CN102130507A - 接入智能电网与新能源的智能家居系统及能效管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种接入智能电网与新能源的智能家居系统及能效管理方法，系统包括母线与智能交互终端；所述母线上设有市电输入端与新能源输入端，市电输入端串接有市电接入开关与智能电表，所述智能电表输入端接入光纤复合电缆，输出端通过市电接入开关连接到母线；新能源输入端通过对应的新能源接入开关连接对应的新能源设备；所述智能交互终端由微处理器及其外围接口电路构成，智能交互终端通过RS485接口连接新能源设备及用于采集所述智能电表信息的采集装置，采集装置上设有对应所述智能电表的无线接收端口；智能交互终端通过以太网通讯接口接入互联网或者网关；智能交互终端通过无线射频接口与设有对应无线接口的所述市电接入开关及智能家居设备无线通讯连接。本发明的智能家居系统，实现了用户与电网的双向互动，通过智能电表智能交互终端可以实时接收来自电网的各种信息及优惠政策，指导用户优化家庭用电，节约成本。

Description

接入智能电网与新能源的智能家居系统及能效管理方法
技术领域
本发明涉及智能家居系统，特别是一种接入智能电网与新能源的智能家居系统及能效管理方法。
背景技术
目前通常把传统的智能家居定义为利用电脑、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活有关的各种家电设备，灯光设备，可视对讲设备，安防设备，影音娱乐等设备有机结合的家居系统。目前的智能家居系统大多以单个家庭为单位，缺乏与电力公司的沟通，无法响应电力公司实时的电价政策，随着国家阶梯电价、分时电价等政策的实施，现有的智能家居系统无法适应智能电网背景下的需求侧管理、实时电价、节能减排、新能源利用等方面的要求。因此推出一种包含新能源接入及管理，家庭能效管理以及具备与电网互动功能的智能家居系统势在必行。
发明内容
本发明的目的是提供一种接入智能电网与新能源的智能家居系统及能效管理方法，用于解决现有智能家居系统不具备与智能电网互动，不包含新能源利用的缺陷，提出的能效管理方法能够合理调控分配智能家居系统中的多种能源。
为实现上述目的，本发明的方案是：一种接入智能电网与新能源的智能家居系统，该系统包括母线与智能交互终端；所述母线上设有市电输入端与新能源输入端，市电输入端串接有市电接入开关与智能电表，所述智能电表输入端接入光纤复合电缆，输出端通过市电接入开关连接到母线；新能源输入端通过对应的新能源接入开关连接对应的新能源设备；所述智能交互终端由微处理器及其外围接口电路构成，智能交互终端通过RS485接口连接新能源设备及用于采集所述智能电表信息的采集装置，采集装置上设有对应所述智能电表的无线接收端口；智能交互终端通过以太网通讯接口接入互联网或者网关；智能交互终端通过无线射频接口与设有对应无线接口的所述市电接入开关及智能家居设备无线通讯连接。
所述智能交互终端还通过人机交互接口连接触摸屏。
所述以太网通讯接口包括有线接口与无线WIFI通讯接口。
所述智能交互终端还设有与安防、门禁设备连接的接口。
所述新能源设备包括光伏发电设备、风力发电设备、储能设备及它们分别对应的控制开关，光伏发电设备和风力发电设备分别通过其对应的控制开关连接到储能设备和所述母线，储能设备通过其对应的控制开关接入所述母线。
所述新能源设备包括光伏发电设备或风力发电设备，储能设备及分别对应的并网控制开关与储能控制开关，光伏发电设备或风力发电设备通过所述并网控制开关连接到所述储能设备和所述母线，储能设备通过储能控制开关接入所述母线。
所述智能家居设备包括智能开关、智能调光面板、智能电器和/或智能插座。
本发明的另一个方案是： 一种能效管理方法。步骤如下：
A.  市电与新能源发电设备同时接入母线，新能源发电设备同时还对储能设备充电，新能源发电设备包括光伏发电设备和/或风力发电设备；
B.  监测市电运行状态，若市电运行正常，进行步骤C，否则进行步骤D；
C.  分析电价，若电价高于设定值，则储能设备接入母线；返回步骤B；
D.  断开市电接入开关，新能源发电设备和储能设备均接入母线，待市电恢复正常后，打开市电接入开关，使市电接入母线并且返回步骤B。
进一步的，当进行步骤D时，需要根据新能源容量与运行情况调整负荷。
本发明的智能家居系统，实现了用户与电网的双向互动，一方面通过智能电表智能交互终端可以实时接收来自电网的各种信息及优惠政策，用户可根据接收的实时信息调整自己的用电策略，优化家庭用电，节约成本。同时智能交互终端也可以把当前用户的信息通过以太网传送给电网公司，为电力系统的负荷预测等工作提供必要的数据支撑。另一方面在用户与电网公司约定的情况下，智能交互终端可以实时接收电网的各种控制信息，接受电网公司对用户负荷的实时导换，在为用户节约用电成本，提高用电效率，实现家庭能效管理的同时也优化了电网的负荷承载能力起到削峰填谷的作用。随着阶梯电价、分时电价的实施，与电网的双向互动及家庭的能效管理显得尤为重要。
本发明的能效管理方法，能够实现新能源的接入及管理。家庭用电既可以来自电网也可以来自新能源发电。通过对新能源发电的利用在为用户节约用电成本的同时还可以提高电网在高峰期的承载能力，起到削峰填谷的作用。系统通过接入光伏发电、风力发电及储能等新能源与用户用电负荷构成一个户内微电网系统。户内微电网管理将有效实现对户内的各类负荷管理，并对户内各类负荷进行分类，并且当电网故障时能快速的启动和反应，按预定设置自动切除不必要的负荷，保证户内重要负荷的正常运行。通过户内微电网系统的管理和控制可以实现新能源的有效利用，电动汽车充放电的有效管理，各种家电设备的优化利用，提高用电可靠性的同时为用户节约用电成本。
附图说明
图1是一个家庭网络的基本构成图；
图2是智能家居能效管理系统图；
图3是另一种新能源接入方式；
图4是能效管理流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
智能家居系统中，智能交互终端（以下也称终端）是核心设备，下面首先详细介绍智能交互终端及相关设备。
如图1所示的智能家居系统包含智能交互终端（及智能交互终端分机），智能计量表（智能电表、智能水表、智能气表），采集装置，智能开关，智能调光面板，智能插座，新能源设备（光伏发电设备、风力发电设备、储能设备、电动汽车充电桩），以及各种智能家电及可扩展设备（如安防、门禁系统，影音设备）。作为系统的核心，智能交互终端的结构为：包括微处理器及其外围接口电路，所述外围接口电路包括用于连接新能源设备及用于采集智能计量表信息的采集装置的RS485接口；用于连接触摸屏的人机交互接口；用于接入Internet的以太网通讯接口；用于无线通讯的无线射频接口。
终端主要通过有线与无线两类接口同户内网络中的其他各种设备进行交互。各种接口与微处理器的电气构成均为现有技术，不再赘述。下面分别介绍各种接口与户内网络的连接及其功能。
一，RS485接口（RS485接口也可以用RS232替代，当然，需要考虑RS232的传输距离与一对一的能力等问题）。利用RS485接口一带多的能力，终端通过一个RS485接口连接新能源设备及采集装置，新能源设备包括光伏发电设备、风力发电设备、储能设备，上述各种设备根据情况安装，可以同时安装，也可以只装一个或几个。采集设备设有无线接收端口，对应于智能计量表中的无线射频设备（它们之间的无线通讯采用433MHZ无线射频方式）。智能计量表至少包括智能电表，智能水表、气表为可扩展的。终端收集了智能电表的信息，就能够实时了解电力公司的实时电价、阶梯电价、分时电价，掌握电价的变化及电网运行的情况，为终端进行调整扩展户内网络提供依据。
二，以太网通讯接口。以太网通讯接口连接Internet，使系统中的各种信息汇总到终端后能够上传到互联网；同时，通过各种终端设备（如手机）接入互联网，也能够发送控制命令到终端，对户内设备进行操作。
进一步的，以太网通讯接口可以扩展为有线以太网通讯接口与无线以太网通讯接口，有线接口通过网关连接互联网，网关还可以连接家庭中的PC，无线接口（WIFI）可以通过无线路由接入互联网。
进一步的，如果家庭中各种电气设备众多，智能交互终端还可以设置分机，各分机也通过各自的以太网通讯接口接入网关。
三，无线射频。终端中设有无线射频接口，对应于智能家电、智能开关、智能插座、智能调光面板，与它们进行通讯。无线射频的组网、控制等不再详述。这里，无线通讯仍采用433MHZ无线射频方式。
四，人机交互接口。作为一种可操作的设备，终端具备用于人机交互的设备是必要的，这里采用了触摸屏。
五，对应各种可扩展设备的接口。各种可扩展设备包括安保、门禁设备，影音设备等。
智能电表一个重要功能是具备通讯能力，给用户提供实时的电价等电网信息，同时也可以将用户的用电信息上传给电网公司，实现信息的双向流动，因此也实现了用户和电网的互动。
智能开关具备用电设备运行状态测量的功能，并将用电设备状态信息传送至智能交换终端；智能开关可以接受智能交互终端的无线控制命令，实现电能的导通和开断，也即实现了电力流的控制。
光伏发电设备、风力发电设备及储能装置属于分布式电源装置，可以和智能交互终端通讯，智能交互终端可以发出指令控制各种分布式电源的工作或停止，实现新能源的接入及管理。它们对应的控制开关，能够控制电路的导通和断开，从而实现光伏发电、风力发电等分布式电源发出电能的接入与切除。
对于各种智能家电，例如智能空调、智能洗衣机等、智能交互终端通过有线、无线通信网络，实现对各种智能家电的直接控制。对于普通空调等非智能家电，通过智能插座来实现对各种普通家电的控制，即电能通过智能插座流入普通家电设备，智能交互终端控制智能插座的导通与开断，从而控制连接在智能插座上的家电的工作或停止。
智能照明系统能够根据场景需求或亮度要求对家庭内部的照明设备进行开关、亮度及情景调节和控制。通过智能交互终端，可以通过触控的方式控制某一灯光的开关，也可以设置不同的情景模式（一般、就寝、外出等）通过单键来进行控制。
智能安防系统是融无线传感和控制技术于一体，集防盗、防火、防煤气泄露为一身的全无线型安防系统。 户内户外部署的探测器探测到异常情况后会立即向户内智能交互终端发送报警信号，户内智能交互终端可以向事先设好的电话号码拨打紧急告警电话或发送短信。
对于门禁系统，智能终端支持可视对讲功能。住户与访客之间可进行视频通话，达到图像、语音双重识别从而增加安全可靠性。门禁系统需要在终端或可视入户门口设置单户门口机，通过单户门口机把访客的视频传入户内，户内智能对讲分机上将出现访客影像。
智能家居系统实施例
图1主要用于说明智能交互终端的结构，图2中的智能家居系统省略了图1中的一些设备（如智能气表、水表、电动汽车充电桩等），下面就图2的智能家居系统进行分析说明。
如图2所示，该智能家居系统包括母线与智能交互终端；所述母线上设有市电输入端与新能源输入端，市电输入端串接有市电接入开关与智能电表，所述智能电表输入端接入光纤复合电缆，输出端通过市电接入开关连接到母线；新能源输入端通过对应的新能源接入开关连接对应的新能源设备；所述智能交互终端由微处理器及其外围接口电路构成，智能交互终端通过RS485接口连接新能源设备及用于采集所述智能电表信息的采集装置，采集装置上设有对应所述智能电表的无线接收端口；智能交互终端通过以太网通讯接口接入互联网或者网关；智能交互终端通过无线射频接口与设有对应无线接口的所述市电接入开关及智能家居设备无线通讯连接。
图2中，新能源设备只有光伏发电设备、其对应的储能设备和它们分别对应的控制开关，光伏发电设备通过其对应的控制开关连接到储能设备或所述母线，储能设备通过对应的控制开关接入所述母线；上述光伏发电设备、储能设备及各控制开关均与所述智能交互终端控制连接；上述设备采用RS485方式同智能交互终端通讯，控制开关采用无线射频的方式通讯。
图3所示是另一种新能源接入方式，新能源设备包括光伏发电设备、风力发电设备、储能设备及它们分别对应的控制开关，光伏发电设备和风力发电设备分别通过其对应的控制开关连接到储能设备或所述母线，储能设备通过对应的控制开关接入所述母线；上述光伏发电设备、风力发电设备、储能设备及各控制开关均与所述智能交互终端控制连接。
上述的光伏发电设备、风力发电设备实际上包括了逆变设备，光伏发电设备、风力发电设备等。作为其他实施方式，还有其他的新能源接入方式，如单独接入风力发电设备等，不再赘述。
能效管理方法实施例
能效管理的基本方法步骤如下：
A.  市电与新能源发电设备同时接入母线，新能源发电设备同时还对储能设备充电，新能源发电设备包括光伏发电设备和/或风力发电设备；
B.  监测市电运行状态，若市电运行正常，进行步骤C，否则进行步骤D；
C.  分析电价，若电价高于设定值，则储能设备接入母线；返回步骤B；
D.  断开市电接入开关，新能源发电设备和储能设备均接入母线，待市电恢复正常后，打开市电接入开关，使市电接入母线并且返回步骤B。
进一步的，当进行步骤D时，需要根据新能源容量与运行情况调整负荷。图4所示为能效管理的流程图。在上述方法的基础上，进一步设置了三级电价梯度18。下面具体解释流程。
0，智能家居统开始系初始化，市电与新能源发电设备同时接入母线，新能源发电设备同时还对储能设备充电，新能源发电设备包括光伏发电设备和风力发电设备；并自动进入环节1；
1，智能交互终端获取市电的运行状态，通过电压、频率等参数分析当前市电状态；
2，智能交互终端对获得的信息进行分析，若电网运行状态异常，若电网运行状态异常，则进入环节3；使用新能源，整个电网进入孤岛运行状态，并可根据新能源系统的电量自动调整电网负荷，同时智能交互终端周期性分析电网运行状态，确定电网是否恢复正常；若市电仍处于异常状态，则回到第4步孤岛状态，继续循环。如果市电恢复正常，则流程回到第1步，重新对市电参数进行分析；（信息流依次流经环节3、4、5、6）；
3，进入环节10分析电价，用户可以通过智能交互终端设置三级电价梯度（峰值电价、谷底电价、平价电价）；
4，分析来自智能电表或经过PFTTH来的电价信息，若电价与环节18的设定值相比，若为峰值电价，则投入储能设备，新能源按照最大容量发电，并按设定值延时一段时间后，重新进入电价分析环节；（信息流依次流经环节11、12、13、16、10）；
5，分析来自智能电表或经过PFTTH来的电价信息，若电价与环节18的设定值相比，若为谷底电价，除了保证常用的用电设施之外，可以开启事先设定好的大负荷用电设备，按设定值延时一定时间，重新进入电价分析环节；（信息流依次流经环节11、14、16、10）；
6， 分析来自智能电表或经过PFTTH来的电价信息，若电价与环节18的设定值相比，若电价符合自己设定的平价电价，则保持正常的用电负荷，在新能源发电满足储能要求的前提下，如有富裕电量，使新能源发电并入母线，但避免大负荷用电设备的开启；（信息流依次流经环节11、15、16、10）；
7，智能家居能效管理系统循环运行。
系统运行中，只要市电正常，则市电一直是接入母线的，这是考虑到新能源发电不稳定的问题，从而保障了用户的用电质量。试验证明，接入新能源设备能够大大降低用户的电费，节省开支。

Claims (9)

1.接入智能电网与新能源的智能家居系统，其特征在于，该系统包括母线与智能交互终端；
所述母线上设有市电输入端与新能源输入端，市电输入端串接有市电接入开关与智能电表，所述智能电表输入端接入光纤复合电缆，输出端通过市电接入开关连接到母线；新能源输入端通过对应的新能源接入开关连接对应的新能源设备； 
所述智能交互终端由微处理器及其外围接口电路构成，智能交互终端通过RS485接口连接新能源设备和用于采集所述智能电表信息的采集装置，采集装置上设有对应所述智能电表的无线接收端口；智能交互终端通过以太网通讯接口接入互联网或者网关；智能交互终端通过无线射频接口与设有对应无线接口的所述市电接入开关及智能家居设备无线通讯连接。
2.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述智能交互终端还通过人机交互接口连接触摸屏。
3.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述以太网通讯接口包括有线接口与无线WIFI通讯接口。
4.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述智能交互终端还设有与安防、门禁设备连接的接口。
5.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述新能源设备包括光伏发电设备、风力发电设备、储能设备及它们分别对应的控制开关，光伏发电设备和风力发电设备分别通过其对应的控制开关连接到储能设备和所述母线，储能设备通过其对应的控制开关接入所述母线。
6.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述新能源设备包括光伏发电设备或风力发电设备，储能设备及分别对应的并网控制开关与储能控制开关，光伏发电设备或风力发电设备通过所述并网控制开关连接到所述储能设备和所述母线，储能设备通过储能控制开关接入所述母线。
7.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述智能家居设备包括智能开关、智能调光面板、智能电器和/或智能插座。
8.一种如权利要求1-7任一项所述智能家居系统的能效管理方法，其特征在于，步骤如下：
A,市电与新能源发电设备同时接入母线，新能源发电设备同时还对储能设备充电，新能源发电设备包括光伏发电设备和/或风力发电设备；
B,监测市电运行状态，若市电运行正常，进行步骤C，否则进行步骤D；
C,分析电价，若电价高于设定值，则储能设备接入母线；返回步骤B；
D,断开市电接入开关，新能源发电设备和储能设备均接入母线，待市电恢复正常后，打开市电接入开关，使市电接入母线并且返回步骤B。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当进行步骤D时，需要根据新能源容量与运行情况调整负荷。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110720