一种基于边缘计算框架的可扩展智慧能源单元设备的制作方法

本发明涉及边缘计算，具体涉及一种基于边缘计算框架的可扩展智慧能源单元设备。

背景技术：

1、在能源绿色低碳发展叠加电力供需紧平衡的新形势下，电力负荷管理成为了保障用电安全、提升新能源消纳和用能服务水平的重要抓手。要做到这一点，需要实现用户侧负荷数据的细粒度采集及差异化管理。这意味着需要智能终端在不同场景下实现对于各种类型的负荷设备细致的数据采集和分析，从而对负荷设备进行更加精准的管理和控制。通过智能终端对电力负荷设备的差异化管理，可以有效地优化电力系统的负荷分配，提高能源利用率和效益。

2、目前已有的智能终端是部署于电网10kv关口侧或者电网资产与用户资产分界面，实现对电网负荷的实时监测和远程控制，降低设备的成本和故障率，增加了设备的稳定性和易用性。

3、然而，上述智能终端部署方式仍存在一些问题。一方面，缺少配电变压器到用户整个线路不同汇集点的细粒度采集监测，存在采集薄弱区域。另一方面，缺少了对用户内部不同工艺环节的采集监测能力，未能提供灵活的差异化管理手段，无法真正发挥整体负荷调节能力。

4、以上为现有技术的不足之处。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种基于边缘计算框架的可扩展智慧能源单元设备，可以对不同应用场景下不同终端设备的不同负荷数据进行采集、监控并根据使用情况调整和优化终端能源使用策略，提高能效，降低能源消耗。

2、本发明提供了一种基于边缘计算框架的可扩展智慧能源单元设备，包括主控模块和若干功能模块；

3、其中，

4、功能模块的两侧分别设有插接口和插接部，通过插接口和插接部的配合，能够组合成特定功能模组；

5、主控模块内集成有边缘技术核心板、4g/5g通信模块、hplc模块、后备电源和接口模块；

6、边缘技术核心板采用rk3568j型处理器，rk3568j型处理器采用四核64位cortex-a55架构，具备边缘计算能力；

7、4g/5g通信模块，与边缘技术核心板连接，用于与电力负荷管理系统通信；

8、hplc模块，与边缘技术核心板连接，用于实现抄表功能、广播校时、从节点注册、事件上报和远程费控业务功能；

9、后备电源，为边缘技术核心板提供电源，用于支持功能模块带电插拔；

10、特定功能模组通过接口模块与边缘技术核心板连接。

11、进一步地，所述功能模块包括交采模块、rs485通信模块、遥控模块、遥信模块、无线模块和直流量模块；

12、所述接口模块包括usb总线接口和can总线接口。

13、进一步地，特定功能模组与主控模块通过usb总线接口或can总结接口实现插接组合，用于检测特定应用场景下终端设备的负荷数据进行处理并上传至电力负荷管理系统，还用于接收电力负荷管理系统下发的指令并传输给终端设备。

14、进一步地，交采模块，用于采集终端设备的电压、电流、功率的数据信息，并传输给主控模块；

15、rs485通信模块，用于与终端设备进行数据传输和控制指令的下发；

16、遥控模块，用于接收主控模块的控制指令，并传输给终端设备，控制终端设备开启或关闭，实现对终端设备的远程控制和管理；

17、遥信模块，用于接收终端设备发送的位置状态、开关接入状态和其它状态信息，在发生变位时进行记录，并在最近一次查询时发送该变位信号或主动上报；

18、无线模块集成有lora无线通信模块、wsn无线通信模块和zigbee无线通信模块，无线模块用于与终端设备进行无线数据传输和通信；

19、直流量模块，用于采集终端设备的直流电压电流数据，监测终端设备的电池状态和电能消耗。

20、进一步地，边缘计算核心板设置有运算单元、安全单元和存储单元；

21、计算单元，用于对接收的终端设备负荷数据进行处理和转换，将负荷数据转化为标准的数据格式和单位后，进行聚合和统计；

22、安全单元，用于对计算单元处理过的负荷数据进行加密、解密、数据验证，确保负荷数据在存储和传输过程中的机密性和完整性；

23、存储单元，用于临时存储安全单元加密过的负荷数据；

24、边缘技术核心板通过接口模块接收功能模块采集的终端负荷数据后，通过运算单元进行处理和转换，将负荷数据转化为标准的数据格式和单位后，进行聚合和统计，处理后的负荷数据通过安全单元进行加密，将加密后的负荷数据通过存储单元暂时存储在边缘计算核心板内，等待4g/5g通信模块将加密后的负荷数据上传至电力负荷管理模块。

25、进一步地，主控模块上还设有显示屏、指示灯、按键以及以太网接口；

26、显示屏用于实时显示所采集的终端设备的实时信息以及网络连接；

27、指示灯用于显示主控模块的电源状态、运行状态以及通信状态等；

28、按键与显示屏配合对终端设备的实时信息以及网络连接进行查看；

29、以太网接口用于实现主控模块和终端设备之间的通信和数据传输。

30、进一步地，功能模块上设有指示灯用于显示功能模块的电源状态、运行状态以及工作状态。

31、进一步地，主控模块和功能模块背面还设有卡槽，可以安装在导轨上。

32、从以上技术方案可以看出，相比现有技术本发明具有以下优点：

33、（1）本发明采用边缘计算框架和可扩展技术，设置具备插接口的主控模块和具备插接口和插接部的功能模块，功能模块之间可根据实际需要插接连接组成特定功能模组，特定功能模组与主控模块连接可以对不同应用场景下不同终端设备的不同负荷数据进行采集、监控和管理，实现对终端设备整体能效提升和负荷精准调控，满足了电力负荷管理系统对不同业务场景、不同负荷类型、不同时间尺度的负荷管理要求。

34、（2）本发明可以根据应用场景，通过功能模块的插接口和插接部，使功能模块之间进行插接连接组成特定功能模组，特定功能模组与主控模块插接连接检测相应应用场景下终端设备的负荷数据，而且根据用户应用需要，可以简单便捷地添加或更换功能模块，组成是用于其他应用场景的特定功能模组。这种设计方法大大减少了设备升级和维护的成本和时间，具灵活性和可定制性，提高了整个系统的可扩展性和可配置性，也满足了在不同场景下对不同终端设备多元负荷的多粒度数据精准采集、监测和管理。

35、（3）本发明主控模块中后备电源与hplc模块、4g/5g通信模块为一体式结构，确保主控模块可以独立运行，完成供电、模拟量采集、上/下行通信等功能，而且支持功能模块带电插拔，确保更换其他功能模块或特定功能模组时终端设备交采和通信连接不间断。

36、（4）本发明主控模块采用高性能、低功耗、功能丰富的rk3568j型处理器，通过有效集成处理器、存储器、接口控制、总线互联与用户逻辑，使大数据传输和时序数据处理性能大幅提升，且具有功耗低、多通道时序并行计算优势。rk3568j型处理器可以通过集成神经网络处理器npu，支持tensorflow, tf-lite, pytorch, caffe等深度学习框架，支持负荷预测、智能决策中ai算法部署，使主控模块具备边缘计算能力，提高了负荷数据处理的实时性。