基于边缘计算的新型智慧共享用能管理装置的制作方法

1.本发明涉及智能用电技术领域,具体涉及基于边缘计算的新型智慧共享用能管理装置。


背景技术：

2.在机井灌溉、水渠灌溉等用电场景经常存在加价收费问题，为此老百姓群聚上访现象时有发生，传统的用能管理装置具有电能计量、交流采样、显示、远程控制、通信、参数设置等功能，每个用户对应一块用能管理装置，目前通过设置用能管理装置对用电量进行计量、控制、通信、显示等传统功能，可提供用电量计量等问题。
3.但是传统的用能管理装置不具备本地计费、扣费业务、无负荷控制、多用户分时复用、多用户档案管理、本地计费、负荷控制、购电卡余额返写、本地对账等功能。另外，内置负荷开关使用寿命低，拉合闸次数月1万次，容易出现负荷开关触点粘连的现象。
4.而且传统的用能管理装置不满足机井灌溉、水渠灌溉、生活广场等公共区域用能管理业务，用户重复报装现象严重，给电力企业造成较大的投资成本压力，用能管理装置的使用价值低，操作使用不方便，无法满足不同用户群体的用能特征。


技术实现要素：

5.本发明针对上述现有技术的不足，提供基于边缘计算的新型智慧共享用能管理装置，提升用能管理装置的使用寿命，达到装置使用价值最大化，支持不同年龄段用户的使用习惯，满足不同用户群体用能特征。
6.本发明采用的技术方案是：
7.基于边缘计算的新型智慧共享用能管理装置，包括：
8.信号采集模块，通过电压和电流采用获取用户及用电信息；
9.计费控制模块，接收信号采集模块采集的用户及用电信息，通过边缘计算的计费模式计费；
10.无负荷自动切断模块，用于实时监测用户负荷状态并对负荷开关进行自动切断控制；
11.购电卡余额返写模块，用于获取购用户电卡余额并将扣费后的余额返写至购电卡；
12.本地对账业务模块，用于在设定日期对用户的用电信息汇总对账；
13.存储模块，用于对用户及用电信息进行存储；
14.外置负荷开关控制模块，用于对负荷开关进行弱电和强电的隔离；
15.显示模块，用于对当前运行状态进行显示；
16.数据上传模块，用于将存储模块存储的信息上传至主站；
17.电源模块，用于对计费控制模块和显示模块供电；
18.所述信号采集模块的输出端连接计费控制模块，所述计费控制模块的输出短路连
接无负荷自动切断模块和数据上传模块，所述计费控制模块与购电卡余额返写模块、本地对账业务模块、存储模块连接，所述无负荷自动切断模块和外置负荷开关控制模块与负荷开关的控制端连接，所示电源的输出端连接计费控制模块和显示模块。
19.作为本发明的进一步技术方案为，所述接收信号采集模块采集的用户及用电信息，通过边缘计算的计费模式计费，具体包括：
20.接收用户刷卡请求及信号采集模块采用的电压电流信息；
21.自动记录用户刷卡开始用电和刷卡结束用电时刻的电能示值并计算电能示值差额；
22.通过存储的电价与电能示值差额计算用户刷卡的电费值；
23.对电费余额进行扣费更新，并生成操作记录上传至主站。
24.作为本发明的进一步技术方案为，所述无负荷自动切断模块，用于实时监测用户负荷状态并对负荷开关进行自动切断控制；具体包括：
25.在运行过程中实时监测用户负荷的状态，若用户负荷低于设置的上限值时，则装置自动切断负荷开关，同时生成未结算记录，并在装置内挂起，允许下个用户继续使用该装置，若被挂起的用户再次使用该装置时，装置将剩余金额返写到用户卡内，同时形成正常的用电记录。
26.作为本发明的进一步技术方案为，所述用户负荷低于设置的上限值时，则装置自动切断负荷开关，具体包括：用于负荷为三相功率之和，当三相功率之和低于预先设定的负荷上限值时，则负荷自动切断模块控制负荷开关切断。
27.作为本发明的进一步技术方案为，所述购电卡余额返写模块，用于获取购电卡余额并将扣费后的余额返写至购电卡；具体包括：
28.用户第一次刷卡开始用电，计费控制模块将购电卡钱包数值写入存储模块；结束用电时，用户第二次刷卡，计费控制模块计算用电费用并将用电余额返写至购电卡内。
29.作为本发明的进一步技术方案为，所述本地对账业务模块，用于在设定日期对用户的用电信息汇总对账，具体包括：
30.设定日期为每月的固定日期，用户的用电信息包括用户每次正常用电量、异常用电量和未结算用电量，汇总用户的用电信息并与每月冻结电量对比，形成对账信息。
31.进一步地，所述计费控制模块为att7026型号的计量芯片。
32.进一步地，所述存储模块为mx25l3206型号的存储芯片。
33.进一步地，所述数据上传模块为4g/5g/internet通信模块。
34.进一步地，所述购电卡返写模块为fm1752型号的射频读卡器。
35.本发明的有益效果：
36.1、本发明基于边缘计算的计费模式，自动扣取用户购电卡内账户余额并更新最后一次余额值，对于本次用电操作生成记录，并上传给主站；计费是通过装置自身完成，而非后台系统执行计费操作，系统只需向装置采集计费结果即可，不对用户的计费工作远程干预。
37.2、该装置能够自动将本次用电后的剩余金额返写到用户的购电卡内，确保用户的购电金额处于实时的更新的状态，以此实现计费、扣费业务的边缘计算业务。用户每次用电结束后，装置能够自动实现用户的费用计算，大大提高每次用电费用的计算的实时性。提高
客户体验性，降低系统算费的压力。
38.3、本发明的本地对账业务模块，用于在设定日期对用户的用电信息汇总对账，形成对账信息。
39.4、本发明采用外置负荷开关控制模块，通过弱电驱动强电的方式，实现强电与弱电的强制隔离，大大提高负荷开关的使用寿命。
40.5、本发明能够满足多个用户分时段复用，第一个用户用电结束后，另外一个用户可以重新刷卡使用。每个用户分配有购电卡，各自结算各自的费用，执行国家标准价格，避免出现加价收费现象。同时，降低电力企业重复投资设备的成本，大大节约社会资源。
41.6、本发明提出了装置设备资源共享的方案，同时提出基于边缘计算的本地计费方法、购电卡余额返写方案、本地对账业务、负荷开关长寿命方案、多用户分时复用方案，具有本地计费、无负荷自动切断、购电余额返写、多用户分时复用、负荷开关高寿命等功能；有效提升装置的利益率，避免出现加价收费现象。
附图说明
42.图1为本发明提出的基于边缘计算的新型智慧共享用能管理装置结构图；
43.图2为本发明提出的基于边缘计算的新型智慧共享用能管理装置电路控制图；
44.图3为本发明提出的购电卡余额返写流程图；
45.图4为本发明提出的外置负荷控制模块连接示意图；
46.图5为本发明提出的强电驱动弱电原理图。
具体实施方式
47.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
48.需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
49.参见图1，为本发明提出的基于边缘计算的新型智慧共享用能管理装置结构图；
50.如图1所示，基于边缘计算的新型智慧共享用能管理装置，包括：
51.信号采集模块，通过电压和电流采用获取用户及用电信息；
52.计费控制模块，接收信号采集模块采集的用户及用电信息，通过边缘计算的计费模式计费；
53.无负荷自动切断模块，用于实时监测用户负荷状态并对负荷开关进行自动切断控制；
54.购电卡余额返写模块，用于获取购用户电卡余额并将扣费后的余额返写至购电卡；
55.本地对账业务模块，用于在设定日期对用户的用电信息汇总对账；
56.存储模块，用于对用户及用电信息进行存储；
57.外置负荷开关控制模块，用于对负荷开关进行弱电和强电的隔离；
58.显示模块，用于对当前运行状态进行显示；
59.数据上传模块，用于将存储模块存储的信息上传至主站；
60.电源模块，用于对计费控制模块和显示模块供电；
61.所述信号采集模块的输出端连接计费控制模块，所述计费控制模块的输出短路连接无负荷自动切断模块和数据上传模块，所述计费控制模块与购电卡余额返写模块、本地对账业务模块、存储模块连接，所述无负荷自动切断模块和外置负荷开关控制模块与负荷开关的控制端连接，所示电源的输出端连接计费控制模块和显示模块。
62.本发明提出了装置设备资源共享的方案，同时提出基于边缘计算的本地计费方法、购电卡余额返写方案、本地对账业务、负荷开关长寿命方案、多用户分时复用方案，有效提升装置的利益率，避免出现加价收费现象。
63.参见图2，为本发明提出的基于边缘计算的新型智慧共享用能管理装置电路控制图；
64.如图2所示，以计费控制模块为att7026型号的计量芯片为核心，外围电路由电压采样、电流采样、存储单元、4g通信单元、射频读卡器、液晶显示、负荷控制等电路组成。存储模块为mx25l3206型号的存储芯片，数据上传模块为4g/5g/internet通信模块，购电卡返写模块为fm1752型号的射频读卡器；其中，电压采样、电流采样为装置的计量功能提供基础的数据，电源模块为芯片及其他电路提供电源信号，4g通信模块为装置与主站交互的通信单元，射频读卡器能够读取用户购电的金额及用户档案信息，液晶显示能够显示当前的运行状态，负荷控制电路为控制负荷开关的通断电操作。
65.在步骤102中，接收信号采集模块采集的用户及用电信息，通过边缘计算的计费模式计费，具体包括：
66.接收用户刷卡请求及信号采集模块采用的电压电流信息；
67.自动记录用户刷卡开始用电和刷卡结束用电时刻的电能示值并计算电能示值差额；
68.通过存储的电价与电能示值差额计算用户刷卡的电费值；
69.对电费余额进行扣费更新，并生成操作记录上传至主站。
70.本发明实施例提出的基于边缘计算的计费模式，具体为，智慧共享用能管理装置接受用户刷卡用电请求，装置自动记录用户刷卡开始用电和刷卡结束用电时刻的电能示值，装置计算本次用电的电能示值差额，利用自身存储的电价，本地计算出本次电费值。装置自动扣取用户购电卡内账户余额并更新最后一次余额值，对于本次用电操作生成记录，并上传给主站。这里边缘计算的应用即计费是通过装置自身完成，而非后台系统执行计费操作，系统只需向装置采集计费结果即可，不对用户的计费工作远程干预。
71.用户开始用电时，该装置记录开始用电时的当前电能示值e
i
；用户结束用电时，装置自动记录结束时的电能示值e
j
，本次用电量为e；
72.e＝(e
i
‑
e
j
)
×
φ；
ꢀꢀꢀ
(1)
73.其中，φ为功率因数，e为本次用电有功电能示值。
74.m
i
＝e
×
v；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
75.其中，v为每度电的价格，m
i
为本次用电费用。
76.m
s
＝m
‑
m
i
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
77.其中，m为开始用电前的用户账户余额，m
s
为本地用电后的剩余金额。
78.用户结束用电后，该装置能够自动将本次用电后的剩余金额返写到用户的购电卡内，确保用户的购电金额处于实时的更新的状态，以此实现智慧共享用能管理装置计费、扣费业务的边缘计算业务。用户每次用电结束后，装置能够自动实现用户的费用计算，大大提高每次用电费用的计算的实时性。提高客户体验性，降低系统算费的压力。
79.本发明实施例中，无负荷自动切断模块具体为智慧共享用能管理装置在运行过程中，实时监测用户负荷的状态，若用户负荷低于设置的上限值时，则装置自动切断负荷开关，便于其他用户继续使用该装置。
80.用户负荷低于设置的上限值时，则装置自动切断负荷开关，具体包括：用于负荷为三相功率之和，当三相功率之和低于预先设定的负荷上限值时，则负荷自动切断模块控制负荷开关切断。
81.p＝p
a
+p
b
+p
c
；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
82.其中，p为a、b、c三相功率之和，p
d
为事先设定的负荷上限值。若p≤p
d
，则智慧共享用能管理装置自动将负荷开关断开，同时生成未结算记录，并在装置内挂起，允许下个用户继续使用该装置，若被挂起的用户再次使用该装置时，装置将剩余金额返写到用户卡内，同时形成正常的用电记录。
83.参见图3，本发明实施例中，智慧共享用能管理装置具有购电卡余额返写功能，用户在装置射频读卡器上第一次刷卡开始用电，装置射频读卡器将购电卡钱包数值写入装置存储单元内。结束用电时，用户在装置射频读卡器上第二次刷卡，装置根据开始用电时的电能示值和结束用电时的电能示值的差值，根据事先设置的电价，算出本次用电的费用。装置将开始用电时的卡内余额数值减去本次用电费用，得出剩余金额数值，用户第二次刷卡结束用电的同时，装置射频读卡器将剩余金额数值写入购电卡内。
84.本发明实施例中的本地对账业务模块，用于在设定日期对用户的用电信息汇总对账，具体包括：设定日期为每月的固定日期，用户的用电信息包括用户每次正常用电量、异常用电量和未结算用电量，汇总用户的用电信息并与每月冻结电量对比，形成对账信息。
85.本地对账业务模块按照每月的固定日期，该日期可以根据客户需要灵活设定，以28日为例，智慧共享用能管理装置汇总所有用户的每次正常用电量、异常用电量、未结算用电量，与智慧共享用能管理装置每月的冻结电量对比，判断每月实际发生的用电量与装置的总用电量是否一致。
[0086][0087]
其中，e
t
为该装置每月实际记录的总用电量，e
z
为每个用户的正常用电量，e
n
为异常用电量，e
w
为未正常结算用电量，e
d
为装置的总用电量。若e
t
＝e
d
，则判断对账正常。若e
t
与e
d
不一致，则判断为对账异常，需要派人现场排查装置是否存在窃电情况，排除对账异常问题。
[0088]
传统的内置负荷开关使用寿命约1万次，未采用强弱电隔离措施，负荷开关触点容易出现粘连的现象，本发明实施例采用外置负荷开关控制模块，通过弱电驱动强电的方式，实现强电与弱电的强制隔离，大大提高负荷开关的使用寿命。本方案外置方式使用寿命可
达到50万次。
[0089]
参见图4，通过弱电驱动强电的方式：智慧共享用电管理装置输出12v电压信号，该信号由装置内部继电器控制其通断，接收到接通指令时，输出12v 电压信号，接收到断开指令时，输出0v电压信号。通过弱电模拟信号12v电压信号驱动外置负荷控制开关的接通与断开，若装置输出12v电压信号，则外置负荷控制开关接通；若装置输出0v电压信号，则外置负荷控制开关断开，整个控制过程自动完成，不需要手动干预。
[0090]
智慧共享用电管理装置与外置负荷控制开关通过a、b、c、n端子连接，代表a相、b相、c相电压信号端子；负荷控制开关与水泵负载之间，通过a、 b、c、n端子连接，参见图5。
[0091]
本发明实施例能够满足多个用户分时段复用，第一个用户用电结束后，另外一个用户可以重新刷卡使用。每个用户分配有购电卡，各自结算各自的费用，执行国家标准价格，避免出现加价收费现象。同时，降低电力企业重复投资设备的成本，大大节约社会资源。
[0092]
本发明提出了装置设备资源共享的方案，同时提出基于边缘计算的本地计费方法、购电卡余额返写方案、本地对账业务、负荷开关长寿命方案、多用户分时复用方案，具有本地计费、无负荷自动切断、购电余额返写、多用户分时复用、负荷开关高寿命等功能；有效提升装置的利益率，避免出现加价收费现象。
[0093]
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。