实现拓扑动态重构与精确定位的家用能源信息服务网络制造技术

本发明专利技术提供一种实现拓扑动态重构与精确定位的家用能源信息服务网络，属于电力物联网技术领域技术领域，包括自定位智能家用能源信息网关装置PA2、自定位智能家用能源信息插座PA3、家用能源信息服务系统网络管理平台PA6、智能家用能源信息终端管理与检测装置PA7、传统的低压配电网络设施、分布式电源、储能装置与智能家电。本发明专利技术改善了当前家庭智能用电系统在通信可靠性、网络可视性、系统实用性与技术经济性方面的短板，解决低压层面电力物联网推广应用难点问题，显著提升能源信息相关终端和数据的利用效率、传输效率、管理效率与可靠性，推动各类用电终端设备与信息终端设备的融合进程，支撑和促进泛在电力物联网在广大低压用户层面的加快形成。

Household Energy Information Service Network for Realizing Dynamic Reconfiguration and Accurate Location of Topology

【技术实现步骤摘要】
实现拓扑动态重构与精确定位的家用能源信息服务网络
本专利技术涉及电力物联网
，具体涉及一种实现拓扑动态重构与精确定位的家用能源信息服务网络。
技术介绍
近年来在国家电网公司牵头倡导和大力推动下，泛在电力物联网建设正在全面快速开展。泛在电力物联网是泛在物联网在电力行业的具体表现形式和应用落地，旨在将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备、以及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、发电、供应商和政府社会提供服务，以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，为全行业和更多市场主体发展创造更大机遇，创造价值服务。出于技术与商业层面原因，数以亿计的家庭低压用户至今仍然广泛维持着传统的电力接入和消费模式。直接面向低压用户的智能用电领域一直是近年来智能电网建设的热点和难点，但随着相关技术和装备的发展完善，能够实现电力流与信息流综合高效智能利用的家庭能源信息服务系统也必将成为泛在电力物联网建设的焦点和亮点。目前的家庭智能用电系统与传统用电网络相比，绝大多数利用了窄带低压电力线载波（N-PLC）技术，重点解决了各类终端用电设备的信息接入与上传，以及远程控制信号的传递等问题，部分系统还基于宽带低压电力线载波（B-PLC）或低压光纤复合电缆（OPLC）技术，提供了终端用电设备与网络设备的宽带接入，并在此基础上开展了用户双向互动等多样化业务，取得较好的体验。但受思路、技术与标准方面的局限，仍然存在一系列不足之处，主要包括：1、智能化程度低，系统成本居高造成实用性差。目前家庭智能用电系统相关设备仍未出台统一标准，多数系统关注重点仍是各种家用电器的信息上传和远程控制，接入的数据类型和采样精度有限，且终端设备基本上不具备数据处理能力，只是简单的存储和上传，相关用电策略的规划执行过程需要较多的人工介入和干预，对于普通用户而言感觉过于繁琐。少数提供宽带接入和智能互动业务的家庭智能用电系统，其多媒体网关设备多基于ARM甚至x86架构开发，成本居高不下，也使得在光大家庭用户层面的应用推广十分困难。2、通信方式单一、传输速率受限，造成可靠性差。目前已有的家庭智能用电系统主要采用低压电力线载波（PLC）、低压光纤复合电缆（OPLC）和无线Wi-Fi三种通信方式其中的一种，而以上技术都存在其局限性：PLC技术传输速率低（基本上都在1Mbit/s以下，往往在数十kbit/s左右），且信道特性受环境影响明显、变化快速；OPLC造价较高，需要重新布放，实施困难；Wi-Fi信号穿透能力较差，且其模组功耗偏大，造价相对也较高。受成本因素制约，绝大多数制造商仍采用单一通信方式，因信道或装置故障引起的信号一旦中断无法恢复，系统可靠性整体偏低。而如果同时采用两种或三种通信方式，又将造成系统成本直线上升，同时引起的效果改善相对也并不明显。3、不具备定位能力、无法识别拓扑造成精确性差。受技术所限，目前已有的家庭智能用电终端设备均不具备空间定位和网络拓扑发现能力。类似于一个封闭的战场，指挥人员只能知道战场中有哪些人员，并能与各个人员通话，但却并不知道战场里目前的阵型排列、组织配置与人员分布，不能精确定位、不能识别网络拓扑，在一些复杂建筑中开展故障排查、风险分析、设备检修等应用场景时将会力不从心，也无法支持未来家庭智能维护、机器人服务、远程无人机送货等一系列高级应用需求。超宽带（UWB）无线是一种无载波的无线通信技术，公开发布于21世纪初，主要面向短距离无线应用，具备以下主要特点：一是传输速率高，通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s乃至数Gbit/s的数据传输速率；二是功耗极低，耗电量为现有无线技术的1/100以下；三是定位能力强，支持TOF、TDOA、AOA多种定位算法，定位精度可达厘米级。四是成本低廉，较现有无线技术成本更低。此外，UWB还具有抗干扰性能强、穿透能力强、保密性好等诸多优势。无线无载波的UWB技术与有线有载波的PLC技术天然形成一定程度上的技术互补，同时都主要针对短距离通信应用场景，在家庭智能用电领域具有很好的应用空间，能够很好弥补现有系统的缺陷和不足。公开号CN102185743A的专利文献公开了一种基于智能网关的数字家庭网络系统。该系统包括家庭网关、家庭网络；所述家庭网关同时连接多个或不同种类接入方式的接入设备；所述家庭网络分为：家庭控制网、数字数据网、家庭A/V网；家庭控制网采用基于X210总线协议的PLC电力线载波技术为传输介质；数字数据网、家庭A/V网以无线为传输介质，采用超宽频UWB方式。该系统实现了家庭网关的多业务和多种端口技术、三网合一的内部网络协议转换技术、智能路由技术及网络数据包过滤技术的综合应用，方便家庭设备的管理及通信。公开号为CN103634181A的专利文献公开了一种基于智能网关的数字家庭网络系统设计结构。该结构包括：(1)智能网关，以Linux操作系统为核心，管理、协调各周边模块。(2)数字电视、移动终端，PC机模块接口，ADSL电话接口模块，实现电话信号的数字化，与家庭网关相连。(3)无线环境模块，内置高频头，对高频电视信号进行处理，并通过多媒体编码器实时处理数字媒体流；(4)PLC电力线载波协议转换接口将外网对家电控制信息通过电力线载波的方式传输给各家电终端；(6)UWB无线通信通过网关连接外网或内网传送或者接收宽带网络数据和多媒体音视频流。本专利技术建立在物理模型的基础上，以家庭网关为中心，实现多业务、多终端相互便捷链接功能。该技术方案实现对网络系统结构设计，通过多业务及多端口与家庭智能网关互联方案，实现了对多种业务多种端口的支持，达到多种媒介之间互连及控制的目的。上述两种系统均能支持多种业务和多种端口，但均存在精确性和可靠性能差等缺陷，不具备空间定位和网络拓扑发现能力。
技术实现思路
本专利技术针对目前家庭智能用电系统在实用性、可靠性与精确性方面存在的缺陷和不足，提出一种基于UWB与PLC融合实现拓扑动态重构与精确定位的家用能源信息服务网络。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：实现拓扑动态重构与精确定位的家用能源信息服务网络，包括：自定位智能家用能源信息网关装置PA2、自定位智能家用能源信息插座PA3、家用能源信息服务系统网络管理平台PA6、智能家用能源信息终端管理与检测装置PA7、低压配电网络设施、分布式电源、储能装置与智能家电。进一步的，所述自定位智能家用能源信息网关装置PA2包括一种基于UWB与PLC融合的嵌入式智能家用能源信息综合处理单元PA4。进一步的，所述自定位智能家用能源信息插座PA3包括一种基于UWB与PLC融合的嵌入式智能家用能源信息综合处理简化单元PA5。进一步的，所述家用能源信息服务系统网络管理平台PA6为一种针对家用能源信息服务系统的远程管理装置。进一步的，所述智能家用能源信息终端管理与检测装置PA7为一种针对所述自定位智能家用能源信息网关装置PA2、所述自定位智能家用能源信息插座PA3开展功能检测与本地管理维护的装置。本专利技术的有益效果是：本专利技术自定位智能家用能源信息网关装置（PA2）为同期申请专利项，主要采用一种基于UWB与PLC融合的嵌入式智能家用能源信息综合处理单元（PA4）研发制造。主要作用是与邻近本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.实现拓扑动态重构与精确定位的家用能源信息服务网络，其特征在于：包括：自定位智能家用能源信息网关装置PA2、自定位智能家用能源信息插座PA3、家用能源信息服务系统网络管理平台PA6、智能家用能源信息终端管理与检测装置PA7、低压配电网络设施、分布式电源、储能装置与智能家电。

【技术特征摘要】
1.实现拓扑动态重构与精确定位的家用能源信息服务网络，其特征在于：包括：自定位智能家用能源信息网关装置PA2、自定位智能家用能源信息插座PA3、家用能源信息服务系统网络管理平台PA6、智能家用能源信息终端管理与检测装置PA7、低压配电网络设施、分布式电源、储能装置与智能家电。2.如权利要求1所述的实现拓扑动态重构与精确定位的家用能源信息服务网络，其特征在于：所述自定位智能家用能源信息网关装置PA2包括一种基于UWB与PLC融合的嵌入式智能家用能源信息综合处理单元PA4。3.如权利要求2所述的实现拓扑动态重构与精确定位的家用能源信息服务网络，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑征，张海宁，吴军波，姬正骁，王棨，王松，许长清，张琳娟，张平，周楠，邱超，郭璞，卢丹，李锰，余晓鹏，田春筝，毛玉宾，白宏坤，王利利，吴博，刘永民，黄景慧，王文豪，李珊，卜飞飞，方精干，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司经济技术研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41