CN103107600A

CN103107600A - 一种物联网智能充电供电系统及其调度方法

Info

Publication number: CN103107600A
Application number: CN2013100488468A
Authority: CN
Inventors: 任伟; 牟扬; 任毅
Original assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2033-02-07
Also published as: CN103107600B

Abstract

本发明涉及一种物联网智能充电供电系统及其调度方法，系统中包括能源生成模块A，控制模块C，调度模块D，监测感知模块S，蓄电池模块B，用电负荷模块U和智能电网输出装置；调度方法是通过系统中相关装置、模块和有线或无线连接，充分利用家庭或公司拥有的可再生能源发电装置和智能电网中具有分时电价的电力接入装置生成的电力，对蓄电池模块B和用电负荷模块U充电供电。当系统中可再生能源发电装置生成的电力有盈余时可通过智能电网输出装置向电网输出电能。应用本系统及其调度方法，通过合理调配电力，达到减少电力的总消耗，实现高效率利用能源。本系统还能兼容来自远程控制终端的调度指令，以及无线充电系统，可扩充性高。

Description

一种物联网智能充电供电系统及其调度方法

技术领域

本发明涉及一种物联网智能充电供电系统及其调度方法，属于物联网智能电网应用领域。

背景技术

物联网中智能电网和绿色能源的利用是一个很重要的应用领域，近几年开展的分时电价、无线充电、可充电电动汽车、家庭生成电力供应电网、无线电力调度控制等研究项目正在被人们所熟悉，并逐步进入应用阶段。如今有一些家庭或公司自身已经拥有了可再生能源发电装置，但是这些家庭或公司在充电用电供电调度方面还没有进行深入研究，缺少一种物联网智能充电供电系统，不能充分利用自身拥有的可再生能源发电装置的优势，在自身拥有的发电装置生成的电力有盈余时不会利用大型蓄电池储存能源，造成白白地浪费了宝贵的电力，还有一些家庭或公司不懂得如何利用分时电价降低用电成本。目前针对物联网中智能电网和绿色能源的利用，必须研究一种物联网智能充电供电调度方法，更科学更智能地管理电力，提高电力的使用效率，这将对节能减排具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了向具有绿色电力生成能力和能够利用分时电价的家庭和公司提供一种简单易行、容易操作，成本低的物联网智能充电供电系统及其调度方法。

为了实现上述的目的，本发明采取的技术方案是：提供一种物联网智能充电供电系统，包括能源生成模块A，控制模块C，调度模块D，监测感知模块S，蓄电池模块B，用电负荷模块U和智能电网输出装置；所述的能源生成模块A用于生成电力，能源生成模块A与控制模块C连接，控制模块C分别与蓄电池模块B、用电负荷模块U和智能电网输出装置连接，蓄电池模块B中的大型蓄电池另设有放电专线与控制模块C连接，用于将大型蓄电池中的电能逆向放电；所述的智能电网输出装置用于将可再生能源发电装置生成的盈余电力以及将大型蓄电池中的电能逆向放电输出给电网；所述的调度模块D采用单片机构成，存储有充电供电调度策略软件，调度模块D与监测感知模块S之间采用有线通讯线连接或采用无线通讯，调度模块D接收安装在蓄电池模块B和用电负荷模块U中监测感知模块S的监测数据，调度模块D根据充电供电调度策略软件或结合接收远程控制终端的调度指令向控制模块C发送控制指令。

所述的能源生成模块A为可再生能源发电装置A1和智能电网中具有分时电价的电力接入装置A2。

所述的控制模块C设有局域通讯模块C101，电力控制模块C102，电力发射模块C103；局域通讯模块C101由通讯器件组成，用于与调度模块D之间的通讯；电力控制模块C102用于控制有线电力输送电路的电力开关开通和闭合，负责控制对用电负荷模块U的负荷供电，控制对蓄电池模块B的蓄电池充电，控制盈余电力以及大型蓄电池的放电输出；电力发射模块C103用于无线电力的传输。

所述的监测感知模块S，设置有监测模块S101和局域通讯模块S102；监测模块S101设有传感器器件，局域通讯模块S102由通讯器件组成，用于监测感知模块S与调度模块D之间的通讯。

所述的监测感知模块S与需要监测的用电负荷、蓄电池为一对一配置，监测感知模块S安装在需要监测的用电负荷上则用于获取该用电负荷当前的状况；监测感知模块S安装在需要监测的蓄电池上则用于获取该蓄电池当前的状况。

所述的调度模块D的单片机内设有局域通讯模块D101，广域通讯模块D102和调度决策模块D103，所述的局域通讯模块D101用于与监测感知模块S、控制模块C之间的局域通讯；广域通讯模块D102用于接收分时电价信息，以及与远程控制终端之间的通讯；调度决策模块D103设有运算和存储器件，存储有充电供电调度策略软件，并根据接收的信息，生成指挥控制模块C的指令。

本发明还提供一种应用上述物联网智能充电供电系统的调度方法，按如下步骤执行：

①启动能源生成模块A，对于自身拥有可再生能源发电装置A1的家庭或公司首先选择可再生能源发电装置A1生成电力；

②启动发电装置后，系统中监测感知模块S中的监测模块S101自动开始运行，监测当前用电负荷模块U中各用电负荷数量及总功率，监测蓄电池模块B中需要充电的蓄电池数量及状态，安装在各用电负荷上的监测模块获取当前各用电负荷用电状态和用电需求相关信息，安装在各蓄电池上的监测模块获取当前需要充电的各蓄电池的电池剩余电量、所需充电时间及重要性的信息；

③监测模块S101将监测获取的信息传送给调度模块D，调度模块D通过局域通讯模块D101接收信息，并将数据存储在调度决策模块D103中；

④调度决策模块D103根据监测结果，第一轮对各用电负荷进行重要性计算和排序，也对各待充电蓄电池进行重要性计算和排序，根据排序结果选择重要性大、排序在前的N1个用电负荷或蓄电池同时进行供电或充电；调度决策模块D103对充电供电采用动态调度，设定一个调度周期T1，每隔1个周期，通过监测感知模块S再次获取当前各个被监测用电负荷以及蓄电池的基本情况，重新确定其重要性，再次进行重要性排序；调度决策模块D103将最终的调度指令发送给电力控制模块C102，控制电力开关的开通和闭合；

⑤当N1个用电负荷或蓄电池的功率需求总和未超过可再生能源发电装置A1生成的电力，则通过控制模块C将盈余电力供给大型蓄电池充电；若电网实行3种价格，就将低谷供电低价设为阈值Th1，高峰供电高价设为阈值Th2，电网收购价设为阈值Th3；若当前电力收购电价等于或高于阈值Th3时，则将盈余电力和大型蓄电池放电产生的电力输送给电网或电网的其他用户，即调度模块D发指令给控制模块C，开通大型蓄电池的放电专线，盈余电力以及大型蓄电池的放电电力通过智能电网输出装置输出电力；

⑥若N1个用电负荷或蓄电池的功率需求总和已经超过可再生能源发电装置A1生成电力的供给量，则启动智能电网中具有分时电价的电力接入装置A2；并根据当前电价调度供电或充电；

⑦若当前电价低于或等于阈值Th1，则继续为N1个用电负荷或蓄电池供电或充电，但调整调度频率和用电负荷或蓄电池数量，每隔一个周期T2，通过监测感知模块S获取当前各个被监测用电负荷以及蓄电池的基本情况，实行动态调度，即动态地确定用电负荷以及待充电蓄电池的重要性，对重要性进行排序，调度决策模块D103向电力控制模块C102发送控制指令，对重要性大的、排序在前的N2个用电负荷或蓄电池；

⑧若当前电价等于或高于阈值Th2，则停止向大型蓄电池充电，反之大型蓄电池开始放电，为本公司供电；同时调整调度频率和用电负荷或蓄电池数量，每隔一个周期T3，同样通过监测获取当前各个用电负荷以及蓄电池的基本情况，然后确定重要性及进行排序，对重要性大的、排序在前的N3个用电负荷或蓄电池进行供电或充电。

本发明所述的监测模块S101与局域通讯模块D101之间传送信息，信息的传送采用无线通讯方式或有线通讯方式。

本发明所述的通过控制模块C向蓄电池充电，充电电力传输采用有线传输方式或无线传输方式，采用无线电力传输时，开启电力发射模块C103进行无线电力的传输。

本发明的一种物联网智能充电系统及其调度方法具有如下积极效果：

1．本方法可以综合利用智能电网的技术趋势，如太阳能或者风能发电，分时电价，无线电力调度，无线充电，电动汽车蓄电池充电，电力上传等技术，本方法简单易行，控制方法和控制架构容易扩展，可以减少能源消耗，提高能源的利用率。

2．本方法具有通用性，可用于家庭和公司的电力充电和供电的智能调度，可以用于物联网、传感器网络、嵌入式系统等装置中，通过软硬件结合实现。

附图说明

图1为本发明一种物联网智能充电供电系统及其电力和有线通讯连接示意图。

上述图中：实线的连接线为电力传输线，虚线的连接线为通讯传输线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1：本发明提供一种物联网智能充电供电系统，其结构如图1所示，包括能源生成模块A，控制模块C，调度模块D，监测感知模块S，蓄电池模块B，用电负荷模块U和智能电网输出装置；所述的能源生成模块A用于生成电力，能源生成模块A与控制模块C间的电力通过有线连接传输，控制模块C分别与蓄电池模块B、用电负荷模块U和智能电网输出装置有线连接，蓄电池模块B中的大型蓄电池另设有放电专线与控制模块C连接，用于将大型蓄电池中的电能逆向放电；所述的智能电网输出装置用于将有盈余的电能或者将大型蓄电池中的电能逆向放电输送给电网或其他用户；所述的调度模块D与监测感知模块S之间通过有线通讯线连接，调度模块D接收安装在蓄电池模块B和用电负荷模块U中监测感知模块S的监测数据，调度模块D根据充电供电调度策略软件或结合接收远程控制终端的调度指令向控制模块C发送控制指令。

下面对本发明系统中的部分模块作详述：

⑴、能源生成模块A包括：可再生能源发电装置A1和智能电网中具有分时电价的电力接入装置A2。可再生能源发电装置A1如太阳能发电装置、风能发电装置等。太阳能发电装置由太阳能电池组件组成的光伏方阵、太阳能充放电控制器、蓄电池组、离网型逆变器构成。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能充放电控制器给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，通过太阳能充放电控制器由蓄电池组给直流负载供电，同时蓄电池还要直接给独立逆变器供电，通过独立逆变器逆变成交流电，给交流负载供电。

⑵、蓄电池模块B包括：用于智能终端供电的小型充电电池，如智能手机充电电池、平板电脑充电电池、传感器节点充电电池、RFID节点充电电池、嵌入式系统充电电池；用于电动汽车充电蓄电池；用于家庭、公司用的蓄电池，用于整个用电单元的大型蓄电池等。

⑶控制模块C设有：局域通讯模块C101，电力控制模块C102和电力发射模块C103，局域通讯模块C101用于与调度模块D之间的通讯；电力控制模块C102用于控制有线电力输送开关电路的接通和断开，负责控制对用电负荷的供电，控制对蓄电池模块B的蓄电池充电，以及控制大型蓄电池通过智能电网输出装置的放电给电网或者向其他客户供电；当使用无线电力充电时，启用电力发射模块C103用于无线电力的传输。

⑷、监测感知模块S设置有：监测模块S101和局域通讯模块S102；监测模块S101设有传感器器件，局域通讯模块S102用于监测感知模块S与调度模块D间的通讯。监测感知模块S与需要监测的用电负荷、需要充电的蓄电池为一对一配置，安装在需要监测的用电负荷上则用于获取该用电负荷当前的状况；安装在需要监测的蓄电池上则用于获取该蓄电池当前的状况，包括需要充电的蓄电池数量，每个电池的剩余电量，需要充电的时间。

⑸、调度模块D的单片机内设有：局域通讯模块D101，广域通讯模块D102和调度决策模块D103，所述的局域通讯模块D101用于与监测感知模块S、控制模块C之间的局域通讯；广域通讯模块D102用于接收分时电价信息，以及与远程控制终端之间的广域通讯，接收远程控制终端的决策指令，远程控制终端为智能手机或者智能平板电脑；调度决策模块D103由运算和存储器件组成，存储有根据调度方法编写的充电供电调度策略软件，并根据接收的信息，自动生成指挥控制模块C的指令；远程控制终端在系统中仅是可选单元，但能够给调度决策模块D103发送调度控制指令。

实施例2：某公司应用本发明提供的一种物联网智能充电供电系统调度方法，按如下步骤执行：

①启动能源生成模块A，首先选择该公司自身拥有的太阳能发电装置生成电力。

②启动太阳能发电装置后，系统中监测感知模块S中的监测模块S101自动开始运行，安装在各个用电负荷中的监测模块S101获取当前各用电负荷用电状态，包括监测当前用电负荷模块U中各种用电负荷的总数、总功率，如采用监测感知模块Sm1监测用电负荷U1开水器、监测感知模块Sm2监测U2空调、…和监测感知模块Smm 监测Um电灯；安装在蓄电池模块B中的监测感知模块中的监测模块获取当前需要充电的各种蓄电池的总数量、各电池剩余电量、所需充电时间及重要性的信息，如采用监测感知模块S1监测智能终端蓄电池B1，监测感知模块S2监测电动汽车蓄电池B2，…和监测感知模块Sn监测大型蓄电池Bn。

③监测模块S101通过局域通讯模块S102将监测获取的信息传送给调度模块D，调度模块D通过局域通讯模块D101接收信息，并将数据存储在调度决策模块D103中。

④调度决策模块D103根据获得的信息，对各用电负荷的重要性进行第一轮排序，同时对各待充电蓄电池的重要性也进行排序，根据排序结果选择重要性大、排序在前的N1个用电负荷或蓄电池同时进行供电或充电，如N1为93个；调度决策模块D103对充电供电采用动态调度，结合该公司具体的情况，如设定一个调度周期T1为3小时，这样每隔3小时，通过监测感知模块S再次获取当前各个被监测用电负荷以及蓄电池的基本情况，确定用电负荷以及待充电蓄电池的重要性，再次对重要性进行排序。

⑤当第一轮93个用电负荷或蓄电池的功率需求总和未超过太阳能发电装置生成的电力时，则将盈余电力供给大型蓄电池充电。若当前电网收购价等于或高于电价阈值Th3，如0.7元/度，则让大型蓄电池放电以及将太阳能发电装置生成的盈余电力通过智能电网输出装置将电力卖给电网。

⑥当太阳光减弱了，太阳能发电装置生成的电力少了，第一轮93个用电负荷或蓄电池的功率需求总和已经超过太阳能发电装置生成电力的供给量，则启动智能电网中具有分时电价的电力接入装置A2，并根据当前的电价来调度供电或充电。

⑦若当前电价低于或等于电价阈值Th1，如Th1=0.5元/度，则继续为93个用电负荷或蓄电池供电或充电，继续为大型蓄电池充电，但适当延长电力调度的周期T2，调整用电负荷或蓄电池数量，如设T2为4小时，这样每隔4小时，通过监测感知模块S再次监测当前各个被监测用电负荷以及蓄电池的基本情况，调度决策模块D103再次对用电负荷以及蓄电池的重要性进行排序，排序后调度模块D向电力控制模块C102发控制指令，电力控制模块C102对重要性大、排序在前的N2=67个用电负荷或蓄电池进行供电或充电。

⑧若当前电价等于或高于阈值Th2，如0.8元/度，则停止向大型蓄电池充电，反之大型蓄电池开始放电，为本公司供电；同时适当选择较短的调度周期，如T3=2小时，增加调度频率，每隔2小时，同样通过监测感知模块S获取当前各个被监测蓄电池以及用电负荷的基本情况，然后确定重要性及进行排序，调度模块D向控制模块C发控制指令，电力控制模块C102对重要性大、排序在前的N3=54个用电负荷或蓄电池进行供电或充电。

本实施例中能源生成模块A与控制模块C之间，控制模块C与用电负载模块U之间，控制模块C与智能电网输出装置之间的电力传输均采用有线传输方式，控制模块C与蓄电池模块B之间电力传输采用无线传输方式，监测感知模块S和调度模块D以及控制模块C与调度模块D之间的通讯传输采用无线通讯方式。

本实施例中监测感知模块S监测并获取需监测的蓄电池的基本情况，如当前剩余电量，电池是否立刻要使用，这些因素在重要性排序中起作用，剩余电量的监测也可避免对蓄电池不必要的充电而导致对蓄电池寿命的损害。监测感知模块S可获取需监测的用电负荷的基本情况，如使用空调时室内的温度，开水器中当前水温等，关系到电力使用的迫切性，这些因素将在重要性排序中起作用。

本实施例中调度模块D接收智能电网分时电价信息，也可以通过广域通讯模块D102接收来自远程控制终端的指令，直接给出重要性排序以及供电调度策略，确定需要充电的蓄电池以及需要供电的用电负荷，这些在调度决策模块D103中完成，然后通过广域通讯模块D102发送控制指令给控制模块C，从而对充电和供电进行调度。

本实施例中对重要性排序的依据和方法如下：

排序算法根据权重设定，权重设定的因素包括：蓄电池所连接电器的重要性、该电池是否马上要被使用，该电池的目前使用寿命，该电池的剩余电量。另外用电负荷是否需要马上使用，用电负荷的耗电功率等，通过对上述确定因素进行有权重的计分，然后统计总分，最后进行排序。

排序也可以根据远程控制终端的指令直接进行设定。一种情况是远程控制终端是智能手机或者智能平板电脑，监测感知模块S将监测结果通过广域通讯模块D102传递给远程控制终端，远程控制终端可以设定一些调度模式，回传给广域通讯模块D102，调度决策模块D103获取上述信息，调度决策模块D103结合远程控制终端的指令与监测结果进行排序，得到应充电的蓄电池和应供电的用电负荷的列表和具体电力分配方法，实现有远程干预的半自动电力调度，然后经过调度模块D传递给控制模块C，控制模块C根据指令执行电力开关的开通和闭合。

另一种情况是远程控制终端，如智能手机或平板电脑的持有者，是公司的领导者，出于对重要性特殊因素的处理，通过广域通讯模块D102接收监测感知模块S监测的结果，根据监测结果的重要性排序，或者直接根据自己的考虑给出重要性排序，通过安装在智能手机或平板电脑，给出应充电的蓄电池和应供电的用电负荷的列表和具体电力分配方法，即有远程干预的人为电力调度，然后经过广域通讯模块D102，传递给调度决策模块D103，调度决策模块D103生成指挥控制模块C的指令，控制模块C根据这些指令决定电力开关的开通和闭合。

Claims

1.一种物联网智能充电供电系统，其特征在于：包括能源生成模块A，控制模块C，调度模块D，监测感知模块S，蓄电池模块B，用电负荷模块U和智能电网输出装置；所述的能源生成模块A用于生成电力，能源生成模块A与控制模块C连接，控制模块C分别与蓄电池模块B、用电负荷模块U和智能电网输出装置连接，蓄电池模块B中的大型蓄电池另设有放电专线与控制模块C连接，用于将大型蓄电池中的电能逆向放电；所述的智能电网输出装置用于将可再生能源发电装置生成的盈余电力以及将大型蓄电池中的电能逆向放电输出给电网；所述的调度模块D采用单片机构成，存储有充电供电调度策略软件，调度模块D与监测感知模块S之间采用有线通讯线连接或采用无线通讯，调度模块D接收安装在蓄电池模块B和用电负荷模块U中监测感知模块S的监测数据，调度模块D根据充电供电调度策略软件或结合接收远程控制终端的调度指令向控制模块C发送控制指令。

2.根据权利要求1所述的一种物联网智能充电供电系统，其特征在于：所述的能源生成模块A为可再生能源发电装置A1和智能电网中具有分时电价的电力接入装置A2。

3.根据权利要求1所述的一种物联网智能充电供电系统，其特征在于：所述的控制模块C设有局域通讯模块C101，电力控制模块C102，电力发射模块C103；局域通讯模块C101由通讯器件组成，用于与调度模块D之间的通讯；电力控制模块C102用于控制有线电力输送电路的电力开关开通和闭合，负责控制对用电负荷模块U的负荷供电，控制对蓄电池模块B的蓄电池充电，控制盈余电力以及大型蓄电池的放电输出；电力发射模块C103用于无线电力的传输。

4.根据权利要求1所述的一种物联网智能充电供电系统，其特征在于：所述的监测感知模块S设置有监测模块S101和局域通讯模块S102；监测模块S101设有传感器器件，局域通讯模块S102由通讯器件组成，用于监测感知模块S与调度模块D之间的通讯。

5.根据权利要求1或4所述的一种物联网智能充电供电系统，其特征在于：所述的监测感知模块S与需要监测的用电负荷、蓄电池为一对一配置，监测感知模块S安装在需要监测的用电负荷上则用于获取该用电负荷当前的状况；监测感知模块S安装在需要监测的蓄电池上则用于获取该蓄电池当前的状况。

6.根据权利要求1所述的一种物联网智能充电供电系统，其特征在于：所述的调度模块D的单片机内设有局域通讯模块D101，广域通讯模块D102和调度决策模块D103，所述的局域通讯模块D101用于与监测感知模块S、控制模块C之间的局域通讯；广域通讯模块D102用于接收分时电价信息，以及与远程控制终端之间的通讯；调度决策模块D103设有运算和存储器件，存储有充电供电调度策略软件，并根据接收的信息，生成指挥控制模块C的指令。

7.一种应用权利要求1所述物联网智能充电供电系统的调度方法，其特征在于：按如下步骤执行：

8.根据权利要求7所述的一种应用物联网智能充电供电系统的调度方法，其特征在于：所述的监测模块S101与局域通讯模块D101之间传送信息，信息的传送采用无线通讯方式或有线通讯方式。

9.根据权利要求7所述的一种应用物联网智能充电供电系统的调度方法，其特征在于：所述的通过控制模块C向蓄电池充电，充电电力传输采用有线传输方式或无线传输方式，采用无线电力传输时，开启电力发射模块C103进行无线电力的传输。