考虑“边-端-芯”协同的智能量测多芯模组配置方法

本发明涉及电力智能量测，具体而言，涉及考虑“边-端-芯”协同的智能量测多芯模组配置方法。

背景技术：

1、智能电表是智能量测体系中的基本元素，可提供海量的用户用电数据，在新型电力系统的建设发展中发挥重要作用。然而，随着第一批智能电能表大批量上线，其可靠性问题逐渐暴露出来。我国现行国家标准体系要求电表软硬件一体化设计，为了避免电能表程序被篡改，只能通过更换整表，解决智能电表硬软件故障问题。这种设计思路有利于保证电能消费计量的安全性和准确性，但电表出现问题即需要进行整表更换，削减了电能表的使用周期，增加了电网公司的运营成本，又造成了一定的资源浪费。

2、为应对该问题，国际法制计量组织(oiml)改进了计量体系设计标准，提出了international recommendation 46(ir46)有功电能表标准。ir46国际标准要求电能表法制计量功能与非法制功能之间独立，非法制功能部分软件在线升级不能影响计量部分的准确和稳定。与此同时，随着物联网、人工智能等新技术的发展，在智慧城市、智慧社区、智能家居、分布式能源等领域诞生了大量的应用需求。根据上述情况和特点，当前亟需能够满足法制计量部分与非法制(也叫“管理部分”)分离，且能适应高级应用需求的新一代智能电能表。多芯模组化设计方案为分离法制计量部分与非计量管理部分的热门方向。

3、多芯模组化设计，采用管理单元与法制计量单元分离方式，具备计量芯、管理芯和扩展模块等工作芯，模组可插拔更换，相互独立互不影响。

4、现有技术对多芯模组化智能电表的硬件电路整体架构和软件整体架构进行了设计,重点关注了模块热插拔功能的硬件接口设计、插拔保护电路设计和热插拔软件设计，并进行了计量芯、管理芯、辨识芯和负控芯四个模块在内的模块化松耦合式的多芯智能电表设计,重点关注各芯片模块的硬件电路设计，同时根据国际新标准，设计了计量芯、管理芯、通信芯、扩展模块等多个工作芯，将上行通信、下行通信、扩展功能等设计为可插拔更换的模组化方式。

5、虽然现有技术关于多芯模组化设计主要集中在硬件上的模组化架构设计、引脚设计、热插拔设计等，能够满足电表现有的计量采集功能，并能够将智能量测设备的法制计量部分与非法制管理部分分离，然而，针对智能量测云-边-端-芯协同需求，智能电表、智能量测终端内部的多芯模组芯片如何优化配置鲜少有研究。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的是通过设计一种考虑“边-端-芯”协同效能优化的多芯模组配置技术，以包含智能量测终端核心板、智能电表管理单元配置成本和数据传输成本在内的“边-端-芯”协同综合成本最小化为目标，以智能量测终端核心板、智能电表管理单元芯片级别、应用功能配置位置为决策变量，以应用功能数据存储、边-端通信数据传输能力为约束，实现智能量测多芯模组的优化配置选择。

2、为了实现上述技术目的，本技术提供了考虑“边-端-芯”协同的智能量测多芯模组配置方法，应用于对智能量测终端核心板和智能电表管理单元的芯片级别，以及应用功能配置位置进行优化配置，包括以下步骤：

3、获取智能量测终端核心板和智能电表管理单元的芯片存储容量和市场价格，其中，所述智能量测终端核心板是智能量测终端中的管理模组的内部电路板，所述智能电表管理单元是智能电表管理模组的内部电路板；所述“边-端-芯”中的“边”指的是智能量测终端，“端”指的是智能电表，“芯”包括智能量测终端核心板和智能电表管理单元；所述应用指的是智能量测系统为配电网提供的不同应用功能。

4、基于芯片存储容量和市场价格，以包含智能量测终端核心板、智能电表管理单元配置成本和数据传输成本在内的“边-端-芯”协同综合成本最小化为优化目标，对智能量测终端核心板和智能电表管理单元的芯片级别，以及应用功能位置进行优化配置。

5、优选地，在获取综合成本的过程中，根据智能量测终端核心板中的芯片配置成本、智能电表管理单元中的芯片配置成本，以及智能量测终端和智能电表之间的数据传输成本，生成所述“边-端-芯”协同综合成本。

6、优选地，在获取智能量测终端核心板配置成本的过程中，基于智能量测终端核心板芯片级别总数，构建智能量测终端核心板的第一成本矩阵和第一芯片级别配置矩阵；

7、通过第一成本矩阵和第一芯片级别配置矩阵的乘积，生成智能量测终端核心板配置成本。

8、优选地，在获取智能电表管理单元配置成本的过程中，基于智能电表管理单元芯片级别总数，构建智能电表管理单元的第二芯片级别配置矩阵和第二成本矩阵；

9、基于第二芯片级别配置矩阵和第二成本矩阵，通过获取低压台区的总用户数，生成基于低压台区的智能电表管理单元配置成本。

10、优选地，在获取数据传输成本的过程中，基于低压台区的总用户数，通过获取所述应用功能的配置位置、智能量测终端和智能电表之间单位数据传输成本，以及单个智能电表和智能量测终端之间传输的数据量，获取边侧智能量测终端和端侧智能电表之间的数据传输成本。

11、优选地，以包含智能量测终端核心板、智能电表管理单元配置成本和数据传输成本在内的“边-端-芯”协同综合成本最小化为优化目标，通过设置约束条件，构建所述优化配置模型，其中，所述约束条件包括：

12、应用功能数据存储约束，用于约束智能量测终端核心板和智能电表管理单元的芯片满足应用功能的数据存储需求；

13、传输约束，用于约束数据由智能量测终端和智能电表之间的通信模块传输；

14、决策变量约束，用于在优化配置过程中，约束智能量测终端核心板芯片级别、智能电表管理单元芯片级别和应用的配置位置均有且只能选择一个。

15、优选地，在设置应用功能数据存储约束的过程中，基于应用功能分别在智能量测终端和智能电表上的数据存储需求，通过获取智能量测终端核心板和智能电表管理芯为单个应用预留的存储空间系数，根据智能量测终端核心板不同级别芯片的第一存储空间矩阵，以及智能电表管理单元不同级别芯片的第二存储空间矩阵，生成应用功能数据存储约束。

16、优选地，在设置传输约束的过程中，基于端-边通信通道之间能传输的最大数据量，根据应用功能的数据传输需求，生成数据传输约束，其中，数据传输约束表示智能量测终端和智能电表之间传输的数据不小于应用功能所需要传输的数据，同时不高于智能量测终端和智能电表之间的通信信道传输能力。

17、优选地，在设置决策变量约束的过程中，基于第一芯片配置矩阵和第二芯片级别配置矩阵，根据应用功能配置位置，生成决策变量约束，用于确保配置结果的唯一性。

18、优选地，用于实现智能量测多芯模组配置方法的考虑“边-端-芯”协同的智能量测多芯模组配置系统，应用于对智能量测终端核心板和智能电表管理单元的芯片级别，以及应用功能配置位置进行优化配置，包括：

19、数据采集模块，用于获取智能量测终端核心板和智能电表管理单元的芯片存储容量和市场价格,以及智能量测终端和智能电表之间通信的单位数据传输成本；

20、优化配置模块，用于基于芯片存储容量和市场价格，以包含智能量测终端核心板、智能电表管理单元配置成本和数据传输成本在内的“边-端-芯”协同综合成本最小化为优化目标，对智能量测终端核心板和智能电表管理单元的芯片级别，以及应用功能配置位置进行优化配置。

21、本发明公开了以下技术效果：

22、本发明通过构建优化模型，针对不同的智能量测应用功能，对智能量测终端核心板、智能电表管理单元芯片级别、应用功能配置位置进行优化配置，实现智能量测应用功能在“边-端-芯”协同中的效能优化；

23、本发明提供的配置方案可面向不同智能量测应用功能对数据存储和传输的需求，对智能量测设备的多芯模组进行优化配置，提升智能量测“边-端-芯”协同效能。