CN103413381A - 一种家庭能量管理系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种家庭能量管理系统及其工作方法，所述家庭能量管理系统包括：输入单元，用于接收用户输入的预设时期内的目标电费值；分析单元，用于对所述目标电费值进行分析，判断所述目标电费值是否可以实现；当所述目标电费值可以实现时，给出下一个时间段的用电策略；执行单元，用于接收用户输入的确认指令，执行所述下一个时间段的用电策略。本发明实施例为用户提供了操作简单的智能家庭能量管理系统，在保证用户舒适度的同时为用户节省电量电费。

Description

一种家庭能量管理系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及智能家居、HEMS、家庭用电管理领域，具体涉及一种家庭能量管理系统及其工作方法。

背景技术

家庭能量管理系统通常包含中心管理软件，数据收发模块，智能家电，智能照明系统，新能源发电系统，蓄电池，光照/温度/湿度等传感器，智能插座（用于测量对应电器的用电量信息），智能电表以及管理操作界面（可在PC/TV/智能手机/PAD上显示及操作）。

在家庭能量管理系统中，数据收发模块负责收集家电、照明系统、新能源发电系统、蓄电池，各种传感器、智能插座及智能电表的各种数据，将其发送至中心管理软件，该软件可对各种数据进行处理分析，通过管理操作界面呈现给用户，如历史用电信息、实时温湿度光照度、新能源发电信息等等。该软件还可根据收集到的数据及分时电价/阶梯电价等做出用电优化策略，比如何时让热水器加热、何时将冰箱冷冻箱温度调低/高、无人时关闭某些照明等，以此来为用户节省电费。

当前的家庭能量管理系统普遍存在操作复杂的问题。

发明内容

本发明目的在于，为用户提供操作简单且高效节能的智能家庭能量管理系统。

为达上述目的，一方面，本发明提供了一种家庭能量管理系统，所述家庭能量管理系统包括：

输入单元，用于接收用户输入的预设时期内的目标电费值；

分析单元，用于对所述目标电费值进行分析，判断所述目标电费值是否可以实现；当所述目标电费值可以实现时，给出下一个时间段的用电策略；

执行单元，用于接收用户输入的确认指令，执行所述下一个时间段的用电策略。

为达上述目的，另一方面，本发明提供了一种家庭能量管理系统的工作方法，所述方法包括：

接收用户输入的预设时期内的目标电费值；

对所述目标电费值进行分析，判断所述目标电费值是否可以实现；当所述目标电费值可以实现时，给出下一个时间段的用电策略；

接收用户输入的确认指令，执行所述下一个时间段的用电策略。

本发明上述技术方案的有益技术效果在于：本发明实施例为用户提供了操作简单的智能家庭能量管理系统，在保证用户舒适度的同时为用户节省电量电费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的家庭能量管理系统功能框图；

图2为本发明实施例的家庭能量管理系统的另一种功能框图；

图3为本发明实施例的家庭能量管理系统的工作流程图；

图4为本发明实施例作为举例的每个开关型电器平均的一天内不同时段开关状态的方波图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种具有目标用电费优化模式的家庭能量管理系统，在该模式下，用户只需设置本月/某段特定时期内的目标用电费，家庭能量管理系统将基于此为用户制定相应的优化用电策略，在保证用户舒适度的同时实现节省电费的目标。

图1为本发明实施例的家庭能量管理系统的功能框图。如图1所示，该家庭能量管理系统100包括：

输入单元110，用于接收用户输入的预设时期内的目标电费值；所述预设时期为用户定义的，比如预设为下一个月；然后将用户预设时期平均分成若干个等分，比如将下一天作为下一个时间段。

分析单元120，用于对所述目标电费值进行分析，判断所述目标电费值是否可以实现；当所述目标电费值可以实现时，给出下一个时间段的用电策略；下一个时间段如未来的24小时/48小时等。

执行单元130，用于接收用户输入的确认指令，执行所述下一个时间段的用电策略。

进一步地，该分析单元130，还可以用于当所述目标电费值不能实现时，提供最接近所述目标电费值的建议值，并向用户提供基于所述建议值的下一个时间段的用电策略。

所述建议值为系统根据每个电器的历史用电数据，结合用电习惯参数及电价方案来估算出下个月的可能用电量范围，根据不同的用电策略得出的可能用电值不同，若用户设定的目标电费值不在可能用电值范围内，则提示用户目标值不合理，并将可能用电范围的最小用电值推荐给用户作为下个月的目标值。

进一步地，该分析单元130，还可以用于当用户对所述下一个时间段的用电策略作出修改时，对用户修改后的下一个时间段的用电策略进行重新分析，给出新的下一个时间段用电策略。

可选地，该分析单元120，具体可以用于根据以下因素对所述目标电费值进行分析：每个电器历史日用电量和月用电量、用户用电习惯参数以及用户所在地的电价方案信息；例如：用户设定下个月的目标电费值是100元，系统会根据每个电器的历史用电数据，结合用电习惯参数及电价方案来估算出下个月的可能用电量范围，根据不同的用电策略得出的可能用电值不同，若用户设定的目标电费值不在可能用电值范围内，则提示用户目标值不合理，并将可能用电范围的最小用电值推荐给用户作为下个月的目标值。

较佳地，上述用电策略包括以下中的一种或多种：

室内空调的分时段的设定温度、热水器加热的时间段、给蓄电池充放电的时间段、照明系统的开关策略、空调压缩机全力运行以达到某一设定温度的时间段。

可选地，在本实施例中，系统还包括一提醒单元，用于向用户输出预设次数的提醒或提示，询问用户是否确认执行所述下一个时间段的用电策略。首先系统会给出1次以上次提醒（声音或闪烁等方式），提醒用户是否确认，若超过预设提醒次数用户仍未确认，如2或3次，则系统按照已确认处理，该预设提醒次数可在输入单元110设置。

进一步地，如图2所示，在另一实施例中，所述家庭能量管理系统还可以包括：获取单元140，用于通过用户的输入、或者通过互联网、或者通过智能电表获取用户所在地的电价方案信息。

具体地，该执行单元130，可以用于：

对于开关型电器，根据用户习惯分析结果，将一天内多个时间段设置为电视机为可开状态，在所述多个时间段，如果检测到所述电视机附近指定区域内有人，则将所述电视机开启；

对于包括加湿器在内的分档可调型电器，根据分析结果和传感器测得的室内湿度，打开/关闭加湿器或调节加湿器档位；

对于包括空调在内的连续可调型电器，根据分析结果和传感器测得的室内温度，打开/关闭空调或调节空调设置温度；对于连续可调亮度的电灯，根据传感器测得的室内光照度，打开/关闭空调或调节电灯亮度。

图3为本发明实施例的家庭能量管理系统的工作流程图。如图3所示，包括如下步骤：

210、在家庭能量管理操作界面上，用户设定一个本月/某段特定时期内的目标用电费值。

220、管理中心软件根据以下几个因素对该目标电费值进行分析：每个电器历史日用电量/月用电量，用户用电习惯的主要特性，新能源发电的历史数据，用户所在地的电价方案信息。

230、判断目标值是否可以实现。

240、如果经分析后若发现目标值不可能实现，则给出最接近目标值的建议值，向用户确认。

250、若目标值可实现，或用户同意接受给出的建议目标值，则中心管理软件给出下一个时间段的用电策略，通过管理操作界面呈现给用户。

其中，用电策略可以包括：室内空调的设定温度（分时段），热水器加热的时间段，给蓄电池充放电的时间段（在电费价格低时充电，用电高峰时放电），照明系统的开关策略，空调压缩机全力运行以达到某一设定温度的时间段（电费价格低时）等。

260、判断用户是否修改该用电策略。

270、用户可对给出的用电策略作修改，中心管理软件将针对用户的修改重新分析，给出新的下一个时间段用电策略。若用户的修改对实现目标值影响过大，则向用户给出提示。

具体地，比如系统给出的用电策略将白天空调温度设为24度（夏季），而用户将其更改为22度，则这部分多耗的电系统会从其它地方节省，比如将晚上空调温度由原用电策略的24度更改为26度，诸如此类。若用户更改后，系统分析得出预设电费目标无法实现时，则向用户给出提示。

280、如果用户不修改，则开始执行该用电策略。

进一步地，该方法还可以包括如下步骤：在每天结束时，根据更新的用电信息重新分析，给出下一个时间段的用电策略。

进一步地，该方法还可以包括如下步骤：在设定时期的最后一天，评估用电费是否小于等于目标值，分析该时期内用电情况，给出简要的总结，包括各电器用电比例图，目标完成情况，并给出简要的用电习惯建议等。

在本发明实施例中，关于用户用电习惯记录及分析方法包括：

1.将家庭电器分成三大类：一是开关型，即设备只有开和关两种状态，比如普通电灯/电脑/电视等；二是分档可调型，即设备有明确的几档运行状态，比如电风扇/加湿器等；三是连续可调型，比如空调/热水器，可设置不同的温度。

2.对于开关型电器，系统记录每天各个时段的开关状态，分析并记录一天内开状态持续时间最长的3-5个时间段，月末时对当月每天的记录情况进行汇总分析，得出每个开关型电器平均的一天内不同时段开关状态的方波图，请参阅图4所示。

3.对于分档可调型电器

如加湿器，系统记录运行档位及由传感器测得的室内湿度，分析其相关性，得出每个档位对应的湿度值范围；请参阅表1示例性给出的加湿器档位与湿度范围相关性，表中数值为举例说明，不是用于限定本实施例。

再请参阅表3示例性给出的分档位电风扇，系统记录运行档位及由传感器测得的室内温度，分析其相关性，得出每个档位对应的温度值范围。

再如分档位暖风机，系统记录运行档位及由传感器测得的室内温度，分析其相关性，得出每个档位对应的温度值范围。请参阅表2示范性绘出的暖风机档位和温度范围的相关性表，表中数值为举例说明，不是用于限定本实施例。

表1

加湿器档位	湿度范围
		1档	41～60%
2档	21～40%
		3档	0～20%

表2

暖风机档位	温度范围
		1档	13～18℃
2档	8～12℃
		3档	<8℃

表3

电风扇档位	温度范围
		1档	29～30℃
2档	31～33℃
		3档	>34℃

4.对于连续可调型电器，如空调，系统由记录单元记录运行温度及由传感器测得的室外温度，分析其相关性，得出对应关系表；再如连续可调亮度的电灯，系统记录运行亮度及由传感器测得的室内光照度，分析其相关性，得出对应关系表。

具体地，比如当环境温度高于33度时，用户倾向于将空调温度设为22度；又如环境温度为29至33度之间时，用户倾向于将空调温度设为24度等；系统将此作为用户舒适的标准。

比如在可连续调亮度灯电灯工作的时候，当室内光照度低于50勒克斯(照度单位，表示物体单位面积所接受的光通量)时，用户倾向于将电灯调到高亮度，诸如此类的用户习惯，系统将其作为舒适的标准。

5.以上分析结果将作为保证用户舒适度的依据。

在本发明实施例中，关于保证用户舒适度的实施方法包括：

1.在系统根据目标电费值制定用电策略时，系统对用户习惯的分析结果作为保证用户舒适度的重要依据；

2.对于开关型电器，如电视，根据用户习惯分析结果，系统将一天内用户最可能看电视的3-5个时间段设置为电视可开，在这几个时段，一旦检测到客厅指定区域内有人，则系统将电视开启；

3.对于分档可调型电器，如加湿器，根据分析结果（类似于上述数据表表1的分析结果），系统根据传感器测得的室内湿度，打开/关闭或调节加湿器档位；

4.对于连续可调型电器，如空调，根据分析结果，系统根据传感器测得的室外温度，打开/关闭或调节空调设置温度；再如连续可调亮度的电灯，系统根据传感器测得的室内光照度，打开/关闭或调节电灯。

比如当系统测得室外温度高于33度时，自动将空调设置温度调低至接近22度(具体温度要根据实际情况来定)。

比如在可连续调亮度灯电灯工作的时候，当室内光照度低于50勒克斯时，系统自动将电灯亮度调高至接近分析所得的用户舒适亮度值。

5.以上实施方法是为了在制定节能用电策略时尽可能大的保证用户舒适度而提出的。

在本发明实施例中，关于当地电价获取方法包括：

1.用户可选择手动输入所在地电价信息；

2.在接入Internet状态下，可选择自动获取当地电价信息，系统根据联网IP自动判断用户所在地，从本地数据库或预设服务器数据库获取相应的电价信息；

3.若家庭配置智能电表，智能电表可从电力公司得到电价信息，本系统可通过Zigbee/PLC/RS485等方式从智能电表获取当地电价信息。

本发明实施例的有益技术效果在于：本发明实施例为用户提供了操作简单的智能家庭能量管理系统，在保证用户舒适度的同时为用户节省电量电费。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块（illustrative logical block），单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性（interchangeability），上述的各种说明性部件（illustrative components），单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列（FPGA）或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电脑、双绞线、数字用户线（DSL）或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片（disk）和磁盘（disc）包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种家庭能量管理系统，其特征在于，所述家庭能量管理系统包括：

输入单元，用于接收用户输入的预设时期内的目标电费值；

分析单元，用于对所述目标电费值进行分析，给出下一个时间段的用电策略；

执行单元，用于接收用户输入的确认指令，执行所述下一个时间段的用电策略。

2.根据权利要求1所述的家庭能量管理系统，其特征在于，所述分析单元，还用于判断所述目标电费值是否可以实现，当所述目标电费值不能实现时，提供最接近所述目标电费值的建议值，并向用户提供基于所述建议值的下一个时间段的用电策略。

3.根据权利要求1所述的家庭能量管理系统，其特征在于，所述分析单元，还用于当用户对所述下一个时间段的用电策略作出修改时，对用户修改后的下一个时间段的用电策略进行重新分析，给出新的下一个时间段用电策略。

4.根据权利要求1所述的家庭能量管理系统，其特征在于，所述分析单元，具体用于根据以下因素对所述目标电费值进行分析：每个电器历史日用电量和月用电量、用户用电习惯参数以及用户所在地的电价方案信息。

5.根据权利要求1所述的家庭能量管理系统，其特征在于，所述用电策略包括以下中的一种或多种：

室内空调的分时段的温度设定值、热水器加热的时间段、给蓄电池充放电的时间段、照明系统的开关策略、冰箱压缩机全力运行以达到某一设定温度的时间段。

6.根据权利要求4所述的家庭能量管理系统，其特征在于，所述家庭能量管理系统还包括：

获取单元，用于通过用户的输入、或者通过互联网、或者通过智能电表获取用户所在地的电价方案信息。

7.根据权利要求1所述的家庭能量管理系统，其特征在于，所述执行单元，用于：

对于开关型电器，根据用户习惯分析结果，将一天内多个时间段设置为电视机为可开状态，在所述多个时间段，如果检测到所述电视机附近指定区域内有人，则将所述电视机开启；

对于分档可调型电器，记录所述根据分析结果和传感器测得的室内湿度，打开/关闭加湿器或调节加湿器档位；

对于连续可调型电器，根据分析结果和传感器测得的室内温度，打开/关闭空调或调节空调设置温度；对于连续可调亮度的电灯，根据传感器测得的室内光照度，打开/关闭空调或调节电灯亮度。

8.一种家庭能量管理系统的工作方法，其特征在于，所述方法包括：

接收用户输入的预设时期内的目标电费值；

对所述目标电费值进行分析，判断所述目标电费值是否可以实现；当所述目标电费值可以实现时，给出下一个时间段的用电策略；

接收用户输入的确认指令，执行所述下一个时间段的用电策略。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述目标电费值不能实现时，提供最接近所述目标电费值的建议值，并向用户提供基于所述建议值的下一个时间段的用电策略。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当用户对所述下一个时间段的用电策略作出修改时，对用户修改后的下一个时间段的用电策略进行重新分析，给出新的下一个时间段用电策略。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述对所述目标电费值进行分析，判断所述目标电费值是否可以实现包括：

根据以下因素对所述目标电费值进行分析：每个电器历史日用电量和月用电量、用户用电习惯参数以及用户所在地的电价方案信息。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述用电策略包括以下中的一种或多种：

室内空调的分时段的温度设定值、热水器加热的时间段、给蓄电池充放电的时间段、照明系统的开关策略、冰箱压缩机全力运行以达到某一设定温度的时间段。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过用户的输入、或者通过互联网、或者通过智能电表获取用户所在地的电价方案信息。

14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述接收用户输入的确认指令，执行所述下一个时间段的用电策略包括：

对于开关型电器，根据用户习惯分析结果，将一天内多个时间段设置为电视机为可开状态，在所述多个时间段，如果检测到所述电视机附近指定区域内有人，则将所述电视机开启；

对于包括加湿器在内的分档可调型电器，根据分析结果和传感器测得的室内湿度，打开/关闭加湿器或调节加湿器档位；

对于包括空调在内的连续可调型电器，根据分析结果和传感器测得的室内温度，打开/关闭空调或调节空调设置温度；对于连续可调亮度的电灯，根据传感器测得的室内光照度，打开/关闭空调或调节电灯亮度。

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