Счетчик электрической энергии с использованием технологии блокчейн

Авторы патента:

G01R22/00 - Устройства для измерения интеграла электрической мощности или тока по времени, например электронными способами (электромеханические устройства G01R 11/00; контроль расхода электроэнергии на транспортных средствах с электротягой B60L 3/00)

Владельцы патента RU 2766823:

Перекальский Игорь Николаевич (RU)
Кокин Сергей Евгеньевич (RU)

Изобретение относится к счетчику электрической энергии с использованием технологии Блокчейн. Технический результат заключается в возможности транспортировки излишков электроэнергии, получаемой пользователем от собственной генерации, другим пользователям электроэнергии. Счетчик содержит блок «Электрические измерения», а также связанные с ним блоки, предназначенные для помещения данных о транзакциях электроэнергии в цепочки блоков Блокчейн и хранения данных о транзакциях электроэнергии в памяти счетчика, согласно изобретению блок «Электрические измерения» содержит трансформатор тока и трансформатор напряжения, осуществляющие дискретные измерения параметров электрического тока и напряжения с определением количества полученной и отправленной энергии, блок «Реле» включает в себя четыре электромеханических реле, осуществляющих переключение силовой электрической нагрузки между внутренней и внешней сетями, блок «Коммуникации» включает в себя два модуля связи, обеспечивающих взаимодействие счетчика с другими счетчиками пользователей электроэнергии, владеющих собственной генерацией, по беспроводной сети и по сети мобильного оператора, блок «Представления» представляет собой https-страницу, которая хранится во внутренней памяти микроконтроллера, через которую посредством пользовательского интерфейса осуществляется доступ к текущему состоянию счетчика. 3 ил.

Область техники

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в качестве так называемого «умного счетчика» в цифровых системах учета и контроля электрической энергии, потребляемой ее пользователями, как от централизованной электробытовой компании, так и от собственной генерации.

Для характеристики изобретения в настоящем описании будут использованы следующие термины:

Пользователь электрической энергии - домохозяйство, являющееся потребителем электрической энергии, как от централизованной электросбытовой компании (внешняя электрическая сеть), так и от собственной генерации (внутренняя электрическая сеть).

Собственная генерация - возобновляемые источники энергии, накопители, которыми владеет пользователь электроэнергии для покрытия собственных нужд.

Поставщик электроэнергии - централизованная электросбытовая компания, обеспечивающая пользователей электрической энергией от сети с традиционной централизованной генерацией.

Внешняя электрическая сеть - силовая электрическая сеть, предназначенная для транспортировки электрической энергии от поставщика электроэнергии ее пользователю, организуемая посредством электрических линий электропередач и специализированного распределительного и преобразующего оборудования.

Внутренняя электрическая сеть - силовая электрическая сеть, предназначенная для транспортировки электрической энергии от одного пользователя, владеющего собственной генерацией, другому пользователю, владеющему собственной генерацией, не связанная с другими электрическими сетями, выполненная с помощью электрической линии электропередач на постоянном электрическом напряжении.

Умный счетчик - автоматизированный прибор учета электрической энергии во внешней электрической сети, а также во внутренней электрической сети, использующий технологию Смарт контрактов Блокчейн для осуществления сделок по купле/продаже электрической энергии между пользователями, владеющими собственной генерацией.

Технология Блокчейн - распределенная база данных, содержащая информацию обо всех транзакциях, проведенных узлами сети Блокчейн, которая хранится в виде цепочки блоков Блокчейн, в каждом из которых записано определенное число транзакций, при этом все блоки неразрывно связаны между собой и любое изменение информации в цепочке блоков Блокчейн невозможно.

Транзакция, в том числе транзакция электрической энергии, представляет собой цифровой контейнер для хранения информации об объемах купленной/проданной электрической энергии, полученных/отправленных денежных средств, кода Смарт контракта Блокчейн.

Смарт контракт Блокчейн - компьютерный алгоритм, предназначенный для формирования, контроля и предоставления информации о владении чем-либо, в настоящем изобретении используется в качестве цифрового эквивалента традиционного договора купли/продажи между двумя сторонами электрической энергии, гарантом исполнения обязательств сторон по которому является использование технологии Блокчейн.

Узлы сети Блокчейн - микроконтроллеры, реализующие вычислительные функции по обеспечению функционирования технологии Блокчейн на каждом из умных счетчиков электроэнергии, находящихся во внутренней сети, обеспечивающие процесс купли/продажи электроэнергии во внутренней сети между пользователями, владеющими собственной генерацией.

Предшествующий уровень техники

Традиционная система учета электрической энергии содержит счетчик электрической энергии, отображающий количество потребленной пользователем электроэнергии киловатт-часов путем непрерывного измерения мгновенного напряжения (в вольтах) и тока (в амперах). Этот счетчик измеряет количество потребленной пользователем электроэнергии от сети с традиционной централизованной генерацией, транспортирующей электрическую энергию от поставщика. В случае, если пользователь владеет собственной генерацией, технической возможности отдать ее излишки в электрическую сеть с помощью существующего счетчика у него нет.

Технология Блокчейн способна помочь в создании умного счетчика, способного решить эту задачу. Так, из уровня техники известен интеллектуальный счетчик, использующий технологию Блокчейн для записи в базу данных всех совершенных транзакций электрической энергии (CN111080911, опубл. 27.11.2019). Этот счетчик обеспечивает измерение количества потреблённой электроэнергии и регистрацию этого количества в цепочке блоков Блокчейн. Интеллектуальный счетчик содержит несколько блоков. Блок «Электрические измерения» предназначен для измерения параметров электрического тока и напряжения с определением количества потреблённой электроэнергии. Блок «Расчет» предназначен для отправки запроса о транзакции соответствующему узлу поставщика электроэнергии в сети Блокчейн, в результате чего устанавливается независимый канал для транзакции между счетчиком и узлом этого поставщика электроэнергии в соответствии с запросом о транзакции.

Блок «Расчет» содержит в себе блок «оплаты» и блок «мониторинга», при этом блок «оплаты» используется пользователем в независимом канале транзакций для расчета количества потребленной электроэнергии, а блок «мониторинга» отслеживает транзакцию между пользователем - «потребителем» и пользователем - «поставщиком» электроэнергии при помощи умного счетчика. Таким образом, блок «Расчет», реализуя технологию Блокчейн, обеспечивает помещение данных о транзакциях электроэнергии в цепочки блоков Блокчейн. Блок «Хранение» обеспечивает хранение данных о транзакциях электроэнергии в памяти счетчика. Блок «Управление» обеспечивает связь между блоком «Электрические измерения» и блоком «Расчет».

Функциональные возможности известного умного счетчика ограничены его использованием только в сети с традиционной централизованной генерацией, транспортирующей электрическую энергию от централизованной электробытовой компании ее пользователю.

Технические ограничения такого рода не дают возможности пользователям, владеющим собственной генерацией, продавать ее излишки другим пользователям, владеющим собственной генерацией, которые в этой энергии нуждаются.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в расширении функциональных возможностей умного счетчика за счет его использования в сети пользователей, владеющих собственной генерацией.

Для этого предложен счетчик электрической энергии с использованием технологии Блокчейн, содержащий связанные между собой блоки:

- блок «Электрические измерения», предназначенный для измерения параметров электрического тока и напряжения с определением количества полученной/отправленной энергии;

- блок «Реле», предназначенный для коммутации силовой электрической нагрузки пользователя электроэнергии между внутренней и внешней сетью с целью покупки электроэнергии, как из внешней сети, так и из внутренней;

- блок «Электронно-вычислительный узел Блокчейн», предназначенный для заключения сделок между пользователями электрической энергии, владеющих собственной генерацией, управления силовыми электрическими сетями, подачи команд на включение соответствующих реле в блоке «Реле», хранения всех транзакций в энергонезависимой памяти счетчика, предоставления пользователю, владеющему собственной генерацией, информации о текущем статусе счетчика;

- блок «Коммуникации», предназначенный для организации связи и обмена данными между счетчиками пользователей электроэнергии, владеющих собственной генерацией;

- блок «Представления», предназначенный для взаимодействия пользователя электроэнергии, владеющего собственной генерацией, со счетчиком посредством веб-интерфейса «личного кабинета».

Блок «Электронно-вычислительный узел Блокчейн», являющийся основным блоком счетчика, представляет собой микроконтроллер, который сконфигурирован с возможностью накапливать данные, полученные от измерительных элементов и от других умных счетчиков на карте SD (энергонезависимая память), обрабатывать их по заданному алгоритму, запоминать интегральные данные о количестве потребленной электроэнергии, управлять блоками «Коммуникации» и «Представления». Самостоятельно, на основании алгоритмов анализировать параметры электрических сетей, такие как уровень текущего потребления, избыток/недостаток мощности, заключать Смарт - контракт Блокчейн на покупку/продажу электрической энергии, обрабатывать входящие/исходящие транзакции, объединяемые в блоки, притом, что каждый блок содержит сведения о публичном ключе счетчика, его расположении, текущих требованиях мощности, собственной максимально располагаемой мощности.

Кроме того, микроконтроллер формирует запросы на покупку/продажу электрической энергии во внутренней электрической сети на основе алгоритма Смарт контракт Блокчейн, формирует пул из потенциальных поставщиков электроэнергии в рамках текущей необходимости для внутренней электрической сети, находя при этом наиболее выгодные для пользователя, владеющего собственной генерацией, ценовые условия.

Микроконтроллер, кроме использования основного Wi-Fi канала, может также взаимодействовать посредствам SMS-сообщения с другим микроконтроллером, входящим в состав умного счетчика, расположенным с ним в одной внутренней сети (если основной канал Wi-Fi не доступен) и/или посредствам электронных сообщений через Интернет и, в конечном итоге, изменять рыночную стратегию поведения пользователей электрической энергии, владеющих собственной генерацией, через личный кабинет пользователя.

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в технической возможности счетчика обеспечить транспортировку излишков электроэнергии, получаемой пользователем от собственной генерации, другим пользователям электроэнергии, владеющим собственной генерацией, обеспечивая при этом автоматизацию и информационную безопасность за счет использования технологии Блокчейн.

Краткое описание чертежей

Изобретение иллюстрируется рисунком, где на фиг.1 изображена общая, функциональная структурная схема заявленного счетчика; на фиг.2 - составные элементы блока «Электронно-вычислительный узел Блокчейн», соединенные с другими блоками; на фиг.3 - составные элементы блоков «Коммуникации» и «Реле», соединенные с блоком «Электронно-вычислительный узел Блокчейн».

Осуществление изобретения

Счетчик содержит связанные между собой блоки «Реле», «Электрические измерения», «Электронно-вычислительный узел Блокчейн», блоки «Коммуникации» и «Представления».

Блок «Электрические измерения» представлен трансформатором тока, трансформатором напряжения, осуществляющих дискретные измерения параметров электрического тока и напряжения с определением количества полученной/отправленной энергии.

Блок «Реле» состоит из электромеханических реле W199AX-10 ElectromechanicalRelay DPST-NO 40A 240VAC 1.2KOhm, осуществляющих переключение силовой электрической нагрузки между внутренней и внешней сетями. Катушки управления через силовые Mosfet подключены к выходам D9D10 «Электронно-вычислительного узла Блокчейн» через медные проводники. Блок «Электронно-вычислительный узел Блокчейн» представляет собой микроконтроллер ESP8266 NODEMCU BOARD с подключенным на выходы D5,D6,D7,D8(GPIO 6,14,4,15) через интерфейс SPI, двумя внешними, дублирующими друг друга модулями памяти (SD-картами 128Гб), на котором развернут «Fullnode» Блокчейн.

Блок «Коммуникации» представляет собой телекоммуникационную сеть, безотказное функционирование которой обеспечивается двумя взаимозаменяемыми каналами связи, основного и резервного, причем основной канал уже встроен в ESP8266 и обеспечивает взаимодействие по Wi-Fi, а резервный представлен GSM модемом SIM800L GPRS GSM, подключенным на выходы D5,D6,D7,D8(GPIO 6,14,4,15) через интерфейс SPI, и обеспечивает взаимодействие через сеть мобильного оператора, в случае если Wi-Fi не доступен.

Блок «Представления» обеспечивает взаимодействие пользователя электрической энергии со счетчиком посредством интерфейса «личного кабинета», предоставляющего доступ к текущему стоянию умного счетчика посредством https-страницы, которая хранится во внутренней памяти микроконтроллера. В случае обращения пользователя к этой странице, ему может быть представлено текущее состояние счетчика, источник потребления (внутренняя, внешняя сеть), ценовые характеристики купленной им электроэнергии или проданной от собственной генерации. Таким образом, Блок «Представления» предоставляет пользователю возможность изменять стратегии поведения на рынке электроэнергии во внутренней сети, а также устанавливать различные ограничения на покупку энергии из внешней сети.

Счетчик устанавливают на вводе от поставщика электроэнергии к пользователю. Параллельно организуется внутренняя электрическая сеть между пользователями, владеющими собственной генерацией. Все дискретные измерения параметров электрического тока и напряжения с определением количества полученной/отправленной энергии силовой внутренней сети выполняются блоком «Электрические измерения».

При работе счетчика преобразованный аналоговый сигнал тока и напряжения блока «Электрические измерения» преобразуется в цифровой шестнадцатеричный формат при помощи двух микросхем АЦП нового поколения с самокалибровкой ADE9153A. Измерения передаются по проколу SPI в «Электронно-вычислительный узел Блокчейн», который подключен на D5 (GPIO 14)SCLK, D6 (GPIO 12) MISO, D7 (GPIO 13) MOSI выходы микросхемы при помощи экранированных медных проводников, и обеспечивает учет электроэнергии от силовой внутренней и внешней электрической сети. Блок «Электронно-вычислительный узел Блокчейн» контролирует все операции приема/передачи электрической энергии у пользователя, анализируя потоки полученной/отправленной энергии, реализует алгоритмы Блокчейн по заключению Смарт контрактов.

Взаимодействие счетчика с другими счетчиками осуществляется посредствам блока «Коммуникации» - телекоммуникационной сети, которая реализована на двух взаимно-резервируемых каналах Wi-Fi, GSM. Счетчик обеспечивает переключение пользователя между внутренней или внешней сетью при помощи блока «Реле» на основании данных о потоках мощности. Когда пользователь электроэнергии полностью удовлетворяет свою потребность за счет собственной генерации, реле S1 закрыто. Если счетчик обнаруживает недостаток энергии, узел согласно компьютерному алгоритму Блокчейн запрашивает покупку электроэнергии и замыкает реле S2 для её получения в случае покупки из внутренней электрической сети пользователей или от внешней электрической сети, замыкая при этом реле S1. В случае, если у пользователя имеются излишки энергии, соответствующий узел сети Блокчейн выходит на рынок и продает энергию, замкнув выключатель S3. Когда нет обмена энергией между узлом и сетью, выключатель S4 действует в качестве буфера между двумя узлами сети Блокчейн, и остается подключенным к сети.

Таким образом, заявленный счетчик позволяет обеспечить транспортировку излишков электроэнергии, получаемой пользователем от собственной генерации, другим пользователям электроэнергии, владеющим собственной генерацией, обеспечивая при этом автоматизацию и информационную безопасность за счет использования технологии Блокчейн.

Счетчик электрической энергии с использованием технологии Блокчейн, содержащий блок «Электрические измерения», а также связанные с ним блоки, предназначенные для помещения данных о транзакциях электроэнергии в цепочки блоков Блокчейн и хранения данных о транзакциях электроэнергии в памяти счетчика, отличающийся тем, что блок «Электрические измерения» содержит трансформатор тока и трансформатор напряжения, осуществляющие дискретные измерения параметров электрического тока и напряжения с определением количества полученной и отправленной энергии, блок «Реле» включает в себя четыре электромеханических реле, осуществляющих переключение силовой электрической нагрузки между внутренней и внешней сетями, блок «Коммуникации» включает в себя два модуля связи, обеспечивающих взаимодействие счетчика с другими счетчиками пользователей электроэнергии, владеющих собственной генерацией, по беспроводной сети и по сети мобильного оператора, блок «Представления» представляет собой https-страницу, которая хранится во внутренней памяти микроконтроллера, через которую посредством пользовательского интерфейса осуществляется доступ к текущему состоянию счетчика.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для измерения количества потребляемой электрической энергии. Сущность: счетчик потребляемой электрической энергии содержит составной корпус, состоящий из основного каркаса корытообразной формы и из дополнительного каркаса корытообразной формы.

Счетчик потребляемой электрической энергии // 2759133

Изобретение относится к области измерения и может быть использовано для измерения количества потребляемой электрической энергии из трехфазной сети переменного напряжения. Сущность: счетчик содержит пластмассовый корпус, выполненный состоящим из основного каркаса корытообразной формы и из дополнительного каркаса корытообразной формы.

Прибор контроля потребления электрической энергии в сети низкого напряжения // 2748936

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Сущность: прибор содержит монокристальный микроконтроллер, являющийся центральным вычислительным устройством и одновременно аналого-цифровым преобразователем, связанный с источником питания, датчики тока, выполненные в виде дифференциальных трансформаторов тока с разъемным сердечником, датчики напряжения, выполненные в виде резистивных делителей напряжения, устройство обработки входного сигнала тока, в качестве которого использовано электронное устройство, преобразующее двухполярный синусоидальный токовый аналоговый сигнал с датчиков тока в однополярный синусоидальный сигнал напряжения, подключенное к датчикам тока и устройству вычисления сдвига фаз между током и напряжением, устройство обработки входного сигнала напряжения, преобразующее двухполярный синусоидальный аналоговый сигнал напряжения с датчиков напряжения в однополярный синусоидальный сигнал напряжения, подключенное к датчикам напряжения и устройству вычисления сдвига фаз между током и напряжением.

Счетчик электроэнергии и модуль адаптера для него // 2714858

Группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения электрической мощности. Предложены счетчик электроэнергии для регистрации потребления электроэнергии и модуль адаптера для него.

Способ измерения заряда импульсов тока // 2698526

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения заряда импульсов тока. Способ измерения заряда импульсов тока основан на сравнении измеряемых сигналов и получаемых от эталона при поочередном их подключении к устройству сравнения.

Интеллектуальный счётчик электрической энергии статический // 2695451

Изобретение относится к электронно-цифровой электроизмерительной технике, устройствам контроля, учёта и анализа производства или потребления электрической энергии в однофазных и трехфазных цепях переменного тока, может быть использовано в различных отраслях экономики, науки и техники, на объектах электроэнергетики и у потребителей (пользователей) электрической энергии, в автоматизированных информационно-измерительных системах контроля и учёта электрической энергии и других видов энергоресурсов, массового сбора данных и информации с различных оконечных устройств, включая счётчики, датчики, сенсоры и детекторы по видам энергоресурсов, движения, положения и совершаемых действий, а также иных интеллектуальных технических средств и их централизованной программной обработки.

Система для распределения электроэнергии // 2669188

Использование в области электротехники. Технический результат – обеспечение распределения электроэнергии, измерения расхода потребленной потребителями электроэнергии, обнаружения места утечки электроэнергии (незаконного отбора электроэнергии), мониторинга распределительной сети и фиксации времени утечки электроэнергии.

Система расчета электрической мощности, электрошкаф, содержащий одну такую систему, соответствующая трансформаторная подстанция и способ расчета // 2668080

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении точности вычислительной системы и достигается за счет того, что система содержит первое устройство, содержащее элемент для измерения напряжения первичного проводника, средство для получения выборки измеренного напряжения, средство для передачи первого сообщения и средство для определения набора переменных репрезентативных значений напряжения, на основании напряжения, измеренного в течение данного периода передачи; по меньшей мере, одно второе устройство, имеющее датчик тока для определения силы тока во вторичном проводнике, подключенном к первичному проводнику, средство для получения выборки измеренной силы тока; и элемент для расчета упомянутой энергии, включающий в себя средство для приема первого сообщения и выполненный с возможностью расчета энергии в течение данного периода передачи на основании упомянутого массива данных и выборок силы тока, связанных с данным периодом передачи.

Способ измерения электрической энергии и устройство для его осуществления // 2661673

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения электрической энергии в цепях переменного тока для целей коммерческого учета. Устройство измеряет отдельно калиброванные значения напряжения и тока, анализирует результаты измерений и учитывает потребленную энергию только при условии, что измеренные значения соответствуют требованиям ГОСТ.

Счетчик электрической энергии // 2643923

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам учета и контроля расхода электроэнергии. Счетчик электроэнергии (СЭЭ), потребляемой из однофазной электрической сети, состоит из микроконтроллера с подключенными к нему источником питания, блоком индикации, блоком кнопок управления индикацией, энергонезависимой памятью, блоком приема-передачи данных по стандартным информационным каналам, датчиком напряжения электрической сети и несколькими датчиками тока, подключенными к линиям, соединяющим электрическую сеть с электрическими нагрузками нескольких абонентов, при этом СЭЭ имеет цифровой сигнальный процессор (ЦСП), соединенный цифровой интерфейсной шиной с микроконтроллером и содержащий блок нескольких измерителей расхода электроэнергии, блок нескольких аналогово-цифровых преобразователей (АЦП); при этом блок АЦП содержит один АЦП для измерения напряжения электрической сети, соединенный с каждым измерителем расхода электроэнергии, и несколько АЦП для измерения тока, а каждый АЦП для измерения тока соединен с одним соответствующим ему измерителем расхода электроэнергии.

Способ контроля работоспособности счетчика активной электрической энергии // 2775865

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано в счетчике активной электрической энергии. Для контроля работоспособности счетчика измеряют активную мощность электрической цепи, подают тестовый сигнал, измеряют суммарную активную мощность, определяют измеренную фиктивную активную мощность, погрешность измерения фиктивной активной мощности, сравнивают погрешность измерения фиктивной активной мощности с предельной погрешностью и формируют информацию о результате контроля работоспособности счетчика. Техническим результатом при реализации заявленного решения является повышение метрологической надежности, упрощение конструкции и возможность выполнения автоматического контроля работоспособности счетчика без прерывания контролируемой электрической цепи. 6 з.п. ф-лы.