一种家庭智慧用能服务云平台及其用户负荷优化调节方法与流程

1.本发明涉及一种家庭智慧用能服务云平台及其用户负荷优化调节方法，属于用电信息智能处理技术领域。


背景技术：

2.随着城镇居民生活水平的提高，居民用电量呈飞速增长的态势，家用电器如空调、电暖器等非生产负荷的急剧增长已成为电网高尖峰负荷的主要原因，使得电网峰谷差持续增大，因此面向居民用户的负荷调节变得愈发重要。如今随着企业信息化水平的提升，家电智能化的不断发展，使得居民用户参与到电网负荷调节成为可能。
3.然而，当前存在两方面重要因素使用户侧负荷优化调节难以落地实现，一方面当前家庭用户智慧用能相关的家用电器产品、云平台主要通过家电厂商以各自产品为中心定向开发研制，不同厂家的平台、产品的数据无法互联互通；另一方面，目前尚无相关产品对用户的负荷调节潜力进行有效评估，未将用户的各家用电器的使用需求与电网负荷峰谷进行关联研究并采用合理的调控策略进行负荷的削峰填谷。
4.为了有效提升用户侧家用电器参与电网负荷优化调度的能力，目前迫切的需要一种家庭用户智慧用能服务平台，打通电网公司与家电厂商云平台之间信息交互的通道，借助电网公司海量数据存储分析的能力，实现用户的各品牌家电用能数据及时安全地汇聚及存储，为用户参与到电网负荷优化调控提供便捷的渠道，为电网公司提供更加精细的电网可调控资源的监测能力，提供各厂家电器及电网公司定制物联家电的控制能力，实现优化电网平均负荷利用率的目标，但目前尚缺少一套这样的用能服务平台。


技术实现要素：

5.目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种家庭智慧用能服务云平台及其用户负荷优化调节方法。
6.技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种家庭智慧用能服务云平台，包括：前置通信模块、采集管理模块、设备管理模块、用户管理模块、安全管理模块、负荷管理模块。
7.所述前置通信模块用于实现家庭智慧用能服务云平台与第三方厂商云平台及定制物联家电的链路保持、协议转换及消息分发的功能。
8.所述采集管理模块用于实现家电设备状态查询/控制指令的下发，对上报数据进行解析并转换成家庭智慧用能服务云平台可识别的格式，以及对数据进行存储。
9.所述设备管理模块用于提供家电设备标识管理，家电设备登录令牌的存储、比对，并维护家电设备与用户的绑定管理功能。
10.所述用户管理模块用于提供用户信息录入、变更、删除功能，对用户的登录令牌进行发放、存储及比对，保存用户对家庭智慧用能服务云平台授权的信息。
11.所述安全管理模块用于提供密钥签发及验证、消息认证防重放攻击。
12.所述负荷管理模块用于接收外部系统的负荷控制目标指令，根据相关用户的可调潜力进行调控目标分解并下发控制指令，对符合调控的结果进行统计并反馈控制结果。
13.作为优选方案，所述用户对家庭智慧用能服务云平台授权的信息，包括云平台对用户设备的数据访问权限、云平台对用户家电设备运行状态进行调整的权限。
14.作为优选方案，所述外部系统包括用电信息采集系统。
15.一种家庭智慧用能服务云平台用户负荷优化调节方法，包括如下步骤：步骤1：家庭智慧用能服务云平台绑定第三方厂商云平台账号和/或电网公司定制物联家电设备。
16.步骤2：家庭智慧用能服务云平台通过用户授权，允许家庭智慧用能服务云平台对用户的家电设备自动化负荷优化调节。
17.步骤3：家庭智慧用能服务云平台根据用户家电设备的类型及其用电情况进行统计分析，按照居民常用电器的用电特性及居民台区电力负荷调节需求，对用户的用电负荷制定负荷优化管理方案，得到用户可调节负荷及可转移负荷的容量大小与可调节时间段。
18.步骤4：家庭智慧用能服务云平台接收外部系统下发的台区负荷调节目标，收集用户当前接入家庭智慧用能服务云平台的家电设备负荷使用情况，依据用户的负荷优化管理方案，生成负荷调控策略，下发控制指令。
19.步骤5：家庭智慧用能服务云平台收集用户家电设备的负荷调节指令执行情况，通知用户本次负荷控制的详情，向外部系统反馈负荷调节的结果。
20.作为优选方案，所述步骤1包括如下具体步骤：所述家庭智慧用能服务云平台绑定第三方家电厂商云平台账号的流程：通过验证第三方家电厂商云平台的账户密码，获取第三方家电厂商云平台的登录令牌，并向第三方家电厂商云平台发放登录令牌，用于登录认证；家庭智慧用能服务云平台与第三方家电厂商云平台交互过程的消息中均含有登录令牌用于安全认证；完成账户绑定后查询并绑定第三方家电厂商云平台的用户的家电设备，并订阅各家电设备的数据。
21.所述家庭智慧用能服务云平台绑定定制物联家电设备的流程：家电设备主动连接家庭智慧用能服务云平台，用户向家庭智慧用能服务云平台发起绑定设备请求，家庭智慧用能服务云平台根据家电设备认证信息与用户请求校验家电设备的准入，验证通过后为定制物联家电设备颁发登录令牌及密钥信息，定制物联家电设备本地保存登录令牌及密钥信息。
22.作为优选方案，所述家庭智慧用能服务云平台通过用户授权，包括用户签署相关协议，并选择允许家庭智慧用能服务云平台控制的家电设备及可控的时间区间。
23.作为优选方案，所述负荷优化管理方案，用于在接收到负荷调控命令时，筛选出支持家庭智慧用能服务云平台控制的家电设备；对用户用能进行优化，包括：家电设备的高负荷工作时间转移，对家电设备工作模式、设定温度进行调整。
24.作为优选方案，所述收集用户当前接入家庭智慧用能服务云平台的家电设备负荷使用情况，依据用户的负荷优化管理方案，生成负荷调控策略，下发控制指令，包括如下步骤：
家庭智慧用能服务云平台根据“变电站
‑
计量箱
‑
表计
‑
用户”这一拓扑，逐个用户分析负荷优化管理方案，找出目标范围内已授权家庭智慧用能服务云平台自动调控的设备并评估可调潜力，选定调控的家电设备范围后，组装控制指令并下发。
25.作为优选方案，所述负荷控制的详情，包括设备状态变更事件。
26.作为优选方案，还包括：通过家庭智慧用能服务云平台查询家电设备上报的历史家电设备指令执行结果。
27.作为优选方案，家庭智慧用能服务云平台下发控制指令、收集家电设备负荷使用情况、负荷调节指令执行情况的方法，包括如下步骤：家庭智慧用能服务云平台指令下发后，厂商云平台和/或定制物联家电设备校验指令中的密钥与登录令牌后，执行指令并向家庭智慧用能服务云平台响应指令执行结果。
28.家电设备负荷使用情况、负荷调节指令执行情况上报后经过解码处理，对消息的登录令牌与密钥，进行安全性认证后，进行数据存储。
29.有益效果：本发明提供的一种家庭智慧用能服务云平台及其用户负荷优化调节方法，平台采用统一的交互协议与第三方家电厂商云平台和电网公司定制物联家电实现业务数据交互，实现不同品牌不同类型的家电设备的统一接入，为居民电力用户提供家电能耗及家电状态的精准感知、灵活控制的能力，同时也为电网公司实现居民用户负荷协同优化调节提供技术支撑，实现统一、安全的居民负荷调节能力，利用部分家用电器负荷可转移的特性，合理转移这部分家电的用电时段，优化台区负荷平均利用率，减少电网峰谷差，提升配网运行经济型和供电可靠性。
附图说明
30.图1是本发明的家庭智慧用能服务云平台整体架构图。
31.图2是本发明的家庭智慧用能服务云平台功能模块结构示意图。
32.图3是本发明的居民电力用户在家庭智慧用能服务云平台绑定第三方家电厂商云平台账号的流程图。
33.图4是本发明的居民电力用户在家庭智慧用能服务云平台绑定电网公司定制物联家电的流程图。
34.图5是本发明的居民电力用户在家庭智慧用能服务云平台下发家电设备的数据查询/控制指令的交互流程图。
35.图6是本发明的家庭智慧用能服务云平台中第三方家电厂商云平台及定制物联家电主动上报用户家电设备状态/事件的流程图。
36.图7是本发明的居民电力用户向家庭智慧用能服务云平台授权自动化电力负荷优化调节的流程图。
37.图8是本发明的家庭智慧用能服务云平台接收电网公司其他业务系统向其下发负荷调控目标并执行的流程图。
具体实施方式
38.下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
39.参见附图1，家庭智慧用能服务云平台对下通过前置通信模块采用统一、安全的定
制物联网协议接入用户在各厂商云平台的家电及定制物联家电，厂商云平台的第三方平台交互接口采用发布/订阅的交互方式，与家庭智慧用能服务云平台进行交互；定制物联家电采用tcp直连的通信方式，与家庭智慧用能服务云平台实现交互指令的发布/订阅。前置通信模块完成指令与数据的协议转换，与家庭智慧用能服务云平台中模块之间采用分布式消息总线实现信息交互。对于采集到的用户家电设备数据，由采集管理模块入库存储到数据存储模块，并且由负荷管理模块对用户设备的可调潜力进行分析，根据用户管理模块中的用户授权情况形成用户的负荷管理方案。外部系统例如用电信息采集系统通过分布式消息总线下发负荷优化指令，由家庭智慧用能服务云平台负荷管理模块对负荷优化指令进行目标分解以及负荷调控指令下发，并根据指令执行情况反馈负荷优化的结果。
40.参见附图2，家庭智慧用能服务云平台的具体功能提供六个主要模块，分别为前置通信模块、采集管理模块、设备管理模块、用户管理模块、安全管理模块、负荷管理模块。前置通信模块实现家庭智慧用能服务云平台与第三方厂商云平台及定制物联家电的链路保持、协议转换及消息分发的功能；采集管理模块实现家电设备状态查询/控制指令的下发，对上报数据进行解析并转换成云平台可识别的格式，以及对数据进行存储。设备管理模块提供设备标识管理，设备登录令牌等认证信息的存储、比对，并维护设备与用户的绑定管理功能。用户管理模块提供用户信息录入、变更、删除功能，对用户的登录令牌进行发放、存储及比对，保存用户对云平台授权的信息，包括云平台对用户设备的数据访问权限、云平台对用户家电设备运行状态进行调整的权限。安全管理模块提供密钥签发及验证、消息认证防重放攻击。负荷管理模块接收外部系统的负荷控制目标指令，根据相关用户的可调潜力进行调控目标分解并下发控制指令，对符合调控的结果进行统计并反馈控制结果。
41.一种家庭智慧用能服务云平台用户负荷优化调节方法，包括如下步骤：步骤1：用户在家庭智慧用能服务云平台绑定第三方厂商云平台账号及电网公司定制物联家电。
42.步骤2：家庭智慧用能服务云平台订阅第三方厂商云平台的家电及电网公司定制物联家电的运行状态与事件信息，对接收到的数据进行处理及存储。
43.步骤3：用户可通过家庭智慧用能服务云平台对家电设备下发查询/控制指令，并得到家电设备指令执行结果的反馈；也可通过云平台查询设备上报的历史数据；步骤4：用户向家庭智慧用能服务云平台授权，允许家庭智慧用能服务云平台对用户的家电设备自动化负荷优化调节。
44.步骤5：家庭智慧用能服务云平台根据用户家电设备的类型及其用电情况进行统计分析，按照居民常用电器的用电特性及居民台区电力负荷调节需求，对用户的用电负荷制定负荷优化管理方案，分析用户可调节负荷（例如：空调）及可转移负荷（例如：热水器、充电桩）的容量大小与可调节时间段。
45.步骤6：家庭智慧用能服务云平台接收外部系统（例如：用电信息采集系统）下发的台区负荷调节目标，收集用户当前接入家庭智慧用能服务云平台的家电设备负荷使用情况，依据用户的负荷优化管理方案，生成负荷调控策略，下发控制指令。
46.步骤7：家庭智慧用能服务云平台收集用户家电设备的负荷调节指令执行情况，通知用户本次负荷控制的详情，向外部系统反馈负荷调节的结果。
47.为支撑上述家庭智慧用能服务云平台用户负荷优化调节方法的实现，对云平台主
要流程采用以下设计：参见附图3，为用户在家庭智慧用能服务云平台绑定第三方家电厂商云平台账号的流程。通过验证第三方平台的账户密码，获取第三方平台的登录令牌，并向第三方家电厂商云平台发放登录令牌，用于登录认证，后续交互过程的消息中均含有登录令牌用于安全认证。完成账户绑定后查询并绑定用户在第三方家电厂商云平台的设备，并订阅各设备的数据。
48.参见附图4，为用户在家庭智慧用能服务云平台绑定定制物联家电的流程，家电设备主动连接家庭智慧用能服务云平台，用户向平台发起绑定设备请求，平台根据设备认证信息与用户请求校验家电设备的准入，验证通过后为定制物联家电颁发登录令牌及密钥信息，定制物联家电本地保存登录令牌及密钥。
49.参见附图5，为用户通过家庭智慧用能服务云平台下发家电数据查询/控制指令的流程，指令下发后，厂商云平台/定制物联家电校验指令中的密钥/登录令牌后，执行指令并向云平台响应指令执行结果，云平台对厂商云平台/定制物联家电的响应进行处理。
50.参见附图6，为用户的家电设备主动上报或由第三方厂商云平台上报运行状态或事件的流程，家电运行状态上报后经过前置通信的解码处理，采集管理模块对消息的登录令牌与密钥，以及消息的安全性进行认证，随后进行数据存储并推送给用户。
51.参见附图7，为用户向家庭智慧用能服务云平台授权允许访问用户设备数据及下发设备控制指令的流程，用户需签署相关协议，并选择允许平台控制的家电设备及可控的时间区间。在用户允许的情况下，家庭智慧用能服务云平台将分析用户的设备类型及用能情况，评估负荷优化潜力及优化方案，生成用户负荷优化管理方案。根据该方案，一方面用于在接收到负荷调控命令时，可快速筛选出支持平台控制的家电设备；另一方面用于对用户用能进行优化，例如将热水器、电暖器等设备的高负荷工作时间转移，对空调设备的工作模式、设定温度进行调整，减少用电高峰时段负荷。
52.参见附图8，为家庭智慧用能服务云平台接收外部系统下发的负荷调节目标指令，指令内容包含目标台区需要减少的负荷大小，家庭智慧用能服务云平台根据“变电站
‑
计量箱
‑
表计
‑
用户”这一拓扑，逐个用户分析负荷管理方案，找出目标范围内已授权平台自动调控的设备并评估可调潜力，选定调控的家电设备范围后，组装控制指令并下发，由厂商云平台/定制物联家电执行指令后，响应控制的结果。家庭智慧用能服务云平台对第三方平台/定制物联家电的响应信息转换为系统可识别的格式并向用户推送设备状态变更事件；由负荷管理模块根据响应情况统计已调控的负荷，将负荷优化指令的执行结果向外部系统反馈。
53.在一个具体实施例中，家庭智慧用能服务云平台在某省公司部署上线，接入三个家电厂商云平台，采用物联网协议mqtt(message queuing telemetry transport)与家庭智慧用能服务云平台进行交互，采用订阅/发布的方式进行数据交互，平台的前置通信模块对mqtt消息解析并转换成系统可识别的消息格式进行存储与分发。本实施例对试点用户的负荷数据进行分析，并针对负荷可调潜力较强的典型家电，包括空调、热水器，基于其负荷特性，进行自动化负荷优化控制，经验证可在不影响用户生活用能的前提下，通过调节家用空调的工作温度与电热水器的工作时间，有效地降低台区用电高峰时段的总负荷，起到削峰填谷的效果，提升了电网运行经济性。另外，本实施例设计的云平台与用电信息采集系统
对接，实现用电信息采集系统对用户侧负荷调控的指令的分解与下发，赋予电网公司对用户侧实施负荷调节地能力。
54.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。