CN102394512A - 一种供电用电管理系统 - Google Patents

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本发明提供了一种供电用电管理系统,包括智能插座和控制保护子系统;控制保护子系统与供电电源耦接;智能插座用于向用电器供电,包括插座数据采集模块和插座数据通讯模块,插座数据采集模块和所述插座数据通讯模块耦接;插座数据采集模块用于获取智能插座的使用情况数据;插座数据通讯模块用于数据通讯;控制保护子系统包括控制保护子系统通讯模块和信号处理模块,控制保护子系统通讯模块和信号处理模块耦接;控制保护子系统通讯模块用于包括与所述插座数据通讯模块进行数据通讯;信号处理模块用于根据智能插座的使用情况数据控制所述智能插座的开、关。本发明可以广泛应用于住宅小区、写字楼、生产基地等用电单位的供电用电管理。

Description

一种供电用电管理系统
技术领域
[0001] 本发明属于一种优化电力能源使用效率和改善用电安全的管理系统。 背景技术
[0002] 目前,对用电单位的用电管理是通过用电表对用电单位的用电量进行计量,用电单位根据电表的计量支付电费;对用电单位的用电安全管理是通过在用电单位的总开关处设置保险装置,当用电单位范围内某用电器出现短路等隐患时,通过保险装置切断用电单位的总开关。
[0003] 随着能源紧缺问题的日益突出,为了提高用电效率,电网电源的电价调整频繁。为应对这一变化,对于用电的管理对电表进行了改进,使电表可以实时更新电价,准确计算用电费用,促使用电单位根据不断变化的电价调整自己的用电方式,从而达到提高用电效率的目的。例如申请号为200910058093. 2的中国发明专利申请,公开的远控智能电表就是能够实时更新电表的电价,并在预存款不足时切断电源。
[0004] 但上述用电管理方案存在着相应的不足:用电单位不能准确掌握电价调整的情况,也就不能相应地关闭或开启用电器,一方面给用电单位造成不便和经济损失,另一方面也不能达成提高用电效率的目的;另外,用电安全出现隐患时切断总开关,用电单位无法预知,不能采取相应的用电器安全预防,使得用电器在突然断电的情况下产生损害。
发明内容
[0005] 为了解决现有用电管理方案存在的上述不足,本发明提供了一种供电用电管理系统。
[0006] 一种供电用电管理系统,包括智能插座、供电子系统和控制保护子系统;所述智能插座和所述控制保护子系统分别与所述供电子系统耦接;
[0007] 所述供电子系统用于向所述智能插座供电;所述智能插座包括插座数据采集模块和插座数据通讯模块,所述插座数据采集模块和所述插座数据通讯模块耦接;所述插座数据采集模块用于获取所述智能插座的使用情况数据;所述插座数据通讯模块用于数据通讯;
[0008] 所述控制保护子系统包括控制保护子系统通讯模块和信号处理模块,所述控制保护子系统通讯模块和所述信号处理模块耦接;所述控制保护子系统通讯模块用于包括与所述插座数据通讯模块进行数据通讯;所述信号处理模块用于根据所述智能插座的使用情况数据控制所述智能插座的开、关。
[0009] 优选的,所述使用情况数据包括所述智能插座的电流、电压、使用时间和/或使用频率。
[0010] 优选的,所述控制保护子系统还包括组网模块,所述组网模块分别与所述控制保护子系统通讯模块和所述信号处理模块耦接;所述组网模块用于对所述智能插座分组。
[0011] 优选的,所述控制保护子系统还包括用电控制输出模块,所述用电控制输出模块与所述信号处理模块耦接;所述用电控制输出模块用于控制所述供电子系统输出到所述智能插座的电流。
[0012] 优选的,所述控制保护子系统还包括滤波保护模块,所述滤波保护模块与所述用电控制输出模块耦接;所述滤波保护模块对所述供电子系统输出到所述智能插座的电信号进行滤波。
[0013] 优选的,所述控制保护子系统还包括显示控制模块,所述显示控制模块与所述信号处理模块耦接;所述显示控制模块用于显示所述使用情况数据。
[0014] 优选的,所述一种供电用电管理系统还包括与所述控制保护子系统耦接的控制端,所述控制端向所述控制保护子系统发送控制命令。
[0015] 优选的,所述控制保护子系统还包括智能分析模块,所述智能分析模块分别与所述控制保护子系统通讯模块、所述信号处理模块和所述组网模块耦接;所述智能分析模块根据所述智能插座连接的用电器的分类和/或所述使用情况数据对所述智能插座分组。
[0016] 优选的,所述智能插座连接的用电器的分类是指:根据所述智能插座是否随机连接用电器进行分类。
[0017] 优选的,所述供电用电管理系统还包括人工神经网络子系统,所述人工神经网络子系统分别与所述供电子系统和所述控制保护子系统耦接;
[0018] 所述人工神经网络子系统根据所述智能插座的用电环境数据及所述使用情况数据,输出所述智能插座下一时间段内的预计用电量;
[0019] 所述人工神经网络子系统根据所述预计用电量和所述供电子系统的状态数据输出供电方案。
[0020] 所述用电环境数据包括:使用者类型、使用者人数、时间、日期、季节和/或气候。
[0021] 优选的,所述供电子系统连接的供电电源包括:电网电源、电池电源和再生电源;
[0022] 所述供电子系统的状态数据包括电网电源费率、电池电源余量和再生电源可供电量。
[0023] 优选的,所述供电方案为如下所列供电方案之一:
[0024] 第一供电方案:所述再生电源向电网电源供电,或/和向所述电池电源充电,或/ 和向所述智能插座供电;
[0025] 第二供电方案:所述电网电源向所述电池电源充电,或/和向所述智能插座供电;
[0026] 第三供电方案:所述再生电源,电池电源和电网电源同时向所述智能插座供电。
[0027] 本发明的技术效果:
[0028] 本发明的供电用电管理系统可以根据每个智能插座的使用情况数据对用电单位的每个智能插座进行管理与控制,这样一方面可以通过所述管理系统知晓的电价变化情况关闭一些智能插座,节省电能,无需用电单位随时关注电价的变化,也不会产生不便。另一方面,当某个智能插座发生安全隐患时,只需关闭相应的智能插座即可,无需关闭用电单位的总开关,给用电单位带来便利。第三,当用电单位增加了使用的智能插座时,不用考虑增加的智能插座的物理位置,供电用电管理系统可以方便地将新增的智能插座产生的电费归入该用电单位的账户中。
附图说明[0029] 图1为本发明供电用电管理系统的一个实施例。
[0030] 图2为本发明供电用电管理系统的另一个实施例。
具体实施方式
[0031] 本发明中所提及的“耦接”是指任何直接及间接的电气连接手段。例如描述第一装置耦接于第二装置,则代表第一装置可直接电气连接于第二装置,或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。
[0032] 以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
[0033] 图1显示了本发明供电用电管理系统的一个实施例。图1显示的供电用电管理系统包括控制保护子系统、供电子系统和多个智能插座。其中智能插座用于向用电器供电,供电子系统连接供电电源(图中未示出)向智能插座供电。这里所说的智能插座并不仅限于供用电器插头插入的插座,还包括直接连接用电器的供电接口,如设置在天花板上的室内灯的供电接口。本实施例中的智能插座包括插座数据采集模块和插座数据通讯模块。插座数据采集模块和插座数据通讯模块耦接。插座数据采集模块用于获取智能插座的使用情况数据。这里所说的使用情况数据包括该智能插座的电流、电压、使用时间以及智能插座的使用频率等数据。这些使用数据是后续供电用电管理的基础数据。插座数据通讯模块用于数据通讯,主要用于上述智能插座使用数据的传送,接收控制命令数据等。
[0034] 控制保护子系统是对智能插座进行管理的子系统,至少包括控制保护子系统通讯模块和信号处理模块。控制保护子系统通讯模块和信号处理模块耦接。控制保护子系统通讯模块可与智能插座的插座数据通讯模块进行通讯,接收智能插座使用情况数据,向智能插座发送控制命令。信号处理模块用于根据所述智能插座的使用情况数据控制所述智能插座的开、关,例如通过使用情况数据中的电流数据判断相应的智能插座发生安全隐患,此时信号处理模块通过控制保护子系统通讯模块向该智能插座发送“关闭”的控制命令,切断该智能插座的电源,及时消除隐患;经过一段时间,当安全隐患消除后,信号处理模块通过控制保护子系统通讯模块向该智能插座发送“开启”的控制命令,接通该智能插座的电源,恢复正常使用。另一个例子是,当信号处理模块判断某个智能插座连接的用电器长时间不使用,可以切断该智能插座的电源,避免能源浪费。通过对特定智能插座的控制消除隐患,节省电力,避免了直接切断总电源带来的不便。还可以由操作者随时根据电价的变动情况关闭一些没有使用的智能插座,从而节省能源。
[0035] 在本实施例中,插座数据通讯模块与控制保护子系统通讯模块的通讯方式采用 Zigbee/MBus 通讯协议。Zigbee 是 IEEE 802. 15. 4 协议的代名词,MBus 是EN 13757-4:2005 无线通信协议的代名词。根据这些协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通讯技术。 为了表明智能插座与控制保护子系统之间为无线通讯方式,图1中采用虚线连接两者。插座数据通讯模块与控制保护子系统通讯模块的通讯方式还可以采用其他现有的通讯方式。
[0036] 图1显示了本发明的一个简单的实施例,通过设置智能插座,对用电器的用电情况进行监测,并可采取相应的控制行为,提高用电效率,消除安全隐患。
[0037] 图2显示了本发明一个更复杂的实施例,在图1所示实施例的基础上具有更多的功能。
[0038] 图2所示的供电用电管理系统,除了智能插座、供电子系统和控制保护子系统外,还包括人工神经网络子系统和控制端。控制端与控制保护子系统耦接,具体的是与控制保护子系统通讯模块耦接。控制端用于向控制保护子系统输入控制命令,进行外部控制。例如,从控制端发出控制命令,开、关某一智能插座。控制端可以是互联网上的一个终端,通过互联网向控制保护子系统发送控制命令。人工神经网络子系统分别与供电子系统和控制保护子系统耦接。以下对图2所示的供电用电管理系统的各部分进行详细描述。
[0039] 图2中的智能插座与图1中的智能插座的构成相同,在此不再进行重复说明。
[0040] 图2中的控制保护子系统与图1中的控制保护子系统有所不同,还设置有组网模块、用电控制输出模块、滤波保护模块、显示控制模块和智能分析模块。组网模块分别与控制保护子系统通讯模块和信号处理模块耦接。用电控制输出模块与信号处理模块耦接,还与滤波保护模块耦接。显示控制模块与信号处理模块耦接。智能分析模块分别与控制保护子系统通讯模块、信号处理模块和组网模块耦接。
[0041] 组网模块用于对所述智能插座分组,即将若干智能插座组成一组,同一组的智能插座可以进行统一的开、关,以提高用电效率,节省能源。分组的原则可以根据述智能插座连接的用电器的分类,例如根据用电器的连接状态(随机或固定)分类;或根据用电器的使用的时间和功能进行分类,例如,将连接电脑和打印机的智能插座组成一组,当电脑关闭时,打印机也没必要开启,因此,可以同时将这两个智能插座切断电源。组网模块执行具体的组网动作,依据的组网方案可以是来自控制端或智能分析模块,特别是在控制端可以实现远程组网。
[0042] 用电控制输出模块用于将供电电源提供的电流分配给智能插座。信号处理模块可以向用电控制输出模块输出控制命令,用电控制输出模块根据命令将供电电源提供的电流分配给相应的智能插座。
[0043] 滤波保护模块对输出到所述智能插座的电信号进行滤波,可以提高电信号的质量,降低信号噪声,确保用电器的用电安全,减少用电器的损耗。
[0044] 显示控制模块用于显示智能插座的使用情况数据等数据。显示数据可以通过应用程序或TOB界面,将智能插座的使用情况数据进行显示,操作者也可以通过这些应用程序或WEB界面输入控制命令。控制端的显示画面可以利用显示控制模块实现,实现远程控制。
[0045] 智能分析模块根据智能插座连接的用电器的分类和/或所述使用情况数据对智能插座进行分组,可以提出优化的分组和使用建议,以达到提高用电效率和用电安全的目的。有一些用电器是与智能插座固定连接的,如一些照明电器;还有一些用电器是随机连接到不同的智能插座的。对于与智能插座固定连接的用电器可以进行分组,如按办公电器、烹饪电器、照明电器等类别进行分组,这些分类信息可以从控制端输入。智能分析模块也可以根据智能插座的使用情况数据对智能插座进行分组,例如,根据智能插座的使用时间段这一历史数据,将在同一时间段使用的智能插座分为一组,对这一组智能插座定时开、关。
[0046] 本实施例中的供电子系统连接的供电电源包括电网电源、电池电源和再生电源。 电网电源来自公共电网,如国家电网。再生电源是指利用太阳能、风能等产生电力的设备。 再生电源应当在供电用电管理系统的管理范围内,如一个居民小区内安置的太阳能发电设备、风能发电设备,这部分设备产生的电力可以直接利用,或存储到电池电源中,在需要时再利用电池电源供电。
[0047] 人工神经网络子系统利用了人工神经网络这一技术,根据智能插座的用电环境数据和使用情况数据,预测智能插座在下一个时段内的用电量。人工神经网络建立多个输入点(这些输入点采用所述用电环境数据和使用情况数据),经过训练后,就可以比较准确地输出对智能插座在下一个时段内的用电量的预测。在这里,用电环境数据包括:使用者类型、使用者人数、时间、日期、季节和/或气候。人工神经网络的输入点为:使用者类型、使用者人数、时间、日期、季节、气候、当前用电量、前一时段用电量。上述输入点的参数对用电量的多少都有影响,当前用电量、前一时段用电量根据智能插座的使用情况数据得出。上述输入点的参数可以进一步细化,如在居民小区中使用,使用者类型可以具体为家庭类型(空巢型,单身有小孩,工作家庭无小孩,单身共享,工作家庭有小孩,单身无小孩);时间细分为上午,中午,晚上;日期分为周末与工作日;气候分为温度,湿度和风力。
[0048] 人工神经网络子系统在预测出智能插座在下一个时段内的用电量后,根据供电子系统的状态数据,依据费用最低算法得出供电方案,并控制供电子系统按该供电方案向智能插座供电。供电子系统的状态数据包括电网电源费率、电池电源余量和再生电源可供电量。这样,用电单位无需关注电费的波动情况即可达到费用最低,提高了用电效率。
[0049] 供电方案有如下三种:
[0050] 第一供电方案:再生电源向电网电源供电,或向所述电池电源充电,或向所述智能插座供电。此时再生电源产电量多,可以优先向智能插座供电(费用低),多余的电量或存储,或回馈电网(可以获得收入)。
[0051] 第二供电方案:所述电网电源向所述电池电源充电,或向所述智能插座供电。此时电网电源处于优惠供电时段,费率低,可以优先存储、使用。
[0052] 第三供电方案:所述电池电源,电网电源、再生电源和电池电源同时向智能插座供电,当然,根据费率最低原则进行计算,电网电源、再生电源和电池电源可以按一定比例供 H1^ ο
[0053] 值得注意的是,以上所述仅为本发明的较佳实施例,并非因此限定本发明的专利保护范围,本发明还可以采用等同技术进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效变化,或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims (12)

1. 一种供电用电管理系统,其特征在于:包括智能插座、供电子系统和控制保护子系统;所述智能插座和所述控制保护子系统分别与所述供电子系统耦接;所述供电子系统用于向所述智能插座供电;所述智能插座包括插座数据采集模块和插座数据通讯模块,所述插座数据采集模块和所述插座数据通讯模块耦接;所述插座数据采集模块用于获取所述智能插座的使用情况数据;所述插座数据通讯模块用于数据通讯;所述控制保护子系统包括控制保护子系统通讯模块和信号处理模块,所述控制保护子系统通讯模块和所述信号处理模块耦接;所述控制保护子系统通讯模块用于包括与所述插座数据通讯模块进行数据通讯;所述信号处理模块用于根据所述智能插座的使用情况数据控制所述智能插座的开、关。
2.根据权利要求1所述一种供电用电管理系统,其特征在于:所述使用情况数据包括所述智能插座的电流、电压、使用时间和/或使用频率。
3.根据权利要求1或2所述一种供电用电管理系统,其特征在于:所述控制保护子系统还包括组网模块,所述组网模块分别与所述控制保护子系统通讯模块和所述信号处理模块耦接;所述组网模块用于对所述智能插座分组。
4.根据权利要求3所述一种供电用电管理系统,其特征在于:所述控制保护子系统还包括用电控制输出模块,所述用电控制输出模块与所述信号处理模块耦接;所述用电控制输出模块用于控制所述供电子系统输出到所述智能插座的电流。
5.根据权利要求4所述一种供电用电管理系统,其特征在于:所述控制保护子系统还包括滤波保护模块,所述滤波保护模块与所述用电控制输出模块耦接;所述滤波保护模块对所述供电子系统输出到所述智能插座的电信号进行滤波。
6.根据权利要求5所述一种供电用电管理系统,其特征在于:所述控制保护子系统还包括显示控制模块,所述显示控制模块与所述信号处理模块耦接;所述显示控制模块用于显示所述使用情况数据。
7 根据权利要求3所述一种供电用电管理系统,其特征在于:所述控制保护子系统还包括智能分析模块,所述智能分析模块分别与所述控制保护子系统通讯模块、所述信号处理模块和所述组网模块耦接;所述智能分析模块根据所述智能插座连接的用电器的分类和 /或所述使用情况数据对所述智能插座分组。
8.根据权利要求7所述一种供电用电管理系统,其特征在于:所述智能插座连接的用电器的分类是指:根据所述智能插座是否随机连接用电器进行分类。
9.根据权利要求8所述一种供电用电管理系统,其特征在于:还包括人工神经网络子系统,所述人工神经网络子系统分别与所述供电子系统和所述控制保护子系统耦接;所述人工神经网络子系统根据所述智能插座的用电环境数据及所述使用情况数据,输出所述智能插座下一时间段内的预计用电量;所述人工神经网络子系统根据所述预计用电量和所述供电子系统的状态数据输出供电方案。
10.根据权利要求9所述一种供电用电管理系统,其特征在于:所述用电环境数据包括:使用者类型、使用者人数、时间、日期、季节和/或气候。
11.根据权利要求10所述一种供电用电管理系统,其特征在于:所述供电子系统连接的供电电源包括:电网电源、电池电源和再生电源;所述供电子系统的状态数据包括电网电源费率、电池电源余量和再生电源可供电量。
12.根据权利要求11所述一种供电用电管理系统,其特征在于: 所述供电方案为如下所列供电方案之一:第一供电方案:所述再生电源向电网电源供电,或/和向所述电池电源充电,或/和向所述智能插座供电;第二供电方案:所述电网电源向所述电池电源充电,或/和向所述智能插座供电; 第三供电方案:所述再生电源,电池电源和电网电源同时向所述智能插座供电。
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