CN102307125A - 网络化智能家居全景用电信息综合管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网络化智能家居全景用电信息综合管理方法，可构建起智能家居用电统一数据平台，在统一数据源的支撑下可灵活开发和拓展各种软件高级应用，可以通过网络化的计量计费取代传统的电能表；用户可以全方位对自己的用电消费过程和方式进行全面的了解和分析，可以明确自己用电费用的结构并分析其合理性以及潜在的优化趋势；用户通过家居互动终端自主规划和调整用电方案，可以确保用电方案与用户个性需求的切合度，而“虚拟用电”的模拟可以使用户清楚的了解某一用电方案的实际效果。

Description

网络化智能家居全景用电信息综合管理方法

技术领域

本发明属于智能家居领域，具体涉及一种网络化智能家居全景用电信息综合管理方法。

背景技术

由于目前的用电信息采集只能通过电能表采集和监测某一家居的总用电情况，但家居内部的电气结构和各电器分布情况以及各电器用电的具体信息都无法获取，无法构建智能家居用电的全景信息，也就无法实行更加高级的综合分析和控制。此外，一些正在开发的智能家居试点方案中，虽然通过初级智能插座可以测量和控制某一具体的家居用电设备，但这些方案在用电设备的接入地点和识别等方面采用完全固定的僵化模式，无法适应人们在家居生活中灵活多变的用电需求。通过将物联网技术应用于智能插座和电器智能插头并建设集中式小区或楼宇后台监控系统，为各种智能家居用电的高级应用功能提供统一的数据平台，使得构建智能家居用电的全景信息模型成为可能。但是，如何建立智能家居用电统一数据平台，如何构建智能家居全景信息模型，如何利用全景信息推动智能用电的开展和服务依然是一项严峻的挑战。尤其是高效合理的用电规划与控制同用户自身千差万别的生活习惯和用电特性需求之间的矛盾，是智能用电管理的一个难以突破的瓶颈，一种合理有效的智能家居用电信息综合分析管理方法就显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种网络化智能家居全景用电信息综合管理方法， 可以解决现有高效合理的用电规划与控制同用户自身千差万别的生活习惯和用电特性需求之间的矛盾。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种网络化智能家居全景用电信息综合管理方法，该方法包括网络化计量计费、信息综合展示和分析、定制和调整用电方案以及虚拟用电：

网络化计量计费：全景信息模型包含了各电器的电流、电压和功率的电气特性信息，后台监控系统利用全景信息模型进行网络化计量和计费，可针对各电器用电用途的不同进行区别收费，对基本生活需求用电低价收费，对奢侈性用电高价收费，通过后台软件可以实现灵活的计费结算功能；网络化计量可记录某一具体电器的用电时间、用电接入地点、用电的用途、具体用电过程的电气特性以及系统环境状况等信息，根据定制的不同用电计费政策，可通过软件利用这些信息实现不同的计费结算方式。

信息综合展示和分析：智能家居用电全景信息模型中包含了用户以往用电消费的全过程和全方位信息，根据用户不同的需要，将这些信息整理并综合展示出来，并做详细分解和分析； 

定制和调整用电方案：用户根据从综合展示和分析获得的信息，结合自身的生活习惯以及特殊需求，通过家居互动终端定制和调整用电方案，具体如下：将电器区分为不间断运行电器、可调节电器、周期性运行电器和随机使用电器；对可调节电器设定计划调节的参数；对周期性运行电器，设定预计周期和频率；对随机使用电器制定使用触发条件或使用概率；

虚拟用电：后台监控系统获得用户定制的用电方案之后，根据用户家居的具体供电线路的布局、电器的身份和接入位置，用户注册的电器使用特性的信息，按照用户指定的方案并结合电网未来的运行规划信息进行模拟仿真。

所述全景信息模型构建过程如下：后台监控系统汇总各电气测量装置采集的智能家居用电信息数据，将其根据需求统一存储在实时和历史数据库之中，根据具体应用的需求，提取统一数据平台的原始数据，并进行相应的处理，生成各应用所需要的数据类型，当电器接入位置发生变更，后台通过身份识别自动调整数据源的映射关系；进一步的，在基于物联网的全景用电信息智能家居系统中，在楼宇后台监控系统将所采集的数据存储在实时及历史数据库之内，构建智能家居用电统一数据平台；后台监控系统提取统一数据平台的数据并按照各具体高级应用功能对于数据精度和采集频率等不同的要求进行处理，在后台虚拟空间建立对家居内所有用电状况的全景描述，包括供电线路布局、所有智能插座的位置、各电器的身份和接入位置、各电器的电流、电压、功率电气特性，构建出智能家居用电全景信息模型。

构建统一数据平台时，后台监控系统采集的数据按照最高标准进行采集，对应于其测量位置和电器身份，依然将最高标准的数据进行存储。

统一数据平台时处理后的数据类型包括有效值、瞬时值、暂态值。

根据本发明的网络化智能家居全景用电信息综合管理方法，可构建起智能家居用电统一数据平台，在统一数据源的支撑下可灵活开发和拓展各种软件高级应用，例如可以通过网络化的计量计费取代传统的电能表；用户可以全方位对自己的用电消费过程和方式进行全面的了解和分析，可以明确自己用电费用的结构并分析其合理性以及潜在的优化趋势；用户通过家居互动终端自主规划和调整用电方案，可以确保用电方案与用户个性需求的切合度，而“虚拟用电”的模拟可以使用户清楚的了解某一用电方案的实际效果，以指导用户决策；以往的电网负荷预测由于无法获取用户用电的意愿和确切的用电规划信息，只能通过以往的数据和相关因素做近似估计，而用户确认的用电方案及其“虚拟用电”验证效果对于改善电网传统的负荷预测精度将会起到极大的促进作用。

附图说明

图1是基于物联网的智能家居全景用电信息采集组网原理框图；

图2是网络化智能家居全景用电信息综合管理原理图。

具体实施方式

下面结合具体的事实利对本发明做进一步介绍。

如图1所示为本发明基于物联网的智能家居全景用电信息采集组网示意图，由图可知，基于物联网的全景用电信息智能家居系统，包括电力母线，电力母线的各引线端连接有用于插入智能插头的至少一个智能插座，智能插头是安装有电子标签的电器插头；智能插座上设有电气信息测量单元、编码信息单元以及对应所述智能插头的电子标签识别单元；所述电气信息测量单元测量包括电流、电压和功率在内的智能插座的电气信息；所述编码信息单元为对应智能插座定义一个标识码；电子标签识别单元用于读取插入的智能插头的电子标签编码；上述智能插座上均设有通讯接口，智能插座通过通讯接口连接到智能家居网关的内接线端，智能家居网关的外接线端与家居互动终端和后台监控系统通讯连接；智能插座通过所述通讯接口将自身编码、插入的智能插头的电子标签编码、所测量的电气信息传送给所述后台监控系统；后台监控系统向智能插座发送相关指令并监测智能插座的状态及响应。

通过将物联网技术应用于智能家居系统，通过将插座和电器视为物物相联的终端，一方面实现对于其身份的识别和信息的采集，一方面由保障其自由的变更和组合的便利。

每一个家居配置互动终端，互动终端的信息来源和控制指令全部经由小区或楼宇后台监控系统，而没有绕过监控系统直接与智能插座进行本地通信，这样用户对于家局内用电信息的监控和控制的方式和范围都可以通过楼宇后台监控系统灵活配置和管理，提高了可靠性和安全性。

智能家居网关用于接收后台监控系统和家居互动终端的指令，根据指令控制各智能插座完成相关操作，并返回各智能插座的状态信息和响应。智能插座内设有电子标签识别装置，其对应的智能插头内设有相应的电子标签。

后台监控系统，远程控制智能家居网关和家居互动终端，监视、控制各智能插座。后台监控系统可构建智能家居用电统一数据平台，并在统一数据平台的基础上构建全景用电信息模型，具体介绍如下：

首先构建智能家居用电统一数据平台：通过汇总采集的智能家居用电信息数据，将其根据需求统一存储在实时和历史数据库之中；数据按照最高标准进行采集，对应于其测量位置和电器身份，依然将最高标准的数据进行存储；根据具体应用的需求，提取统一数据平台的原始数据，并进行相应的处理，生成各应用所需要的数据类型，如有效值、瞬时值、暂态值等；当电器接入位置发生变更，后天通过身份识别自动调整数据源的映射关系，对数据库之内的存储和处理没有任何影响。

构建智能家居全景用电信息模型：通过提取统一数据平台的数据并进行特定处理，可在后台虚拟空间建立对家居内所有用电状况的全景描述，包括以下信息：供电线路布局；所有智能插座的位置；各电器的身份和接入位置；各电器的电流、电压、功率等电气特性，包括稳态值和暂态值等不同种类，为不同的应用目标提供支撑；根据历史统计数据，可预测各电器未来可能的电气特性，例如正常使用时电流、电压和功率水平。全景用电信息模型，不仅可以支撑对以往用电状态的描述和分析，也可以支持通过“虚拟用电”预测未来用电状态和特性。

该网络化智能家居系统采用基于物联网的智能家居全景用电信息采集组网技术，为每一个智能插座分配可唯一识别身份的地址编码，使系统内所有插座在后台监控系统可唯一识别和管理。为每一个智能插座配备电流、电压和功率的电气信息测量单元，按照后台实际的多种应用功能中对数据需求的最高标准实时测量在该插座上发生的用电信息。通过给电器插头配置唯一电子标签以及智能插座对插头标签的自动识别功能，可以使后台监控系统自动识别出接入某一智能插座的电器身份。电器智能插头从某一智能插座转换插入另一智能插座，根据电子标识可自动识别电器接入位置和身份的变化。为每一个家居配置互动终端，互动终端的信息来源和控制指令全部经由小区或楼宇后台监控系统，而没有绕过监控系统直接与智能插座进行本地通信，这样用户对于家局内用电信息的监控和控制的方式和范围都可以通过楼宇后台监控系统灵活配置和管理，提高了可靠性和安全性。

该发明的用电信息综合管理方法如附图2所示，通过基于物联网技术的智能家居用电信息采集的组网技术，在楼宇后台监控系统将所采集的数据存储在实时及历史数据库之内，构建智能家居用电统一数据平台，通过对数据按照不同功能目的进行加工处理建立智能家居用电全景信息模型，可为多种不同的高级应用功能提供数据和信息支撑，例如实现网络化计量和计费，取代传统的电能表；进一步将家居用电消费的全过程综合展示给用户并进行详细分解和分析；为用户提供家居互动终端，使用户通过展示和分析结果自主调整和定制用电规划和方案；利用“虚拟用电”服务对用户定制的用电方案进行模拟验证，以指导用户和谐合理用电；将用户的用电规划方案提供给电网调度作为负荷预测的辅助信息，具体说明如下。

网络化计量计费

由于全景信息模型已包含了各电器的电流、电压和功率，通过后台软件可以实现灵活的计费结算功能。对于不同的计费范围，不同的计费方式、不同的电价政策，均可以通过修改软件配置实现。此外，由于计量中包含了电器身份的识别信息，所以甚至可以支持根据电器和电能用途的不同而区别收费的政策，对基本生活需求用电低价收费，对奢侈性用电高价收费。网络化计量可记录某一具体电器的用电时间、用电接入地点、用电的用途、具体用电过程的电气特性以及系统环境状况等信息，根据定制的不同用电计费政策，可通过软件利用这些信息实现不同的计费结算方式。

利用智能家居用电全景信息进行网络化计量和计费，取代传统的电能表计费；由于该方式实现了细化到插座和电器的识别和计量，且由软件计算取代硬件计量，可以直接通过软件实现计费范围和方式等灵活变换而无需对硬件进行调整。

信息综合展示和分析

智能家居用电全景信息模型中包含了用户以往用电消费的全过程和全方位信息，根据用户不同的需要，可以将这些信息整理并综合展示出来，并做进一步的详细分解和分析。例如，可提供以下功能：总电量以及电费延时间的具体分布；总电量以及电费在各电器之间的分布；某一电器的电量和电费延时间的分布；高价电量与低价电量的比值和时间分布；高价电量与低价电量在电器之间的分布；相同时段不同电器之间的电量和电费比较；相同电器不同时段之间的电量和电费比较；潜在的可行优化改进方法。

此外，在楼宇、小区或企业范围内也可以综合统计展示用电信息，分析区域内用电成分的构成，区域内整体的用电习惯和趋势。企业可以详细分析企业内的用电成本构成，优化用电成本的可行性。当企业的办公和生产地点发生变更，可以通过软件的灵活配置来调整统计和分析的范围。为家居用户全方位展示和分析用电消费信息，例如某一月的电费延时间的具体分布，在各插座或电器之间的分布，以及各插座和电器延时间的分布，可以使用户形象的综合分析其用电费用的详细时间过程和分类构成，为优化其用电经济效益提供基础。以楼宇、小区或公司等组织为单位，统计用电消费的时间和消费类别的构成，为综合分析某单位或组织的内部用电消费情况和优化提供基础；且这种组织范围的界限可以通过软件灵活界定。

定制和调整用电方案

用户根据用电信息的全景展示和分析，通过与系统互动，自主调整和定制用电方案和规划。用户根据从综合展示和分析获得的信息，尤其是系统提供的潜在的可行优化方法，可以结合自身的生活习惯以及特殊需求，通过家居互动终端定制和调整用电方案，基本内容包括：将电器区分为不间断运行电器、可调节电器、周期性运行电器和随机使用电器；对可调节电器设定计划调节的参数，如空调的温度；对周期性运行电器，设定预计周期和频率，如每日照明灯的使用时间；对随机使用电器制定使用触发条件或使用概率。

虚拟用电

监控系统为用户提供“虚拟用电”服务，用户将自主调整和定制的用电规划方案提交给系统，由于掌握了用户家居内所有用电设备的信息和历史数据以及电气分布信息，系统针对用户指定的用电方案进行模拟，可以预测在用户指定的用电方案下所可能发生的用电费用和效果。将大量的经用户确认满意的用电规划方案以及“虚拟用电”的验证效果汇总并上报给电网调度，可以构成某一地区未来一个月清晰的负荷分布曲线。虽然该曲线与实际曲线难免会有误差，但由于考虑了各用户自身的特殊需求和生活习惯，且经用户确认，所以对于提高负荷预测的精度非常重要。

系统获得用户定制的用电方案之后，根据用户家居的具体供电线路的布局、电器的身份和接入位置，用户注册的电器使用特性等信息，按照用户指定的方案并结合电网未来的运行规划信息进行模拟仿真。例如，对未来一个月按照用户指定方案仿真，按照不间断运行电器的功率、周期性运行电器的功率和运行时间，按照随机使用电器的触发条件和使用概率来模拟。对于可调节电器，仿真模型要掌握该电器参数与耗电功率之间的特性关系，该信息是在用户为该电器注册时输入的。

此外，结合电网未来一个月的运行规划和预测，以及电价政策等因素，根据仿真所获得的功率分布计算其用电费用的分布和特点。进一步可通过虚拟现实的技术向用户展示该方案的用电效果和生活状况，以便于用户决策。

在智能家居用电统一数据平台的支撑下，可以通过软件灵活开发和拓展更多不同的高级应用功能，或改造已有的各种高级应用，而对硬件设施无任何影响。此外，在统一数据平台支撑下，除以上列举的功能外，还可以在未来开发中发展出更多的软件高级应用，而系统的整体架构不会受到影响。

Claims (5)

1.一种网络化智能家居全景用电信息综合管理方法，其特征在于：该方法包括网络化计量计费、信息综合展示和分析、定制和调整用电方案以及虚拟用电：

网络化计量计费：根据全景信息模型包含了各电器的电流、电压和功率的电气特性信息，后台监控系统利用全景信息模型进行网络化计量和计费，可针对各电器用电用途的不同进行区别收费，对基本生活需求用电低价收费，对奢侈性用电高价收费，通过后台软件可以实现灵活的计费结算功能；网络化计量可记录某一具体电器的用电时间、用电接入地点、用电的用途、具体用电过程的电气特性以及系统环境状况信息，根据定制的不同用电计费政策，可通过软件利用这些信息实现不同的计费结算方式。

2.信息综合展示和分析：根据智能家居用电全景信息模型中包含了用户以往用电消费的全过程和全方位信息，根据用户不同的需要，将这些信息整理并综合展示出来，并做详细分解和分析；

定制和调整用电方案：用户根据从综合展示和分析获得的信息，结合自身的生活习惯以及特殊需求，通过家居互动终端定制和调整用电方案，具体如下：将电器区分为不间断运行电器、可调节电器、周期性运行电器和随机使用电器；对可调节电器设定计划调节的参数；对周期性运行电器，设定预计周期和频率；对随机使用电器制定使用触发条件或使用概率；

虚拟用电：后台监控系统获得用户定制的用电方案之后，根据用户家居的具体供电线路的布局、电器的身份和接入位置，用户注册的电器使用特性的信息，按照用户指定的方案并结合电网未来的运行规划信息进行模拟仿真。

3. 根据权利要求1所述的网络化智能家居全景用电信息综合管理方法，其特征在于，所述全景信息模型构建过程如下：后台监控系统汇总各电气测量装置采集的智能家居用电信息数据，将其根据需求统一存储在实时和历史数据库之中，根据具体应用的需求，提取统一数据平台的原始数据，并进行相应的处理，生成各应用所需要的数据类型，当电器接入位置发生变更，后台通过身份识别自动调整数据源的映射关系；进一步的，在基于物联网的全景用电信息智能家居系统中，在楼宇后台监控系统将所采集的数据存储在实时及历史数据库之内，构建智能家居用电统一数据平台；后台监控系统提取统一数据平台的数据并按照各具体高级应用功能对于数据精度和采集频率等不同的要求进行处理，在后台虚拟空间建立对家居内所有用电状况的全景描述，包括供电线路布局、所有智能插座的位置、各电器的身份和接入位置、各电器的电流、电压、功率电气特性，构建出智能家居用电全景信息模型。

4. 根据权利要求2所述的网络化智能家居全景用电信息综合管理方法，其特征在于：构建统一数据平台时，后台监控系统采集的数据按照最高标准进行采集，对应于其测量位置和电器身份，依然将最高标准的数据进行存储。

5. 根据权利要求3所述的网络化智能家居全景用电信息综合管理方法，其特征在于：统一数据平台时处理后的数据类型包括有效值、瞬时值、暂态值。

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