CN103714627B - 用电设备管理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用电设备管理方法及系统，用于管理使用流经智能电表的电能的用电设备。该方法包括：采集来自智能电表的用电量数据；基于用电量数据和用电量控制目标来控制用电设备。该系统包括：用电量数据采集装置，用于采集来自智能电表的用电量数据；控制装置，基于用电量数据和用电量控制目标来控制用电设备。由此，使得能够针对阶梯电价和峰谷电价政策，适当调整对用电设备的管理控制，节省用户的用电成本，使阶梯电价和峰谷电价政策发挥更好的效果。

Description

用电设备管理方法及系统

技术领域

本发明涉及用电设备管理方法及系统，特别涉及智能电网用户侧用电设备的监测、控制和管理方法及系统。

背景技术

随着节能减排的提倡，阶梯电价、峰谷电价等措施正在全国范围你逐步推广实施。

“阶梯电价”全名为“阶梯式累进电价”，是指把户均用电量设置为若干个阶梯，第一阶梯为基数电电力设施量，此阶梯内电量较少，每千瓦时电价也较低；第二阶梯电量较高，电价也较高一些，第三阶梯电量更多，电价也更高。随着户均消费电量的增长，每千瓦时电价逐级递增。

“峰谷电价”又称“差别性峰谷电价”，是指调高高峰电价，调低低谷用电价，使得供需均衡。通过设置一种激励措施，鼓励消费者在非高峰时段增加使用电力，在高峰时间节约使用。分时段价格歧视策略提供一种在高峰时段消费支付高价格，非高峰时段消费电力支付低价格，利用价格杠杆调节电力消费不均状况，从而有利于电力公司降低企业生产成本，均衡供应电力，并避免部分发电机组每日经常关闭和重新启动而造成发电机组巨大损耗等问题。

在传统电网用户侧，可以通过电器本身自带的控制功能模块等各种方式来实现对电器的控制。但是这些控制不能够响应于阶梯电价和峰谷电价等引导政策做出相应的反应，不能节省用户的用电成本，也不便于上述政策发挥更好的效果。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种用电设备管理方法及系统，使得能够针对阶梯电价和峰谷电价政策，适当调整对用电设备的管理控制，节省用户的用电成本，使阶梯电价和峰谷电价政策发挥更好的效果。

根据本发明的一个方面，提供了一种用电设备管理方法，用于管理使用流经智能电表的电能的用电设备。该方法包括：采集来自智能电表的用电量数据；基于用电量数据和用电量控制目标来控制用电设备。

优选地，该方法还可以包括：根据预定的规则设定用电量控制目标。

可选地，可以通过下述至少一种方式来控制用电设备：打开或关闭用电设备；设定用电设备的开关时间；调整用电设备的参数；以及设定用电设备的参数的调整时间。

优选地，该方法还可以包括：采集用电设备的用电信息；和/或采集用电设备的工作状态信息，其中控制用电设备的步骤还基于用电设备的用电信息和/或工作状态信息。

优选地，该方法可以用于管理多个用电设备，其中在控制用电设备的步骤中，还可以基于多个用电设备各自的用电信息和/或工作状态信息，分别对每个用电设备进行相应的控制。

优选地，该方法还包括：采集用电设备所处环境中与用电设备的运行相关的环境信息，其中控制用电设备的步骤还基于环境信息。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用电设备管理系统，用于管理使用流经智能电表的电能的用电设备。该系统包括：用电量数据采集装置，用于采集来自智能电表的用电量数据；控制装置，基于用电量数据和用电量控制目标来控制用电设备。

优选地，该系统还可以包括：智能开关，连接到智能设备，用于在控制装置的控制下，执行以下至少一项操作：打开或关闭用电设备；设定用电设备的开关时间；调整用电设备的参数；以及设定用电设备的参数的调整时间。

优选地，该系统还可以包括：用电信息采集装置，连接到用电设备，用于采集用电设备的用电信息，并将用电信息传输给控制装置；以及环境信息采集装置，用于采集用电设备所处环境中与用电设备的运行相关的环境信息，并将用电信息传输给控制装置，其中控制装置还基于用电信息和/或环境信息来控制用电设备。

优选地，该系统还可以包括：RFID标签，设置在用电设备上或用电设备附近，用于保存用电设备的基本信息和工作状态信息；RFID读写器，用于从RFID读取信息，并将所读取的信息发送给控制装置，还用于将用户设备的工作状态信息写入RFID标签中；以及目标设置装置，用于根据预定的规则设定用电量控制目标。其中控制装置基于用电量控制目标、用电量信息、用电信息、环境信息以及工作状态信息中的至少一项来控制所述用电设备。

根据本发明的用电设备管理方法及系统，可以根据智能电表记录的用电量数据来控制用电设备的工作状态，从而随时控制总体耗电水平，由此可以针对阶梯电价和/或峰谷电价政策做出及时响应，尽可能减少高价电的使用，同时尽可能使用低价电满足客户的用电需求，从而节省用户的用电成本，更好地实现阶梯电价和/或峰谷电价政策的效果。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的用电设备管理系统的示意性框图。

图2是根据本发明第一实施例的用电设备管理方法的示意性流程图。

图3是根据本发明第二实施例的用电设备管理系统的示意性框图。

图4是根据本发明第二实施例的用电设备管理方法的示意性流程图。

图5是可以应用本发明的一种用电设备综合管理系统示例的示意性框图。

具体实施方式

下面参考附图对本发明的用电设备管理系统和方法进行详细的描述。

第一实施例

首先参考附图1和2描述根据本发明第一实施例的用电设备管理系统40和用电设备管理方法。

图1示意性地示出了根据本发明第一实施例的用电设备管理系统40。

来自电网10的电能经由智能电表20被提供给用电设备30。智能电表20计量用电设备30所使用的电能的量。

根据本发明第一实施例的用电设备管理系统40用来管理用电设备30。

如图1所示，用电设备管理系统40包括用电量数据采集装置410和控制装置420。

用电量数据采集装置410可以通过RS-485接口或通过无线方式连接到智能电表。

图2是根据本发明第一实施例的用电设备管理方法的示意性流程图。

在步骤S110，用电量数据采集装置410采集来自智能电表的用电量数据。

在步骤S120，控制装置420基于用电量数据采集装置410所采集的用电量数据和用电量控制目标来控制用电设备30。

用电量控制目标可以根据上面提到的阶梯电价或峰谷电价的政策预先设定，也可以随时调整。

例如，在实施阶梯电价的情况下，可以将用电量控制目标设定为在一个计价周期(例如一个月)内的总用电量不高于阶梯电价阈值，即低价电与高价电的用电量分界值。

控制装置420可以根据从智能电表采集的用电量数据与用电量控制目标(阶梯电价阈值)之间的差值等，来控制用电设备30。

例如，当一个计价周期内的总用电量即将达到或者已经超过阶梯电价阈值时，控制装置420可以关闭用电设备30，或者调整用电设备30的参数，以使其使用较少的电能。

而在实施峰谷电价的情况下，例如，可以分别为高峰期和低谷期设定各自的用电量目标值。然后根据目标来控制用电设备30。

例如，控制装置420可以在高峰期关闭用电设备30而在低谷期打开用电设备30。控制装置420也可以设定用电设备30的开关时间。或者，控制装置420也可以调整用电设备30的参数，使得再高峰期少耗电甚至不用电，而在低谷期用电相对较多。控制装置420也可以设定用电设备30的参数调整时间。

由此，可以根据来自智能电表20的用电量数据来控制用电设备30，以便实现预先设定的用电量控制目标，从而有可能节省用户的用电成本，使得阶梯电价或峰谷电价等政策的实施产生更好的实际效果。

第二实施例

下面参考附图3和4描述根据本发明第二实施例的用电设备管理系统40′和用电设备管理方法。

图3示意性地示出了根据本发明第二实施例的用电设备管理系统40′。

根据本发明第二实施例的用电设备管理系统40′是第一实施例的用电设备管理系统40的改进，也可以用来管理用电设备30。

同样地，来自电网10的电能经由智能电表20被提供给用电设备30。智能电表20计量用电设备30所使用的电能的量。

除了如第一实施例的用电设备管理系统40一样包括用电量数据采集装置410和控制装置420之外，第二实施例的用电设备管理系统40′还包括智能开关430、目标设置装置440、用电信息采集装置450、环境信息采集装置460、RFID读写器470和RFID标签475。

第二实施例的用电量数据采集装置410与第一实施例中的用电量数据采集装置410相同，在此不在赘述与其相关的功能。

智能开关430连接在电表20和用电设备30之间。用电设备30经智能开关430接收来自智能电表20的电能。智能开关430例如可以是智能插座。

智能开关430可以通过有线或无线方式连接到控制器420，并且根据控制器420的指令实现对用电设备30的控制，例如，打开或关闭用电设备30；设定用电设备30的开关时间；调整用电设备30的参数；以及设定用电设备30的参数的调整时间。

目标设置装置440可以是输入键盘等各种输入设备，通过有线或无线的方式连接到控制器420，用于输入用电量控制目标或相关数据。

用电信息采集装置450通过有线或无线方式连接到控制器420，可以对多个用电设备30中的每一个分别采集用电信息，例如用电设备30在各种参数设定情况下的耗电量等，并且将用电信息传送给控制器420。

环境信息采集装置460例如可以包括温度传感器、湿度传感器等，设置于与用电设备30相关的空间中，用于采集与用电设备30例如空调、加湿器等的运行相关的环境信息如温度、湿度等。环境信息采集装置460通过有线或无线方式连接到控制器420，将环境信息传送给控制器420。

另外，还可以在用电设备30上，或者用电设备30附近设置RFID(射频标识符)标签475，可以使用RFID读写器470向其中写入用户设备30的工作状态信息等相关数据，从RFID标签475读取工作状态信息等相关数据。

RFID读写器470通过有线或无线的方式连接到控制器420。

用户可以使用RFID读写器470从RFID标签475读取工作状态信息，并将工作状态信息传送给控制器420。用户也可以使用RFID读写器470将有关用电设备30的工作状态信息写入RFID标签475中，以备以后使用。

图4是根据本发明第二实施例的用电设备管理方法的示意性流程图。

在步骤S110，用电量数据采集装置410采集来自智能电表的用电量数据，并传送给控制器420。

在步骤S112，使用目标设置装置440，根据预定的规则(例如基于阶梯电价或峰谷电价)，设定用电量控制目标，并传送给控制器420。

在步骤S114，用电信息采集装置450采集用电设备30的用电信息，并传送给控制器420。当有多个用电设备30时，分别采集各个用电设备30的用电信息，以便控制器420基于用电设备30各自的用电信息分别加以控制。

在步骤S116，环境信息采集装置460采集用电设备30所处环境中与该用电设备30的运行相关的环境信息，例如，为空调采集温度信息，为加湿器采集湿度信息。环境信息采集装置460将环境信息传送给控制器420。

在步骤S118，RFID读写器470从RFID标签475读取用电设备30的工作状态信息。当有多个用电设备30时，分别采集各个用电设备30的工作状态信息，以便控制器420基于用电设备30各自的工作状态信息分别加以控制。

上述步骤S112至S118可以分别执行，可以执行其中一些步骤而其它步骤不执行，而且执行的顺序也可以是任意的，或者可以是并行的。

在步骤120，控制装置420基于用电量数据、用电量控制目标、用电设备的用电信息、环境信息以及工作状态信息中的至少一项，制定用电设备30的控制模式，以便控制用电设备30。

用电设备综合管理系统

下面参考附图5描述一种用户设备综合管理系统。

传统电网用户侧用电设备综合管理系统在对居家电器控制方面主要通过电器本身自带的控制功能模块实现；在能耗管理方面只能简单的通过定期定时读取电表读数进行估算；在居家环境检测方面主要通过定时读取温湿度表的读数完成。传统电网用户侧在电器控制、能耗管理和环境检测等方面明显存在不够智能、操作繁琐等问题。

在智能家电、智能手机等智能设备逐步普及的过程中，电网用户侧在电器控制、能耗管理和环境检测方面的智能化、人性化程度得到的一定程度的提升。该综合管理系统进一步集中统一管理的系统，并且提供对阶梯电价、实时电价的支持。

本综合管理系统实现了一套智能电网用户侧智能设备监测、控制和管理系统，帮助用户在智能电网用户侧实现智能设备的集中管控、用电信息的分析汇总、环境信息的采集检测和阶梯电价的智能管理。

本综合管理系统是一个智能电网用户侧综合管理平台，可以提高用户设备管理、环境检测和用电信息分析的智能化水平，提高能源利用效率。管理平台实现为一个软件系统，主要包括智能终端应用程序和Web应用程序两部分，配合其他需要整合的各种硬件设备运行。

系统主要工作原理

图5是可以应用本发明的一种用电设备综合管理系统示例的示意性框图。

系统将通过智能电表520、智能插座530及智能电器510等智能设备收集到的用电信息通过智能终端和网站实时发布；分析用户的用电模式是否合理，给出合理建议；系统分析通过传感器采集到的温湿度等数据，根据这些数据及用户设定的阈值对相关电器进行控制（例如根据湿度传感器收集的信息，自动打开和关闭加湿器，根据温度传感器自动启动或关闭空调及火灾的自动报警）；根据将来可能实行的错峰电价，为用户设计合理经济的用电模式等；系统可以通过移动终端和网站实时的控制各个智能设备。涉及到的相关技术包括：

①信息感知技术。无线传感器540负责采集温湿度数据，并通过ZIGBEE协议发送这些数据到装有ZIGBEE数据接收器（例如ZIGBEE/232转换器）535的计算机560，完成对室内温湿度数据的收集。智能终端(手机590或平板电脑595)和计算机580通过(无线)路由器连接到服务器565，从而可以实时监控这些信息，用户可以通过智能终端或互联网实时的查看这些信息。

②电能采集。智能电表520通过485或无线方式连接到采集器550(电力线宽带载波采集器)；采集器550通过宽带载波连接到网络集中器555；网络集中器555通过GPRS/CDMA连接到后台计算机560，从而完成用电数据的采集。通过网站和手机将这些信息实时发布出来，供用户查询，能够分析用户的用电习惯，给出合理化建议。

③家用电器智能控制。根据无线传感器540收集的室内温、湿度信息和各种电器用电信息，对智能电器510进行自动控制，比如当湿度达到一定阈值后自动启动或关闭加湿器；对普通电器通过智能插座530进行控制。根据家用电器的不同耗电特性，及分时电价等信息，为家用电器设定合理的用电模式。

④基于RFID技术的设备使用情况登记管理。为每个设备配置电子标签，保存设备的基本信息，当用户使用这些设备时，通过RFID读写器读取设备的基本信息，并将用户的使用记录保存到系统的数据库中，当用户离开时，通过RFID读写器将设备的状态信息写入到电子标签中，比如设备正常或出现故障等，当下次使用时，为用户提示设备的状态。

⑤计算机560与各种硬件设备之间的接口程序编写。获取和控制各种硬件设备，需要了解各种接口的规范和使用说明，进而完成对这种硬件的控制。

⑥智能终端控制系统。通过智能手机查看传感器的感知信息和家用电器的用电信息，以图形或表格等形式为用户生成报表，并可以对各种家用电器进行控制。智能终端可以是手机590或平板电脑595。

⑦网站综合管理平台。与功能⑥相似，是智能终端控制的网络版。

系统核心功能模块介绍

①家用电器控制技术

随着智能控制技术的迅速发展，家用电器的智能化获得了电器厂商的广泛关注。国内外著名的电器制造商，比如三星、西门子及海尔、美的等都推出了自己的智能家居解决方案。但目前这些解决方案普遍比较昂贵，一套智能家居系统，动辄需要几十万元，这对普通家庭而言很难接受；另一问题，各个厂商各自为政，接口并不开放，而且系统之间缺少兼容性和统一标准。而一个经济、简便可行的方案是通过智能插座530完成对电器的控制，缺点是一般只能控制开关，而不能达到更精细化的管理，比如调节冰箱的温度等。但智能插座530以其轻便灵活、方便应用，在人们用电生活中将会起到至很重要的作用，通过智能插座530可以实时监控设备的用电信息，并控制电源。

根据电器是否提供智能控制接口，本技术分为两种：

提供智能控制接口。通过移动智能设备或网站，将对电器的控制信息发送到web服务器565，服务器565解析数据然后调用智能设备的API，完成对设备的控制。

通过智能开关控制。智能开关一般都支持无线通信功能。智能设备可以直接通过无线公网向智能开关发送指令，使智能开关在开-闭状态间切换；网站可以选择将开关命令封装为JSON格式推送到智能设备，通过智能设备发送指令。

②基于RFID技术的家庭一卡通

近年来，物联网技术获得了国内外企事业单位的广泛关注，在许多领域取得了显著的应用效果，通过物联网进一步扩展了互联网的应用范围，实现了虚拟世界和物理世界的融合。而目前物联网应用较广的一项技术就是射频识别技术（RFID）。所谓的射频识别即RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。在本综合管理系统中，用户可以通过刷智能卡获取家庭的实时数据信息，包括家庭当前的用电量，电压，电流等；各种传感器采集的数据，包括温度，湿度等；各种设备的开关情况，也就是基于RFID技术的家庭一卡通。

家庭一卡通的实现流程如下：在智能终端创建并注册服务（service），实现后台监听。当用户刷卡后，刷卡信息被提交到服务器565。服务器565审核刷卡信息后将相关数据（环境检测数据、用电信息数据和智能电器510相关数据等）推送到匹配的智能终端。智能终端上注册的服务接收到推送信息后以用户预先设定好的方式（震动、响铃等）提醒用户。

③基于阶梯电价的用电提醒系统

“阶梯电价”全名为“阶梯式累进电价”，是指把户均用电量设置为若干个阶梯，第一阶梯为基数电电力设施量，此阶梯内电量较少，每千瓦时电价也较低；第二阶梯电量较高，电价也较高一些，第三阶梯电量更多，电价也更高。随着户均消费电量的增长，每千瓦时电价逐级递增。2012年6月1日起，我国将实行阶梯电价。2012年4月，多省已发布听证方案，其中江苏首档电量最高，为每月204度；陕西最低，为每月120度。

随着阶梯电价的实施，由于不同用电量价格不同，会加重用户的负担。但用户通过准确及时地了解自己的用电量，可以及时调整用电策略，从而减少金钱支出。比如如果用户发现自己本月的用电量已经接近170度，这时用户可以尽量减少用电量或者将某些用电需求移动到下一个月，从而减少花销。基于阶梯电价的用电提醒系统实现的基本步骤如下。

注册系统服务:

启动系统服务：

⑶效果：

本综合管理系统能够使用户准确技术的了解环境及设备用电信息，并根据环境及电价信息自动控制设备的开关，从而达到节约能源的目的，为建设“低碳社会”做出贡献。

Claims (5)

1.一种用电设备管理系统，用于管理使用流经智能电表的电能的用电设备，所述用电设备包括智能电器和普通电器，所述系统包括：

用电量数据采集装置，用于采集来自所述智能电表的用电量数据；

控制装置；

智能开关，连接到所述普通电器；

用电信息采集装置，连接到所述用电设备，用于采集所述用电设备的用电信息，并将所述用电信息传输给所述控制装置；

环境信息采集装置，用于采集所述用电设备所处环境中与所述用电设备的运行相关的环境信息，并将所述用电信息传输给所述控制装置；

RFID标签，设置在所述用电设备上或所述用电设备附近，用于保存所述用电设备的基本信息和工作状态信息；

RFID读写器，用于从所述RFID标签读取信息，并将所读取的信息发送给所述控制装置，还用于将所述用电设备的工作状态信息写入所述RFID标签中；以及

目标设置装置，用于根据预定的规则设定用电量控制目标，

其中所述控制装置基于所述用电量数据、所述用电量控制目标、所述用电信息、所述环境信息以及所述工作状态信息来控制所述用电设备，其中所述控制装置对所述智能电器进行自动控制，对所述普通电器通过所述智能开关进行控制，并且其中所述RFID读写器是家庭一卡通，并且所述控制装置通过读取所述家庭一卡通获取所述家庭的所述用电量信息、所述用电信息、所述环境信息以及所述工作状态信息中的至少一项并将其发送给用户的智能终端。

2.根据权利要求1的用电设备管理系统，其中根据阶梯电价或峰谷电价的政策预先设定或是随时调整所述用电量控制目标。

3.根据权利要求2的用电设备管理系统，其中将用电量控制目标设定为在一个计价周期内的总用电量不高于阶梯电价阈值。

4.根据权利要求2的用电设备管理系统，其中分别为所述峰谷电价的高峰期和低谷期设定各自的用电量目标值，然后根据所述用电量目标值来控制所述用电设备。

5.根据权利要求1的用电设备管理系统，其中所述智能开关用于在所述控制装置的控制下，执行以下至少一项操作：

打开或关闭所述普通电器；

设定所述普通电器的开关时间；

调整所述普通电器的参数；以及

设定所述普通电器的参数的调整时间。