一种用于物联网的智慧城市能源管理系统的制作方法

本发明涉及物联网控制，具体涉及一种用于物联网的智慧城市能源管理系统。

背景技术：

1、智慧城市能源管理系统可以用于分析管理城市公共设备的用电情况。物联网可以部署电能表等传感器，实时监控城市公共设备整体的用电情况，通过对历史数据、实时数据以及其他相关数据综合分析，发现用电的趋势、高峰和低谷，感知用电量的变化情况，确保城市公共设备的电力供应与需求之间的平衡，通过能源管理系统提供智能化的电能调节和用电管理。

2、在城市公共设备的用电过程中具有一定的规律性，如日夜规律等，基于此特征在可对用电量进行时间段划分进行稳定分析，但由于季节或天气变化将导致一段时间内的数据规律变化发生改变，仅仅是规律性的判断将使对当前用电数据的稳定情况判断不可信，对不同情况的用电量数据稳定性分析结果并不准确，使用电管理的适应性较弱。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中对不同情况的用电量数据稳定性分析结果并不准确，使用电管理的适应性较弱的技术问题，本发明的目的在于提供一种用于物联网的智慧城市能源管理系统，所采用的技术方案具体如下：

2、本发明提供了一种用于物联网的智慧城市能源管理系统，所述系统包括：

3、用电量数据获取模块，用于在预设历史时间段上，获取城市公共设备在每个采样时刻的用电量数据；

4、用电状态时间段划分模块，用于根据预设历史时间段上连续采样时刻的用电量数据的波动稳定情况和趋势近似情况，将预设历史时间段划分为用电状态时间段；

5、当前用电状态时间段匹配模块，用于根据当前时刻所处用电状态时间段与每个其他用电状态时间段在用电量数据的分布偏差情况和用电量数据的波动差异程度，获得当前时刻所处用电状态时间段与每个其他用电状态时间段之间的时间段差异指标；基于时间段差异指标确定当前时刻所处用电状态时间段的稳定匹配段；

6、当前用电状态管理模块，用于根据当前时刻所处用电状态时间段与每个稳定匹配段之间的时间段差异指标和时间分布偏差情况，以及用电量数据的分布稳定程度，获得当前时刻的用电量稳定指标；基于用电量稳定指标对当前时刻用电量进行监测管理。

7、进一步地，所述用电状态时间段的获取方法包括：

8、在预设历史时间段上，将第一个采样时刻的电量数据作为起始时刻，将起始时刻后连续预设数量个采样时刻组成的区间作为初始划分区间；将初始划分区间中所有采样时刻的用电量数据的平均值，作为初始划分区间的区间分布值；计算初始划分区间中所有采样时刻的用电量数据的方差，获得初始划分区间的区间波动值；计算初始划分区间中每相邻两个采样时间之间的用电量数据的差异，并求平均值获得初始划分区间的区间变化值；

9、将初始划分区间的后一采样时刻作为待划分时刻；计算待划分时刻与初始划分区间中最后一个采样时刻的用电量数据之间的差异，获得待划分时刻的用电量差异值；将待划分时刻的用电量差异值与初始划分区间的区间变化值的差异，作为待划分时刻的变化稳定指标；

10、计算初始划分区间中所有采样时刻以及待划分时刻对应的用电量数据的方差，作为待划分时刻的数据波动值；将待划分时刻的数据波动值和初始划分区间的区间波动值的差异，作为待划分时刻的分布稳定指标；

11、将待划分时刻的用电量数据与初始划分区间的区间分布值的差异，作为待划分时刻的数值稳定指标；

12、获取每个采样时刻的斜率；根据待划分时刻的变化稳定指标、分布稳定指标和数值稳定指标，以及初始划分区间中采样时刻的斜率和待划分时刻的斜率间的偏差情况，获得待划分时刻的合并指标；

13、当待划分时刻的合并指标满足预设合并条件时，将待划分时刻与初始划分区间进行合并，获得新的合并初始划分区间，迭代合并直至待划分时刻的合并指标不满足预设合并条件时停止合并，将此时的初始划分区间作为一个用电状态时间段；将剩余未合并采样时刻中第一个采样时刻作为新的起始时刻进行迭代合并划分获得用电状态时间段，直至所有采样时刻均被合并；

14、若存在起始时刻后的所有剩余未合并采样时刻的数量小于或等于预设数量，将剩余所有未合并采样时刻作为一个用电状态时间段。

15、进一步地，所述合并指标的表达式为：

16、式中，pn表示为第n个待划分时刻的合并指标，δen表示为第n个待划分时刻的变化稳定指标，δsn表示为第n个待划分时刻的分布稳定指标，δfn表示为第n个待划分时刻的数值稳定指标，kn表示为第n个待划分时刻前的初始划分区间中采样时刻的总数量，ki表示为第n个待划分时刻前的初始划分区间中第i个采样时刻的斜率，kn表示为第n个待划分时刻前的斜率，||表示为绝对值提取函数，norm[]表示为归一化处理函数。

17、进一步地，所述预设合并条件为待划分时刻的合并指标大于或等于预设合并阈值。

18、进一步地，所述时间段差异指标的获取方法包括：

19、对于任意一个用电状态时间段，计算该用电状态时间段内所有采样时刻的用电量数据的平均值，获得该用电状态时间段的时段均值；计算该用电状态时间段内所有采样时刻的用电量数据的方差，获得该用电状态时间段的时段波动值；将该用电状态时间段内采样时刻的用电量数据的极差，作为该用电状态时间段的时段数据分布值；

20、将当前时刻所处用电状态时间段与每个其他用电状态时间段之间的时段均值的差异，作为时段数值差异指标；将当前时刻所处用电状态时间段与每个其他用电状态时间段之间的时段数据分布值的差异，作为时段分布差异指标；将当前时刻所处用电状态时间段与每个其他用电状态时间段之间的时段波动值的差异，作为时段波动差异指标；

21、根据当前时刻所处用电状态时间段与每个其他用电状态时间段之间的时段数值差异指标、时段分布差异指标和时段波动差异指标，获得当前时刻所处用电状态时间段与每个其他用电状态时间段的时间段差异指标；时段数值差异指标、时段分布差异指标和时段波动差异指标均与时间段差异指标呈正相关，时间段差异指标为归一化处理后的值。

22、进一步地，所述基于时间段差异指标确定当前时刻所处用电状态时间段的稳定匹配段，包括：

23、当时间段差异指标小于或等于预设差异阈值时，将对应的其他用电状态时间段作为当前时刻所处用电状态时间段的稳定匹配段。

24、进一步地，所述用电量稳定指标的获取方法包括：

25、获取每个稳定匹配段中用电量数据的最大值，并计算平均值获得当前时刻的稳定最大值；获取每个稳定匹配段中用电量数据的最小值，并计算平均值获得当前时刻的稳定最小值；计算所有稳定匹配段的时段均值的平均值，获得当前时刻的稳定均值；

26、基于当前时刻的稳定最大值、稳定最小值和稳定均值，根据当前时刻所处用电状态时间段中用电量数据的分布偏差，获得获得当前时刻的数值稳定度；

27、获取当前时刻所处用电状态时间段与稳定匹配段的时序长度；根据当前时刻与每个稳定匹配段的时序长度的偏离情况和时间段差异指标，获得当前时刻的时序稳定度；

28、当数值稳定度和时序稳定度之中存在负数时，将当前时刻的用电量稳定指标设置为预设不稳定值；否则，根据当前时刻的数值稳定度和时序稳定度，获得当前时刻的用电量稳定指标，数值稳定度和时序稳定度均与用电量稳定指标呈正相关，用电量稳定指标为归一化处理后的值；预设不稳定值为负数。

29、进一步地，所述数值稳定度的表达式为：

30、式中，r表示为当前时刻的数值稳定度，ma表示为当前时刻所处用电状态时间段a的稳定匹配段的总数量，fm,max表示为第m个稳定匹配段中用电量数据的最大值，fa,max表示为当前时刻所处用电状态时间段a中用电量数据的最大值，fa,min表示为当前时刻所处用电状态时间段a中用电量数据的最小值，

31、fm,min表示为第m个稳定匹配段中用电量数据的最小值，ya表示为当前时刻所处用电状态时间段a的时段均值，ym表示为第m个稳定匹配段的时段均值，||表示为绝对值提取函数，exp()表示为以自然常数为底的指数函数，α表示为预设调节系数。

32、进一步地，所述时序稳定度的表达式为：

33、式中，h表示为当前时刻的时序稳定度，ma表示为当前时刻所处用电状态时间段a的稳定匹配段的总数量，ta,m表示为当前时刻所处用电状态时间段a与第m个稳定匹配段之间的时间段差异指标，da表示为当前时刻所处用电状态时间段a的时序长度，dm表示为第m个稳定匹配段的时序长度，β表示为预设调整系数。

34、进一步地，所述基于用电量稳定指标对当前时刻用电量进行监测管理，包括：

35、当用电量稳定指标小于预设稳定阈值时，通过能源管理系统发出预警通知；预设稳定阈值为正数。

36、本发明具有如下有益效果：

37、本发明通过对历史时间段上用电量数据的连续波动稳定情况进行初步的用电状态时间段划分，通过用电状态时间段反映时间段上用电量数据的变化稳定时间段，不同的用电状态时间段反映了不同时段下不同用电量局部稳定情况，基于波动情况和数据值分布情况对当前时刻的用电状态时间段筛选稳定匹配段，反映与当前时刻下的用电状态较为相近的波动时间段，以便于后续对当前时刻下的稳定程度进行具体分析，根据当前时刻的用电状态时间段与稳定匹配段之间在时序和数值分布上的稳定情况得到当前时刻的用电量稳定指标，进行当前时刻的用电监测管理。本发明通过对历史不同用电状态分段分析当前时刻的用电量数据稳定性，使对用电量数据稳定性判断更准确，用电监测管理适应性较强。