臺(tái)組成。用電側(cè)系統(tǒng)采用RFID和ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的監(jiān)控和聯(lián)動(dòng)，包括本地控制終端和智能插座。用能側(cè)系統(tǒng)基于微網(wǎng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行家庭能源系統(tǒng)與電網(wǎng)之間電力流的科學(xué)管理和智能調(diào)度，包括控制平臺(tái)、ZigBee監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、逆變器、充放電控制器、儲(chǔ)能裝置和分布式電源；云信息處理平臺(tái)采用分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)HomeTable實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分區(qū)，MapReduce技術(shù)實(shí)現(xiàn)家庭物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘，包括數(shù)據(jù)同步異步接入層、數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)層和數(shù)據(jù)并行處理層。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了同“電力公司-分布式能源-物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備-設(shè)備間聯(lián)動(dòng)”全方位互動(dòng)，兼容家庭能源系統(tǒng)可對(duì)分布式電源和儲(chǔ)能裝置進(jìn)行科學(xué)管控，面向家庭物聯(lián)網(wǎng)的云計(jì)算架構(gòu)可為每一個(gè)用戶量身打造出用電用能服務(wù)模式，而基于本地專(zhuān)家系統(tǒng)和后臺(tái)云端的異步同步信息處理模式很好兼顧了事務(wù)處理的快速性和可靠性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于物聯(lián)云的智能用電用能系統(tǒng)平臺(tái)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本系統(tǒng)平臺(tái)涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)的智能用電用能系統(tǒng)平臺(tái)，屬自動(dòng) 化控制和信息管理【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)入21世紀(jì)，節(jié)能減碳和提升能源效率成為全世界的共識(shí)，智能電網(wǎng)成為全球電 力行業(yè)應(yīng)對(duì)未來(lái)挑戰(zhàn)的共同選擇。同時(shí)，我國(guó)"十二五"規(guī)劃也將物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算作為國(guó)家 5大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將進(jìn)一步助于智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，如電網(wǎng)與用戶間的智 能互動(dòng)?？v觀電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，在發(fā)、輸、配和用電四個(gè)環(huán)節(jié)中，用電環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱，嚴(yán)重影響 電力系統(tǒng)的整體性能和效率。
[0003] 目前智能用電系統(tǒng)控制家居設(shè)備是單一控制方式，聯(lián)動(dòng)控制程度不高。設(shè)備相互 之間沒(méi)有形成通信和互動(dòng)。物聯(lián)網(wǎng)的核心就是物與物之間的信息交互和友好互動(dòng)。借助 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互通訊和聯(lián)動(dòng)，即不需要用戶參與指 揮，它們將按照自身狀態(tài)和聯(lián)動(dòng)模式可靠地互動(dòng)運(yùn)行。這將實(shí)現(xiàn)全方位的互動(dòng)，給用戶帶來(lái) 最大程度的高效、節(jié)能、舒適與安全。
[0004] 目前家庭物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的研究更多針對(duì)前端感知層，然而物聯(lián)網(wǎng)感知信息的價(jià)值提 升和效能發(fā)揮，取決于后端感知信息的集成處理與系統(tǒng)管控等方面，即物聯(lián)網(wǎng)長(zhǎng)鏈的后臺(tái) 云計(jì)算服務(wù)。當(dāng)前家庭物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于家庭環(huán)境的感知能力及控制能力都有限，只是按照固定 預(yù)設(shè)模式，不能根據(jù)不同用戶動(dòng)態(tài)地生成人性化的服務(wù)。因此需要建設(shè)一個(gè)后端處理層，對(duì) 采集的各種家庭物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行全面科學(xué)的分析及挖掘。而這就需要一種高效的通信 管理策略，一個(gè)能容納海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)平臺(tái)以及一個(gè)強(qiáng)大的云計(jì)算平臺(tái)。
[0005] 傳統(tǒng)的智能終端要實(shí)現(xiàn)所有計(jì)算控制和人機(jī)交互，直接與智能家居網(wǎng)交互，這樣 不能確保控制的可靠性，同時(shí)也限制了整個(gè)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展和升級(jí)。為了提高可靠性，目前 智能終端的信息獲取以及指令下達(dá)，都通過(guò)后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行中轉(zhuǎn)，而不是直接與用戶戶 內(nèi)網(wǎng)絡(luò)（HAN)交互，則智能家居終端只用于信息的轉(zhuǎn)發(fā)和相關(guān)協(xié)議間的轉(zhuǎn)換，不能直接對(duì) 亟待解決的信息進(jìn)行快速響應(yīng)?？梢?jiàn)，目前的智能用電系統(tǒng)還不能很好地兼顧事務(wù)處理的 可靠性和快速性。
[0006] 目前新家居設(shè)備接入系統(tǒng)需要進(jìn)行復(fù)雜的用戶干預(yù)配置過(guò)程，擴(kuò)展性不強(qiáng)，不能 實(shí)現(xiàn)即插即用。若在UPnP關(guān)鍵技術(shù)的支撐下，各種智能家居設(shè)備可以自動(dòng)、無(wú)需任何配置 地接入系統(tǒng)。這個(gè)過(guò)程是全自動(dòng)的，因此使用者無(wú)須進(jìn)行任何干涉，能極大提高系統(tǒng)的可擴(kuò) 展性。
[0007] 智能電網(wǎng)鼓勵(lì)分布式新能源和儲(chǔ)能裝置接入配電網(wǎng)，這就要求智能用電用能系統(tǒng) 能實(shí)現(xiàn)家庭能源的感知和管理。傳統(tǒng)的家用發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)缺乏與電力公司、用戶之間的 友好互動(dòng)，也沒(méi)有針對(duì)儲(chǔ)能裝置提出實(shí)用的充放電策略以適應(yīng)峰谷電價(jià)制度；無(wú)法實(shí)現(xiàn)與 電網(wǎng)之間電能的雙向流動(dòng)，造成資源浪費(fèi)；無(wú)法在電網(wǎng)停電或故障中保證智能家居系統(tǒng)的 正常運(yùn)行，可靠性較差。此外，目前微網(wǎng)中使用有線通信，靈活性差，也無(wú)法適應(yīng)智能電網(wǎng)背 景下的交互式通信、需求側(cè)管理和實(shí)時(shí)電價(jià)等方面的要求。若將微網(wǎng)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相 結(jié)合可以有效做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，解決上述不足和缺陷。微網(wǎng)技術(shù)為用戶提供高效、節(jié)能、靈活、 可靠的用電環(huán)境，協(xié)助電網(wǎng)削峰填谷，同時(shí)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)智能家用微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí) 監(jiān)控。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和微網(wǎng)技術(shù)提供一種智能用電用能 系統(tǒng)，用于解決上述不足和缺陷，實(shí)現(xiàn)全方位互動(dòng)，兼容家庭能源系統(tǒng)，每一個(gè)用戶量身打 造出用電用能服務(wù)模式，并且很好地兼顧事務(wù)處理的快速性和可靠性。
[0009] 為達(dá)到上述目的，智能用電用能系統(tǒng)平臺(tái)由用電側(cè)系統(tǒng)、用能側(cè)系統(tǒng)和云信息處 理平臺(tái)組成。用電側(cè)系統(tǒng)包括本地控制終端和智能插座。用能側(cè)系統(tǒng)包括控制平臺(tái)、ZigBee 監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、逆變器、充放電控制器、儲(chǔ)能裝置和分布式電源；云信息處理平臺(tái)采用分布式存 儲(chǔ)系統(tǒng)HomeTable實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分區(qū)，MapReduce技術(shù)實(shí)現(xiàn)家庭物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù) 挖掘，包括數(shù)據(jù)同步異步接入層、數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)層和數(shù)據(jù)并行處理層。
[0010] 所述本地控制終端包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、專(zhuān)家系統(tǒng)模塊、ZigBee/UPnP軟件橋、ZigBee 主協(xié)調(diào)器、RS485接口和以太網(wǎng)通訊接口。
[0011] 所述專(zhuān)家系統(tǒng)模塊由知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和推理機(jī)3部分組成，數(shù)據(jù)庫(kù)選自實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 庫(kù)相應(yīng)片段，知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)本地的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)，推理機(jī)根據(jù)推理策略去決策。專(zhuān)家系統(tǒng)和后臺(tái) 云服務(wù)進(jìn)行定期通訊，對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)的推理策略進(jìn)行在線升級(jí)，保證決 策的正確性和可靠性。
[0012] 所述ZigBee主協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起、參數(shù)的設(shè)定、信息管理及維護(hù)等功能。 ZigBee主協(xié)調(diào)器選擇一個(gè)信道和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符（PAN ID)進(jìn)行自組網(wǎng)。一旦組網(wǎng)完成后，主協(xié) 調(diào)器就以路由器節(jié)點(diǎn)的角色運(yùn)行，允許RFD終端節(jié)點(diǎn)的加入和退出以及同RFD終端節(jié)點(diǎn)通 ?目。
[0013] 所述RS485接口同智能電表通訊，建立智能終端和智能電表的雙向互動(dòng)，以太網(wǎng) 通訊接口接入Internet互聯(lián)網(wǎng)，同云后臺(tái)服務(wù)中心建立通信。
[0014] 所述智能插座包括ZigBee節(jié)點(diǎn)和晶閘管控制模塊，ZigBee節(jié)點(diǎn)同本地控制終端 的ZigBee主協(xié)調(diào)器建立雙向通信，發(fā)送用電設(shè)備的信息和接收控制信息。晶閘管控制模塊 實(shí)現(xiàn)周波通斷和調(diào)壓控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同用電設(shè)備的通斷控制、調(diào)壓型和調(diào)功型的強(qiáng)度控制。
[0015] 所述用能側(cè)系統(tǒng)包括控制平臺(tái)、ZigBee監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、逆變器、充放電控制器、儲(chǔ)能裝 置和分布式電源。
[0016] 所述ZigBee監(jiān)控節(jié)點(diǎn)對(duì)分布式微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行信息的監(jiān)測(cè)和指令的控制。包 括對(duì)儲(chǔ)能裝置的電量狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)，分布式電源的發(fā)電功率和運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)發(fā)送控制 信息，如逆變器的功率通斷和幅值控制，儲(chǔ)能裝置充放電控制器的充放電指令。
[0017] 所述云信息處理平臺(tái)采用分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)HomeTable實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分區(qū)， MapReduce技術(shù)實(shí)現(xiàn)家庭物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘，包括數(shù)據(jù)同步異步接入層、數(shù)據(jù)分 布式存儲(chǔ)層和數(shù)據(jù)并行處理層。
[0018] 所述數(shù)據(jù)同步異步接入層主要包括同步消息模塊和異步消息模塊，主要負(fù)責(zé)智能 終端與云系統(tǒng)的通信管理及消息處理，還對(duì)消息的預(yù)處理以方便數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的存儲(chǔ)和進(jìn)一 步的應(yīng)用。其中異步消息部分是基于JMS異步消息服務(wù)，接受本地智能終端發(fā)來(lái)的非異常 性及非指令性消息。而同步消息處理部分則是基于MINA框架的消息通信管理，先在智能終 端與云端之間建立合法會(huì)話，然后傳送異常性及指令性消息，并實(shí)時(shí)調(diào)用云后臺(tái)分析，返回 操作決策，保證消息的實(shí)時(shí)處理。
[0019] 所述數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)層主要包括核心數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)輔助數(shù)據(jù)庫(kù)、文件系統(tǒng)等。其 中核心數(shù)據(jù)庫(kù)采用HBase數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)主要元數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；業(yè)務(wù)輔助數(shù)據(jù)庫(kù)則可以采用 Oracle等關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)輔助系統(tǒng)的業(yè)務(wù)快速處理；文件系統(tǒng)采用HDFS分布式文件系統(tǒng)。
[0020] 所述數(shù)據(jù)并行處理層主要包括并行數(shù)據(jù)處理算法模塊、用戶模式評(píng)估模塊、數(shù)據(jù) 存取模塊等。并行數(shù)據(jù)處理算法模塊為數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘的各種任務(wù)提供并行算法，主要 包含一些基于云計(jì)算并行計(jì)算MapReduce的算法庫(kù)；用戶模式評(píng)估模塊對(duì)產(chǎn)生的模式進(jìn)行 評(píng)估，符合用戶要求的結(jié)果存入領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)，領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)可以輔助業(yè)務(wù)控制邏輯指導(dǎo)數(shù)據(jù) 處理過(guò)程；數(shù)據(jù)存取模塊根據(jù)不同的需要從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層調(diào)取數(shù)據(jù)或者寫(xiě)入數(shù)據(jù)。
[0021] 本發(fā)明的智能用電用能系統(tǒng)平臺(tái)融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和微網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn) 同"電力公司-分布式能源-物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備-設(shè)備間聯(lián)動(dòng)"全方位互動(dòng)，兼容家庭能源系統(tǒng)可 對(duì)分布式電源和儲(chǔ)能裝置進(jìn)行科學(xué)管控，面向家庭物聯(lián)網(wǎng)的云計(jì)算架構(gòu)可為每一個(gè)用戶量 身打造出用電用能服務(wù)模式，基于本地專(zhuān)家系統(tǒng)和后臺(tái)云端的異步同步信息處理模式很好 兼顧了事務(wù)處理的快速性和可靠性。全方位互動(dòng)，兼容家庭能源系統(tǒng)，每一個(gè)用戶量身打造 出用電用能服務(wù)模式，并且很好地兼顧事務(wù)處理的快速性和可靠性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的智能用電用能系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)框圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
[0024] 圖3為本發(fā)明的ZigBee/UPnP軟件橋的結(jié)構(gòu)圖。
[0025] 圖4為本發(fā)明的MapReduce處理流程的流程圖。
[0026] 圖5為本發(fā)明的云信息處理平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0028] 智能用電用能系統(tǒng)平臺(tái)融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和微網(wǎng)技術(shù)為用戶提供智 能、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、高效的用電用能系統(tǒng)。本發(fā)明的智能用電用能系統(tǒng)平臺(tái)由用電側(cè)系 統(tǒng)、用能側(cè)系統(tǒng)和云信息處理平臺(tái)組成。
[0029] 如圖1為本實(shí)施例的智能用電用能系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)框圖。本發(fā)明的用電側(cè)系統(tǒng)包括 本地控制終端和智能插座。用能側(cè)系統(tǒng)包括控制平臺(tái)、ZigBee監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、逆變器、充放電控 制器、儲(chǔ)能裝置和分布式電源；云信息處理平臺(tái)采用分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)HomeTable實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)分區(qū)，MapReduce技術(shù)實(shí)現(xiàn)家庭物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘，包括數(shù)據(jù)同步異步接入 層、數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)層和數(shù)據(jù)并行處理層。
[0030] 本實(shí)施例的本地控制終端包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、專(zhuān)家系統(tǒng)模塊、ZigBee/UPnP軟件橋、 ZigBee主協(xié)調(diào)器、RS485接口和以太網(wǎng)通訊接口。
[0031] 進(jìn)一步地，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由數(shù)據(jù)庫(kù)文件頭、對(duì)象、雙對(duì)象句柄數(shù)組以及 位圖頁(yè)表組成。頭信息是內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)文件的控制信息，位于起始地址；對(duì)象句柄組是一個(gè)地 址數(shù)組，存儲(chǔ)的是每個(gè)對(duì)象在共享內(nèi)存中的相對(duì)地址，這2個(gè)數(shù)組互為備份；系統(tǒng)通過(guò)頁(yè)表 在用戶存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)進(jìn)行內(nèi)存塊的申請(qǐng)和釋放。圖2給出了本實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
[0032] 進(jìn)一步地，專(zhuān)家系統(tǒng)模塊由知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和推理機(jī)3部分組成，數(shù)據(jù)庫(kù)選自實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)片段，知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)本地的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)，推理機(jī)根據(jù)推理策略去決策。專(zhuān)家系統(tǒng)和 后臺(tái)云服務(wù)進(jìn)行定期通訊，對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)的推理策略進(jìn)行在線升級(jí)，保 證決策的正確性和可靠性。
[0033] 進(jìn)一步地，如圖3所示，ZigBee/UPnP軟件橋是在ZigBee網(wǎng)絡(luò)和UPnP網(wǎng)絡(luò)間架設(shè) 起具有UPnP協(xié)議棧的嵌入式軟件。ZigBee/UPnP軟件橋通過(guò)串口連接ZigBee網(wǎng)絡(luò)的核心 設(shè)備FFD，通過(guò)FFD獲取ZigBee-RFD節(jié)點(diǎn)信息，并實(shí)現(xiàn)對(duì)ZigBee-RFD節(jié)點(diǎn)的控制。通過(guò)和 認(rèn)證和匹配服務(wù)模塊連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)ZigBee-RFD節(jié)點(diǎn)可自動(dòng)、無(wú)需任何配置地接入系統(tǒng)。這 個(gè)過(guò)程是全自動(dòng)的，使用者無(wú)須進(jìn)行任何干涉。采用ZigBee無(wú)線組網(wǎng)和UPnP即插即用技 術(shù)將ZigBee網(wǎng)絡(luò)與UPnP標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，讓每一個(gè)ZigBee結(jié)點(diǎn)都成為UPnP設(shè)備，構(gòu)成混合型 智能家庭網(wǎng)絡(luò)，則既能發(fā)揮家庭ZigBee設(shè)備的靈活、無(wú)線控制的優(yōu)點(diǎn)，又能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的即 插即用便利性。
[0034] 本實(shí)施例的全方位互動(dòng)包括物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間互動(dòng)、同電力公司互動(dòng)、同分布式電源 互動(dòng)和同設(shè)備間互動(dòng)。
[0035] 進(jìn)一步地，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間是指家居內(nèi)的各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能相互通訊和聯(lián)動(dòng)，而不 需要用戶參與指揮，它們將按照自身狀態(tài)和聯(lián)動(dòng)模式可靠地互動(dòng)運(yùn)行。具體步驟如下：
[0036] 步驟一，各ZigBee精簡(jiǎn)型RFD節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)自身狀態(tài)，并且實(shí)時(shí)上傳信息至主協(xié)調(diào)器。
[0037] 步驟二，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)刷新模塊將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的信息進(jìn)行存儲(chǔ)，并與專(zhuān)家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù) 進(jìn)行分析匹配，判斷是否滿足聯(lián)動(dòng)條件。若滿足，進(jìn)入步驟三；否則，返回步驟一。
[0038] 步驟三，選擇進(jìn)入離線或在線決策模式進(jìn)行執(zhí)行。調(diào)用離線和在線決策流程即可。
[0039] 步驟四，生成聯(lián)動(dòng)指令，然后將聯(lián)動(dòng)指令轉(zhuǎn)碼編制為控制幀，并且根據(jù)ZigBee協(xié) 議中的AES/CCM算法對(duì)控制幀加密。
[0040] 步驟五，查詢映射表，將聯(lián)動(dòng)指令發(fā)送至相應(yīng)的ZigBee精簡(jiǎn)型（RFD)終端節(jié)點(diǎn)。然 后對(duì)相應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。
[0041] 步驟六,返回聯(lián)動(dòng)回復(fù),完成一輪物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間互動(dòng)。
[0042] 進(jìn)一步地，用戶同電力公司互動(dòng)是指智能終端與智能電表間互動(dòng)。智能電表和智 能終端通過(guò)RS485總線進(jìn)行通信，智能終端從智能電表接收用戶側(cè)的實(shí)時(shí)用電信息和電網(wǎng) 側(cè)的信息。電網(wǎng)側(cè)信息是通過(guò)智能電表的雙向交互式通信模塊從電力公司獲得，包括浮動(dòng) 電價(jià)（實(shí)時(shí)電價(jià)，階梯電價(jià)）和用戶感興趣的電網(wǎng)服務(wù)信息（如停電計(jì)劃）等。而用戶側(cè) 信息是來(lái)自智能電表的雙向計(jì)量模塊信息，包括用電信息、損耗分析、分布式電源以及儲(chǔ)能 裝置運(yùn)行狀態(tài)等。通過(guò)智能終端人機(jī)界面進(jìn)行操作，用戶可以將家庭用電需求通過(guò)智能電 表發(fā)送至電力公司主機(jī)站。通過(guò)智能終端的圖文并茂的顯示界面，用戶可以查詢近期和歷 史數(shù)據(jù)，并作對(duì)比分析，做到明白消費(fèi)，有計(jì)劃地用電，進(jìn)而促進(jìn)用戶養(yǎng)成節(jié)能減排的習(xí)慣。 [0043] 進(jìn)一步地，用戶同分布式電源互動(dòng)是指智能終端與能量系統(tǒng)間互動(dòng)。能量系統(tǒng)的 實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息將通過(guò)Zigbee裝置傳送至智能終端，主要為發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率信息、 儲(chǔ)能裝置的SOC信息和公共連接點(diǎn)（PCC)狀態(tài)信息等，智能終端將對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和運(yùn)算，并 做好必要備份。同時(shí)，智能終端再結(jié)合智能電表提供的電價(jià)信息、服務(wù)信息等，確定系統(tǒng)運(yùn) 行狀態(tài)和相應(yīng)控制策略，對(duì)能量系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)與管理。如在峰電價(jià)狀態(tài)，應(yīng)盡量使用本 地電力，僅在必要時(shí)（如儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC過(guò)低）使用市電，并且可將多余的電能倒送回電網(wǎng)， 在幫助用戶獲得盈利的同時(shí)緩解峰時(shí)電網(wǎng)用電壓力。通過(guò)智能終端與能量系統(tǒng)的互動(dòng)，實(shí) 現(xiàn)了能量系統(tǒng)與電網(wǎng)電力的聯(lián)合可靠供電、分布式發(fā)電和儲(chǔ)能裝置的智能調(diào)度以及系統(tǒng)和 電網(wǎng)之間的電力雙向流動(dòng)等功能。此外，在儲(chǔ)能裝置等的控制策略中，根據(jù)其實(shí)際的安裝容 量，可科學(xué)設(shè)置與之對(duì)應(yīng)的合理的閾值信息，從而使系統(tǒng)更靈活與實(shí)用。
[0044] 進(jìn)一步地，用戶同設(shè)備間互動(dòng)是指智能終端與智能插座間互動(dòng)。智能插座可實(shí)時(shí) 感知用電設(shè)備的狀態(tài)，并將感知信息通過(guò)ZigBee無(wú)線通信發(fā)給智能終端。然后通過(guò)專(zhuān)家系 統(tǒng)提供的離線決策或云計(jì)算服務(wù)提供的在線決策分析出控制模式，最后將控制信息發(fā)送至 相應(yīng)的智能插座。例如，當(dāng)連接電視的智能插座監(jiān)測(cè)到電視開(kāi)啟，會(huì)向智能終端發(fā)送電視的 狀態(tài)信息。智能終端通過(guò)匹配專(zhuān)家系統(tǒng)（或云計(jì)算在線）分析出聯(lián)動(dòng)方式，即燈光控制器 應(yīng)與電視配合，然后智能終端將調(diào)暗燈光的指令通過(guò)ZigBee無(wú)線發(fā)送至燈光控制器，最后 燈光控制器進(jìn)行控制燈光亮度。這個(gè)過(guò)程完全是自動(dòng)的，用戶無(wú)需過(guò)問(wèn)。在這聯(lián)動(dòng)的過(guò)程 中，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)節(jié)能，并提供給用戶便捷舒適的生活體驗(yàn)。還比如電動(dòng)窗會(huì)隨著空調(diào)的開(kāi)啟 而自動(dòng)緊閉，互動(dòng)流程思想同上。
[0045] 本實(shí)施例的用能側(cè)系統(tǒng)包括控制平臺(tái)、ZigBee監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、逆變器、充放電控制器、 儲(chǔ)能裝置和分布式電源。
[0046] 進(jìn)一步地，控制平臺(tái)是通過(guò)外圍接口接收與發(fā)送數(shù)據(jù)。根據(jù)自身存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)的 數(shù)據(jù)及程序做出判斷形成控制指令，完成系統(tǒng)的運(yùn)行控制。主要控制程序有光伏發(fā)電控制、 儲(chǔ)能控制電池控制、公共連接點(diǎn)（PCC)開(kāi)關(guān)控制等。
[0047] 進(jìn)一步地，ZigBee監(jiān)控節(jié)點(diǎn)對(duì)分布式微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行信息的監(jiān)測(cè)和指令的控 制。包括對(duì)儲(chǔ)能裝置的電量狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)，分布式電源的發(fā)電功率和運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)發(fā) 送控制信息，如逆變器的功率通斷和幅值控制，儲(chǔ)能裝置充放電控制器的充放電指令。
[0048] 本實(shí)施例的云信息處理平臺(tái)采用分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)HomeTable實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分區(qū)， MapReduce技術(shù)實(shí)現(xiàn)家庭物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘。
[0049] 進(jìn)一步地，云信息處理平臺(tái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)基于HBase數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)家庭物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)模型，開(kāi)發(fā)出適合智能家居物聯(lián)網(wǎng)的HomeTable，其能提供高容錯(cuò)、高吞吐量的數(shù)據(jù) 訪問(wèn)，HomeTable的數(shù)據(jù)模型見(jiàn)表1。每一個(gè)HomeTable都是一個(gè)稀疏的、分布式的多維 有序圖，按行鍵值、列鍵值和時(shí)間戳建立索引。表的每個(gè)行都是動(dòng)態(tài)分區(qū)，每一個(gè)分區(qū)稱(chēng)為 Tablet，是調(diào)整數(shù)據(jù)分布和負(fù)載均衡的最小單位。HomeTable的列組是將多個(gè)相關(guān)列并為 一小組，以提高存取和讀取的效率。通過(guò)Tablet和列組兩大特性提高訪問(wèn)效率和伸縮性。 HomeTable的時(shí)間戳的類(lèi)型是64位整數(shù)，通過(guò)時(shí)間戳來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息的更新，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí) 狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。
[0050] 表I HomeTable的數(shù)據(jù)模型
[0051]

【權(quán)利要求】
1. 基于物聯(lián)云的智能用電用能系統(tǒng)，其特征在于，包括用電側(cè)系統(tǒng)、用能側(cè)系統(tǒng)和云信 息處理平臺(tái)組成。用電側(cè)系統(tǒng)包括本地控制終端和智能插座。用能側(cè)系統(tǒng)包括控制平臺(tái)、 ZigBee監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、逆變器、充放電控制器、儲(chǔ)能裝置和分布式電源；云信息處理平臺(tái)采用分 布式存儲(chǔ)系統(tǒng)HomeTable實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分區(qū)，MapReduce技術(shù)實(shí)現(xiàn)家庭物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析 及數(shù)據(jù)挖掘，包括數(shù)據(jù)同步異步接入層、數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)層和數(shù)據(jù)并行處理層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能用電用能系統(tǒng)，其特征在于，本地控制終端包括實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)庫(kù)、專(zhuān)家系統(tǒng)模塊、ZigBee/UPnP軟件橋、ZigBee主協(xié)調(diào)器、RS485接口和以太網(wǎng)通訊接 口。RS485接口同智能電表通訊，建立智能終端和智能電表的雙向互動(dòng)，以太網(wǎng)通訊接口接 入Internet互聯(lián)網(wǎng)，同云后臺(tái)服務(wù)中心建立通信。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的智能用電用能系統(tǒng)，其特征在于，專(zhuān)家系統(tǒng)模塊 由知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和推理機(jī)3部分組成，數(shù)據(jù)庫(kù)選自實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)片段，知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)本地 的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)，推理機(jī)根據(jù)推理策略去決策。專(zhuān)家系統(tǒng)和后臺(tái)云服務(wù)進(jìn)行定期通訊，對(duì)專(zhuān)家 系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)的推理策略進(jìn)行在線升級(jí)，保證決策的正確性和可靠性。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的智能用電用能系統(tǒng)，其特征在于，ZigBee主協(xié) 調(diào)器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起、參數(shù)的設(shè)定、信息管理及維護(hù)等功能。ZigBee主協(xié)調(diào)器選擇一個(gè)信道 和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符（PAN ID)進(jìn)行自組網(wǎng)。一旦組網(wǎng)完成后，主協(xié)調(diào)器就以路由器節(jié)點(diǎn)的角色運(yùn) 行，允許RFD終端節(jié)點(diǎn)的加入和退出以及同RFD終端節(jié)點(diǎn)通信。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能用電用能系統(tǒng)，其特征在于，智能插座包括ZigBee節(jié)點(diǎn) 和晶閘管控制模塊，ZigBee節(jié)點(diǎn)同本地控制終端的ZigBee主協(xié)調(diào)器建立雙向通信，發(fā)送用 電設(shè)備的信息和接收控制信息。晶閘管控制模塊實(shí)現(xiàn)周波通斷和調(diào)壓控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同用 電設(shè)備的通斷控制、調(diào)壓型和調(diào)功型的強(qiáng)度控制。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能用電用能系統(tǒng)，其特征在于，用能側(cè)系統(tǒng)包括控制平臺(tái)、 ZigBee監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、逆變器、充放電控制器、儲(chǔ)能裝置和分布式電源。ZigBee監(jiān)控節(jié)點(diǎn)對(duì)分布 式微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行信息的監(jiān)測(cè)和指令的控制，包括對(duì)儲(chǔ)能裝置的電量狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)， 分布式電源的發(fā)電功率和運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)發(fā)送控制信息，如逆變器的功率通斷和幅值控制， 儲(chǔ)能裝置充放電控制器的充放電指令。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能用電用能系統(tǒng)，其特征在于，云信息處理平臺(tái)采用分布 式存儲(chǔ)系統(tǒng)HomeTable實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分區(qū)，MapReduce技術(shù)實(shí)現(xiàn)家庭物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析及 數(shù)據(jù)挖掘，包括數(shù)據(jù)同步異步接入層、數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)層和數(shù)據(jù)并行處理層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述和權(quán)利要求7所述的智能用電用能系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)同步 異步接入層主要包括同步消息模塊和異步消息模塊，主要負(fù)責(zé)智能終端與云系統(tǒng)的通信管 理及消息處理，還對(duì)消息的預(yù)處理以方便數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的存儲(chǔ)和進(jìn)一步的應(yīng)用。其中異步消 息部分是基于JMS異步消息服務(wù)，接受本地智能終端發(fā)來(lái)的非異常性及非指令性消息。而 同步消息處理部分則是基于MINA框架的消息通信管理，先在智能終端與云端之間建立合 法會(huì)話，然后傳送異常性及指令性消息，并實(shí)時(shí)調(diào)用云后臺(tái)分析，返回操作決策，保證消息 的實(shí)時(shí)處理。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述和權(quán)利要求7所述的智能用電用能系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)分布 式存儲(chǔ)層主要包括核心數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)輔助數(shù)據(jù)庫(kù)、文件系統(tǒng)等。其中核心數(shù)據(jù)庫(kù)采用HBase 數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)主要元數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；業(yè)務(wù)輔助數(shù)據(jù)庫(kù)則可以采用Oracle等關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)輔 助系統(tǒng)的業(yè)務(wù)快速處理；文件系統(tǒng)采用HDFS分布式文件系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述和權(quán)利要求7所述的智能用電用能系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)并 行處理層主要包括并行數(shù)據(jù)處理算法模塊、用戶模式評(píng)估模塊、數(shù)據(jù)存取模塊等。并行數(shù)據(jù) 處理算法模塊為數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘的各種任務(wù)提供并行算法，主要包含一些基于云計(jì)算 并行計(jì)算MapReduce的算法庫(kù)；用戶模式評(píng)估模塊對(duì)產(chǎn)生的模式進(jìn)行評(píng)估，符合用戶要求 的結(jié)果存入領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)，領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)可以輔助業(yè)務(wù)控制邏輯指導(dǎo)數(shù)據(jù)處理過(guò)程；數(shù)據(jù)存取 模塊根據(jù)不同的需要從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層調(diào)取數(shù)據(jù)或者寫(xiě)入數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK104238466SQ201310226757
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月8日
【發(fā)明者】陳亮, 喬林思杭, 楊世旺, 裴少通, 趙路佳 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)（保定）