一种能效管理系统的云架构及其运行方法
【专利摘要】本发明公开了一种能效管理系统的云架构及其运行方法，通过引入云架构及其运行方法及方法，系统能够根据客户业务种类的不断扩展，系统实现新增业务模块的快速无缝接入和数据采集共享，同时系统能够根据客户业务规模的大小、实现动态负载均衡，高效、高质的完成能效数据的采集、处理和发布，保障用户业务的正常开展，系统通过内部监测和运行机制，能够大幅提高系统的可用率和运行效率。
【专利说明】一种能效管理系统的云架构及其运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及能效管理和云计算领域，具体是一种能效管理系统的云架构及其运行方法。
【背景技术】
[0002]全球能源的枯竭和能源价格的上涨已经制约了国家和企业的发展，能源使用如何从粗犷型向精细化管理转变已经开始上升到战略性的高度，建立一套能效管理系统成为关键。
[0003]目前，国际上普遍用“能源效率"(energy efficiency)来替代上世纪70年代能源危机后提出的“节能”(energy conservation) 一词。
[0004]能效管理系统建设初期基本按照短期项目需求配置，一般系统都是按照较小规模投资建设，当业务规模增长超出当初设计容量时，系统架构和性能无法满足业务需要，可能会照成系统颠覆和重新建设。在系统扩容和新老系统切换时会给客户业务带来中断和不便。由于能效管理是一项长期的工作，所以在系统建设初期就应考虑未来长远发展，让系统架构可以根据业务发展无缝拓展。
【发明内容】
[0005]本发明是针对上述技术的缺陷，提出了一种能效管理系统的云架构及其运行方法。
[0006]本发明的技术方案为:
[0007]—种能效管理系统的云架构，它包括数据采集平台、云计算平台、业务平台和云存储平台，所述数据采集平台同业务平台、云计算平台和云存储平台分别连接，所述云计算平台还同业务平台和云存储平台分别连接，所述业务平台还同云存储平台连接；
[0008]所述数据采集平台包括多个前置通讯模块、通讯调度模块、数据处理模块、定时采集与补测模块、WEB服务模块和WebService接口服务模块；所述多个前置通讯模块通过通讯调度模块与数据处理模块连接，数据处理模块还同定时采集与补测模块、WEB服务模块、WebService接口服务模块分别连接，定时采集与补测模块还同WEB模块连接；
[0009]所述云计算平台包括数据加工模块、数据整合模块和数据挖掘模块；
[0010]所述业务平台包括至少一个能源管理模块；
[0011]所述云存储平台包括至少一个能源管理数据库；
[0012]所述数据采集平台、云计算平台、业务平台、云存储平台均由云服务器组成。
[0013]具体的，所述云服务器由服务器集群构成。
[0014]更优的，所述服务器安装不间断电源。
[0015]更具体的，所述业务平台包括预购电管理模块、线损管理模块、电费管理模块、有序用电管理模块、需求侧管理模块、分项计量模块、锅炉能效管理模块、光伏监测系统模块、企业能源管理模块的一个或多个。[0016]更具体的，所述云存储平台包括用电信息管理数据库、分项计量系统数据库、光伏系统数据库、外部系统数据库、采集平台数据库的一个或多个。
[0017]更优的，所述各模块之间的通讯采用Soocket长连接方式通讯。
[0018]更具体的，所述各模块之间采用心跳帧检测连接状态和模块的繁忙程度，当模块需处理的队列容量>80%情况下，把事务提交给其它负载均衡模块，当队列容量满时拒绝接收新的事务。
[0019]更优的，各模块间的通讯帧定义内部通讯规约，所述内部通讯规约包括表明数据传递路径，内部命令号，优先级、长度和规约类型。
[0020]更具体的，所述包含内部通讯规约的通信帧结构为起始字符、数据区长度η、数据区长度η、起始字符、终端规约、源地址、目的地址、流水号、优先级、命令类型、入库标志、回答标志、数据区、校验码、帧尾。
[0021]更优的，其系统线程的数量有预留配额和弹性配额限制两种配额配置方式，所述预留配额是必须保证的线程数，弹性配额限制是可分配到的最大线程数。
[0022]更优的，所述前置通讯模块以每4万个能效采集点为单位自动适配。
[0023]更优的，前置通讯模块还包括一个负责终端的连接管理和数据传输的同步异步数据控制机制，当系统增加一个信道或连接数大于4万时，系统会自动从资源池拓展一个前置通讯模块。
[0024]更优的，所述业务平台、云计算平台和云存储平台的服务器安装不间断电源。
[0025]一种能效管理系统的云架构运行方法，系统各模块之间通过通信网络连接，它包括:
[0026]一个数据采集步骤，
[0027]—个数据分配调度步骤，
[0028]一个数据处理步骤，
[0029]一个数据动态拓展和回收步骤，
[0030]一个数据整合和数据挖掘的云计算步骤，
[0031]一个针对数据进行的能效管理决策步骤，
[0032]一个数据云存储步骤，
[0033]所述数据分配调度步骤、数据处理步骤、数据动态拓展和回收步骤、数据整合和数据挖掘步骤、能效管理决策步骤、数据云存储步骤均通过云服务器完成。
[0034]更优的，所述系统数据采集步骤为:
[0035]a)当通讯模块接收到主站界面或后台任务下发指令，指令加入发送队列并根据下发对象所支持的通讯规约类型，调用规约解释进行组帧形成具体报文返回给通讯模块；
[0036]b)通讯模块在接收到应答帧后，同时与队列中下发指令进行匹配；
[0037]c)当匹配数据结束后后，调用规约解释对数据进行识别、解释；
[0038]d)判断该数据是否为需要入库的数据，如果该数据是需要入库的数据，则提交给数据库处理模块进行入库处理；
[0039]e)在数据处理结束后，将该指令从队列中删除，并将结果返回给主站界面和后台任务。
[0040]更优的，系统各模块之间进行模块连接检测过程，检测步骤为:[0041]a、接收方等待连接请求；
[0042]b、发送方发送连接请求；
[0043]C、接收方接收到连接请求后判断是否连接成功，成功接收方则等待心跳报文，不成功则返回步骤a;
[0044]d、发送方定时发送心跳报文；
[0045]e、接收方接收到心跳报文并保持连接成功；若接收方在最大时间内未收到心跳报文，则自动断开连接，并返回步骤a。
[0046]更优的，系统的云服务器主机采用两台主机共享磁盘阵列的方式实现双机容错。
[0047]更优的，系统模块之间采用主动动态连接方式，当系统的某一模块发生故障，则与其相关联的所有模块均处于等待状态；当该模块恢复正常后，相关联的模块自动与其联接。
[0048]更优的，系统通过对不同的工作模块的状态制定诊断规则，动态的对工作模块进行检测，及时发现异常，作为日志进行保存，同时提示管理员，进行必要的维护工作。
[0049]更优的，当数据传输发生脱机时，各模块具有一定时间的数据保存功能，待模块恢复工作后进行自动续传。
[0050]本发明的有益效果为:
[0051]本发明能够根据在客户业务范围不断增长的情况下(小到I个业务模块，大到几十个业务模块)、充分利用已有系统的资源和数据。以往客户在系统建设时很少考虑未来几年后的发展，而能效管理是需要长期不断发展的，对于新的业务单元，客户一般都是单独建立一套独立的系统，这样在能效数据采集上，就会出现通讯信道、系统接口、能效数据计量与采集设备的重复投资建设，根据以往项目数据，通过本发明所述的云架构及其运行方法和方法，可节约总成本大于30%，随着业务模块越多，这种效果越显著。同时该发明还大幅降低了新增业务模块对客户安装维护所带来的影响，系统只需简单的安装和配置相应的模块即可完成新的业务系统的扩展，同时让系统维护人员的维护工作量和能力要求几乎没有变化；
[0052]本发明还解决了原有系统无法有效的根据数据量、采集点、访问量、计算量等诸多因数，进行动态合理的配置管理系统资源问题，有效的提高了系统对资源动态管理配置的能力，系统实现动态负载均衡，高效、高质的完成能效数据的采集、处理和发布，确保了客户随着业务不断发展，系统也能自动的在不停机的情况下无缝拓展，保障客户业务的连续性，使系统停机时间由原来1-2天，降低为O天。
[0053]本发明解决了原有系统中单一模块故障导致系统故障问题，有效的提高了系统的容错能力和故障检测恢复能力，大幅提高系统的可靠性。以往系统某一模块发生故障，系统维护人员往往无法准确定位到某个模块的故障，一般都是通过整个系统重启解决问题，而通过本发明的故障检测机制可以准确定位故障位置和类型，并可自动快速接管故障模块工作，同时进行故障处理，系统平均故障发现和恢复时间小于I分钟。
[0054]本发明解决了原有系统中大规模常用数据重复计算问题，一方面解决了大规模数据计算耗时量大，客户等待时间长的问题，另一方面解决了重复计算带来的系统CPU负载率高的问题。
[0055]本发明解决了原有系统中对数据指令的优先级问题，可以优先保证客户业务紧急和重要的指令优先执行。[0056]本发明解决了原有系统中，各模块在异步处理过程中，某一模块故障导致的数据丢失的问题，各异步处理模块均设有缓存机制，所以系统不但能够做到数据不丢失，同时还能做到故障恢复后各异步模块独立恢复断点执行功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0057]图1为本发明能效管理系统结构图。
[0058]图2为本发明的系统配置图。
[0059]图3为本发明数据采集流程图。
[0060]图4为本发明模块连接监测流程图。
[0061]图5为本发明数据缓存模块架构图。
【具体实施方式】
[0062]下面对照附图并结合【具体实施方式】对本发明进行说明。
[0063]如图1所示，一种能效管理系统的云架构及其运行方法，它包括数据采集平台、云计算平台、业务平台和云存储平台，数据采集平台同业务平台、云计算平台和云存储平台分别连接，云计算平台还同业务平台和云存储平台分别连接，业务平台还同云存储平台连接；
[0064]数据采集平台包括多个前置通讯模块、通讯调度模块、数据处理模块、定时采集与补测模块、WEB服务模块和WebService接口服务模块；多个前置通讯模块通过通讯调度模块与数据处理模块连接，数据处理模块还同定时采集与补测模块、WEB服务模块、WebService接口服务模块分别连接，定时采集与补测模块还同WEB模块连接；
[0065]云计算平台包括数据加工模块、数据整合模块和数据挖掘模块；
[0066]业务平台包括预购电管理模块、线损管理模块、电费管理模块、有序用电管理模块、需求侧管理模块、分项计量模块、锅炉能效管理模块、光伏监测系统模块、企业能源管理模块；
[0067]云存储平台包括电信息管理数据库、分项计量系统数据库、光伏系统数据库、外部系统数据库、采集平台数据库。
[0068]数据采集平台、云计算平台、业务平台、云存储平台均由云服务器组成。
[0069]云服务器均由服务器集群构成，并安装有不间断电源。
[0070]例如在某个科技园区里，它通过电表、水表、气表、传感器设备采集园区用户的用能信息和环境参数，通过采集终端、集中终端将能效信息数据上传至云服务器，在云服务器中完成:
[0071]I)对用户进行能源诊断与审计，包括分析节能空间；
[0072]2)设计能效方案，进行管理培训，包括制定能效培训计划；
[0073]3)部署用电设备监测装置，包括安装硬件设施；
[0074]4)部署现场物联网络，包括物联网络、通信模块和能效管理服务客户端的连接；
[0075]5)部署能效管理主站，用于进行智能化操作及能效管理；
[0076]6)系统运行，包括在能效管理主站正常运行硬、软件设施，进行可视化管理、能效评估、技术培训以及长期服务；[0077]对能效数据进行数据采集与数据解析与处理与验证，并可通过人工数据填报，保证数据的准确性与完整性。
[0078]通过云计算平台对数据进行加工、按能源分项、周期、分户、设备类型进行统计计算与数据挖掘。
[0079]7)将所获信息数据进行分析，并构建基础数据库和基于用能消费行为的样本模型库即用能设备典型数学模型库；
[0080]8)根据步骤7)的基础数据库和用能设备典型数学模型库所分析的数据结果进行运行成本分析和模式识别；
[0081]9)提出优化方案和措施；
[0082]10)远程在线调整，无需人工安装节能设备或增加监测点，即可完成优化方案和措施后，返回步骤6)，或者人工安装节能设备或增加监测点，完成优化方案和措施后，返回步骤6)。
[0083]本发明各模块之间的通讯采用Soocket长连接方式通讯，具体连接流程见图3。通过这种方式有效地减少了各模块耗费在建立连结与握手的时间，保障了各模块通讯和故障检测的实时性与有效性，提高系统运行效率。
[0084]本发明各模块之间采用心跳帧检测连接状态和模块的繁忙程度，当模块需处理的队列容量>80%情况下，把事务提交给其它负载均衡模块，当队列容量满时拒绝接收新的事务。
[0085]本发明各模块间的通讯帧定义内部通讯规约，所述内部通讯规约包括表明数据传递路径，内部命令号，优先级、长度和规约类型。包含内部通讯规约的通信帧结构如表1所示，起始字符、数据区长度η、数据区长度η、起始字符、终端规约、源地址、目的地址、流水号、优先级、命令类型、入库标志、回答标志、数据区、校验码、帧尾。
【权利要求】
1.一种能效管理系统的云架构，其特征是它包括数据采集平台、云计算平台、业务平台和云存储平台，所述数据采集平台同业务平台、云计算平台和云存储平台分别连接，所述云计算平台还同业务平台和云存储平台分别连接，所述业务平台还同云存储平台连接； 所述数据采集平台包括多个前置通讯模块、通讯调度模块、数据处理模块、定时采集与补测模块、WEB服务模块和WebService接口服务模块；所述多个前置通讯模块通过通讯调度模块与数据处理模块连接，数据处理模块还同定时采集与补测模块、WEB服务模块、WebService接口服务模块分别连接，定时采集与补测模块还同WEB模块连接； 所述云计算平台包括数据加工模块、数据整合模块和数据挖掘模块； 所述业务平台包括至少一个能源管理模块； 所述云存储平台包括至少一个能源管理数据库； 所述数据采集平台、云计算平台、业务平台、云存储平台均由云服务器组成。
2.根据权利要求1所述的一种能效管理系统的云架构，其特征在于 所述业务平台包括预购电管理模块、线损管理模块、电费管理模块、有序用电管理模块、需求侧管理模块、分项计量模块、锅炉能效管理模块、光伏监测系统模块、企业能源管理模块的一个或多个。 所述云存储平台包括用电信息管理数据库、分项计量系统数据库、光伏系统数据库、外部系统数据库、采集平台数据库的一个或多个。
3.根据权利要求1所述的一种能效管理系统的云架构，其特征在于所述各模块之间采用心跳帧检测连接状态和模块的繁忙程度，当模块需处理的队列容量>80%情况下，把事务提交给其它负载均衡模块，当队列容量满时拒绝接收新的事务。
4.根据权利要求1所述的一种能效管理系统的云架构，其特征在于各模块间的通讯帧定义内部通讯规约，所述内部通讯规约包括表明数据传递路径，内部命令号，优先级、长度和规约类型。
5.根据权利要求4所述的一种能效管理系统的云架构，其特征在于所述包含内部通讯规约的通信帧结构为起始字符、数据区长度η、数据区长度η、起始字符、终端规约、源地址、目的地址、流水号、优先级、命令类型、入库标志、回答标志、数据区、校验码、帧尾。
6.根据权利要求1所述的一种能效管理系统的云架构，其特征在于其系统线程的数量有预留配额和弹性配额限制两种配额配置方式，所述预留配额是必须保证的线程数，弹性配额限制是可分配到的最大线程数。
7.根据权利要求1所述的一种能效管理系统的云架构，其特征在于所述前置通讯模块以每4万个能效采集点为单位自动适配，当系统增加一个信道或连接数大于4万时，系统会自动从资源池拓展一个前置通讯模块。
8.一种能效管理系统的云架构运行方法，其特征在于系统各模块之间通过通信网络连接，采用Soocket长连接方式通讯,它包括: 一个数据采集步骤， 一个数据分配调度步骤， 一个数据处理步骤， 一个数据动态拓展和回收步骤， 一个数据整合和数据挖掘的云计算步骤，一个针对数据进行的能效管理决策步骤， 一个数据云存储步骤， 所述数据分配调度步骤、数据处理步骤、数据动态拓展和回收步骤、数据整合和数据挖掘步骤、能效管理决策步骤、数据云存储步骤均通过云服务器完成。
9.根据权利要求8所述的一种能效管理系统的云架构运行方法，其特征在于所述系统数据采集步骤为: a)当通讯模块接收到主站界面或后台任务下发指令，指令加入发送队列并根据下发对象所支持的通讯规约类型，调用规约解释进行组帧形成具体报文返回给通讯模块； b)通讯模块在接收到应答帧后，同时与队列中下发指令进行匹配； c)当匹配数据结束后后，调用规约解释对数据进行识别、解释； d)判断该数据是否为需要入库的数据，如果该数据是需要入库的数据，则提交给数据库处理模块进行入库处理； e)在数据处理结束后，将该指令从队列中删除，并将结果返回给主站界面和后台任务。
10.根据权利要求8所述的一种能效管理系统的云架构运行方法，其特征在于系统各模块之间进行模块连接检测过 程，检测步骤为: a、接收方等待连接请求； b、发送方发送连接请求； C、接收方接收到连接请求后判断是否连接成功，成功接收方则等待心跳报文，不成功则返回步骤a; d、发送方定时发送心跳报文； e、接收方接收到心跳报文并保持连接成功；若接收方在最大时间内未收到心跳报文，则自动断开连接，并返回步骤a。
11.根据权利要求8所述的一种能效管理系统的云架构运行方法，其特征在于系统模块之间采用主动动态连接方式，当系统的某一模块发生故障，则与其相关联的所有模块均处于等待状态；当该模块恢复正常后，相关联的模块自动与其联接。
12.根据权利要求8所述的一种能效管理系统的云架构运行方法，其特征在于系统通过对不同的工作模块的状态制定诊断规则，动态的对工作模块进行检测，及时发现异常，作为日志进行保存，同时提示管理员，进行必要的维护工作。
13.根据权利要求8所述的一种能效管理系统的云架构运行方法，其特征在于当数据传输发生脱机时，各模块具有一定时间的数据保存功能，待模块恢复工作后进行自动续传。
【文档编号】H04L29/06GK103905553SQ201410135875
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】张兵, 熊晓凌 申请人:江苏林洋电子股份有限公司, 南京林洋电力科技有限公司