一种智能电网与用户集成通信系统及其通信方法
【专利摘要】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。
【专利说明】一种智能电网与用户集成通信系统及其通信方法
【技术领域】:
[0001]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?目系统及其通/[目方法。
【背景技术】:
[0002]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。
[0003]中国专利ZL201020506678.4 —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。
[0004]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。
[0005]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SMPLE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SMPLE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SMPLE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。
[0006]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】
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[0007]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。
[0008]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。
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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；
[0012]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。
[0013]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；
[0014]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；
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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:
[0019](I)分析智能电网与用户的信息交互需求；
[0020](2)对信息交互功能规范定义；
[0021](3)分析功能涉及的对象和交互流程；
[0022](4)定义静态信息模型；[0023]( 5 )定义动态信息交换模型；
[0024](6)通信协议映射；
[0025](7)通信技术选择。
[0026]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(I)的需求包括自动需求响应、用户侧能源监控和管理。
[0027]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。
[0028]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；
[0029]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。
[0030]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；
[0031]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；
[0032]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。
[0033]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
[0034]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；
[0035]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IS0/0SI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；
[0036]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；
[0037]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；
[0038]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。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1为本发明系统结构示意图；
[0040]图2为本发明方法的流程图；
[0041]图3为本发明中电网侧系统与用户侧系统信息交换中的S⑶1-CM和S⑶1-CS示意图。【具体实施方式】
[0042]下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
[0043]实施例1:
[0044]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。
[0045]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；
[0046]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；
[0047]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。
[0048]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；
[0049]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。
[0050]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。
[0051]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。
[0052]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。
[0053]所述智能电网与用户集成通信系统的方法包括以下步骤:
[0054](I)分析智能电网与用户的信息交互需求；
[0055](2)对信息交互功能规范定义；
[0056](3)分析功能涉及的对象和交互流程；[0057](4)定义静态信息模型；
[0058]( 5 )定义动态信息交换模型；
[0059](6)通信协议映射；
[0060](7)通信技术选择。
[0061]所述步骤(I)的需求包括自动需求响应、用户侧能源监控和管理。
[0062]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。
[0063]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。
[0064]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CorporateData 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 SGU1-CIM (Smart Grid UserInterface-Common Information Model)。
[0065]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 SGU1-CS (Smart Grid User Interface-CommunicationService);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。
[0066]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。
[0067]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 SGU1-CS (Smart Grid User Interface-CommunicationService)，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SGU1-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 SGU1-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.L0NW0RKS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。
[0068]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。
【权利要求】
1.一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；其特征在于: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。
2.如权利要求1所述的一种智能电网与用户集成通信系统，其特征在于: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。
3.如权利要求2所述的一种智能电网与用户集成通信系统，其特征在于: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。
4.如权利要求3所述的一种智能电网与用户集成通信系统，其特征在于: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。
5.如权利要求1所述的一种智能电网与用户集成通信系统，其特征在于: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。
6.如权利要求1-5任意一项所述的一种智能电网与用户集成通信系统的通信方法，其特征在于: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。
7.如权利要求6所述的一种智能电网与用户集成通信系统的通信方法，其特征在于: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。
8.如权利要求7所述的一种智能电网与用户集成通信系统的通信方法，其特征在于: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肩、O
9.如权利要求6所述的一种智能电网与用户集成通信系统的通信方法，其特征在于: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。
10.如权利要求9所述的一种智能电网与用户集成通信系统的通信方法，其特征在于: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。
【文档编号】H04L29/08GK103747041SQ201310719399
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】黄毕尧, 白晓民, 郭经红, 朱朝阳, 张东霞, 汪洋, 丁慧霞, 仝杰, 权楠 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院