一种基于多处理器的便携式短期电力负荷预测系统的制作方法

1.本实用新型属于电力系统规划、运行和维护技术领域，具体涉及一种基于多处理器的便携式短期电力负荷预测系统。


背景技术：

2.电力能源是当前社会运行最重要的能源形式，在日常生活和工农业生产中一时一刻都不可缺少。电力的生产量需要根据需求量的变化合理调整，才不至于出现生产过多浪费或过少不够用的情况，从而保证电力系统高效、经济和稳定地运行。因此，设计低成本高性能的电力负荷预测模型，准确预测未来用电趋势，是广大电力科技工作者历来十分重视和重点关注的问题。
3.常用的电力负荷预测系统，一般都用配置高端的多台计算机或服务器来实现。由于变电站输出面向多种不同的区域，具有复杂多样的环境，通过对变电站的输出数据进行长时间采样，往往对季度或季节等周期性的电力负荷具有较好的预测效果，而对于短期的电力负荷预测往往难以获得最佳的结果。于是，根据用电场所的用电特点进行分区预测成为一种趋势。将小型电力负荷预测系统，遍布于各个不同的功能小区或者厂矿企业，根据各个小区的特点进行分布预测，能够获得更加准确的预测结果。然而现有的小型电力负荷预测系统均是基于单核的处理器来实现负荷预测、预测结果显示及远程通信，这种预测系统承担的处理任务过多，处理速度慢，不能高效进行短期电力负荷预测，为上级电力生产和调配提供依据。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种基于多处理器的便携式短期电力负荷预测系统，以解决现有的电力负荷预测系统预测速度慢，不能满足用电场所的用电需求。
5.本实用新型为解决上述技术问题而提供的基于多处理器的便携式短期电力负荷预测系统的技术方案为：该系统包括数据采集模块、数据存储模块、显示模块、通信接口模块、微控制器模块和电力负荷预测模块，所述数据采集模块、所述数据存储模块、显示模块和通信接口模块分别与微控制器模块连接，所述微控制器模块与电力负荷预测模块连接；
6.所述微控制器模块，用于接收数据采集模块采集的电力负荷及其相关数据，并传输给电力负荷预测模块，接收电力负荷预测模块的预测结果，并控制显示模块显示电力负荷及其相关数据和/或电力负荷预测结果，控制数据存储模块存储电力负荷及其相关数据以及电力负荷预测结果，控制通信接口模块传输电力负荷及其相关数据和/或电力负荷预测结果。
7.本实用新型的有益效果是：本实用新型的预测系统中增加了微控制器模块，由微控制器模块承当原来由电力负荷预测模块实现的采集、显示、存储、数据远传控制功能，从而缓解了电力负荷预测模块的数据处理压力，从而优化了负荷预测系统的数据处理性能。微控制器模块与电力负荷预测模块相结合，提高了便携式小型短期电力负荷预测系统的灵
活性和机动性。
8.为了提高预测精度，该系统还包括信号调理电路，所述信号调理电路包括信号放大电路和滤波电路，所述信号放大电路的信号输入端连接所述数据采集模块的输出端，所述信号放大电路的信号输出端连接所述滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端连接所述微控制器模块的信号输入端。
9.进一步地，所述数据采集模块包括电压互感器、电流互感器、温度湿度传感器和风速风向传感器，所述电压互感器、电流互感器、温度湿度传感器和风速风向传感器分别通过信号调理电路连接微控制器模块。
10.进一步地，所述数据存储模块包括高速固态存储器，高速固态存储器用于存储电力负荷及其相关数据和预测结果数据。
11.所述电力负荷预测模块包括fpga处理器和存储器，所述存储器用于存储预测模型参数。fpga处理器能够实现并行计算和处理，实现对时间序列数据特征的有效短期预测。
12.进一步地，所述通信接口模块包括光纤通信接口和/或无线通信接口。
13.进一步地，所述微控制器模块与电力负荷预测模块通过fsmc并行总线相连接。
14.进一步地，所述数据存储模块通过spi总线与微控制器模块连接。
15.进一步地，所述显示模块通过iic总线与微控制器模块连接。
16.为防止外界环境对预测系统的干扰，将所述数据采集模块、微控制器模块、数据存储模块、电力负荷预测模块、显示模块和通信接口模块集成安装在一个箱体中。
附图说明
17.图1为本实用新型基于多处理器的便携式短期电力负荷预测系统的原理框图；
18.图2为本实用新型中微控制器模块数据采集、存储、传输控制的原理框图；
19.图3为本实用新型中电力负荷预测模块预测结果传输、显示、存储控制的原理框图；
20.图4为本实用新型基于多处理器的便携式短期电力负荷预测系统的一种实施例的电路连接示意图；
21.其中，1、微控制器模块，2、电力负荷预测模块的处理器、3、数据采集模块，4、数据存储模块，5、显示模块，6、通信接口模块，7、模型参数存储模块，8、信号调理电路，3-1、电压互感器和电流互感器，3-2、温度湿度传感器，3-3、风速风向传感器，5-1，触摸屏，6-1、网络端口，8-1、信号放大电路和滤波电路。
具体实施方式
22.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步地说明。
23.本实用新型的技术构思在于：采用多核处理器来实现电力负荷短期预测，也即在现有的单核电力负荷预测系统中增加一个微控制器，由微控制器分担原单核电力负荷预测处理器的处理任务，由微控制器实现对电力负荷数据的采集、存储、显示和传输控制，以及对电力负荷预测结果的存储、显示和传输控制。所以，本实用新型在原有功能不变的情况下，缓解预测系统处理器的处理压力，提高电力负荷预测效率。
24.如图1～3所示，基于多处理器的便携式短期电力负荷预测系统包括数据采集模块
3、数据存储模块4、显示模块5、通信接口模块6、微控制器模块1和电力负荷预测模块，数据采集模块3、数据存储模块4、显示模块5和通信接口模块6分别与微控制器模块1连接，微控制器模块1与电力负荷预测模块连接。
25.其中，各个模块协调分工工作，数据采集模块3用于采集电力负荷数据及其相关数据，在微控制器模块1的控制下将电力负荷及其相关数据传输给电力负荷预测模块进行短期预测；数据存储模块4用于存储采集的电力负荷及其相关数据和电力负荷预测结果；显示模块5用于显示采集的电力负荷数据和/或电力负荷预测结果；通信接口模块6用于传输采集的电力负荷及其相关数据和/或电力负荷预测结果给远端，如传输给电力部门；微控制器模块1用于控制数据采集模块3采集电力负荷及其相关数据，接收采集的电力负荷及其相关数据，并传输给电力负荷预测模块，接收电力负荷预测模块的预测结果，并控制显示模块5显示采集的电力负荷数据和/或电力负荷预测结果，控制数据存储模块4存储采集的电力负荷及其相关数据以及电力负荷预测结果，控制通信接口模块6传输电力负荷及其相关数据和/或电力负荷预测结果给远端；电力负荷预测模块用于短期电力负荷预测，并将预测结果传输给微控制器模块1。
26.数据采集模块3包括电压互感器和电流互感器3-1、温度湿度传感器3-2和风速风向传感器3-3，通过电压互感器和电流互感器3-1采集电力负荷的电压、电流数据；利用温度湿度传感器3-2、风速风向传感器3-3采集天气数据。
27.数据存储模块4包括高速固态存储器，高速固态存储器用于存储电力负荷及其相关数据和预测结果数据。
28.电力负荷预测模块由处理器2和存储有模型参数的模型参数存储器7组成。处理器2优选具有并行处理能力的fpga。当接收到电力负荷及其相关数据后，按照要求fpga处理器2调用适当的模型参数，利用ai智能模型，对采集的电力负荷及其相关数据进行预测，得到当前的短期电力负载预测参数，返回至微控制器模块1。微控制器模块1对接收到的预测结果数据进行存储，刷新预测结果显示，并根据需要由通信接口采用光纤或无线的形式向远端服务器或管理员进行传输，从而完成一次短期预测。
29.电力负荷预测模块为现有的预测模块，其进行短期电力负荷预测的过程为现有技术，如文献《基于lstm的微电网短期负荷预测研究》(作者：李大双，期刊：大众科技，2021年4月，第23卷第260期)，如文献《基于lstm神经网络的区域微网短期负荷预测》(作者：尹春杰等，期刊：计算机与现代化，2022年4月，第320期)中图3的微电网短期负荷预测模型，如公布号为cn114529083a的中国发明专利申请《电力负荷预测方法、装置、终端及存储介质》中的电力负荷预测装置，所以，这里不再详述该模块的结构及工作原理。
30.微控制器器模块1对数据采集模块3进行控制采集数据，控制显示模块5显示数据，控制数据存储模块4存储数据以及控制通信接口模块6传输数据，这些控制实现原理属于现有技术，如公布号为cn109300295a的中国发明专利申请《电力信息系统》、公布号为cn110297125a的中国发明专利申请《一种具备非侵入式负荷监测功能的智能电能表》等，本实施例并不改进控制器内部的软件程序，只是将现有的微控制器模块用于电力负荷预测系统中来承担原有电力负荷预测模块处理器的采集、显示、存储、传输功能，从而形成了新的电路结构。
31.通信接口模块6包括光纤通信接口和/或无线通信接口，能够通过光纤或者无线通
信的方式向远端传输预测数据。
32.显示模块5包括液晶显示屏幕，用于对采集的电力负荷及相关数据、电力负荷预测结构进行显示。当然作为其他实时方式，显示模块也可以设置为触摸、显示一体屏幕5-1，如此，显示模块既能够输入命令，也能够对采集的电力负荷及相关数据、电力负荷预测结果进行显示，从而实现人机交互。
33.为了提高预测精度，基于多处理器的便携式短期电力负荷预测系统还包括信号调理电路8，信号调理电路8包括信号放大电路和滤波电路8-1，其中，信号放大电路的信号输入端连接数据采集模块3的输出端，信号放大电路的信号输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接微控制器模块1的信号输入端。
34.图4给出了基于多处理器的便携式短期电力负荷预测系统的一种具体的实现方式，其中微控制器模块1采用型号为stm32f407的芯片，电力负荷预测模块的fpga处理器采用型号为ep4ce10f17的芯片，微控制器模块1与fpga处理器之间通过stm32f407芯片的fsmc并行总线相连接，图中的db是数据线，ab是地址线，cs、wr、rd和nadv是控制信号线。数据存储模块4采用型号为fm25w32铁电存储器，数据存储模块4通过spi总线与微控制器模块1相连。与fpga处理器相连的程序存储器，采用flash芯片epcs4，并通过iic总线与fpga处理器相连接。显示模块5采用触摸屏5-1，并通过iic总线与微控制器模块1连接。通信接口模块6为网络端口6-1，通过网口总线与微控制器模块1连接。