CN104052150A - 户用分布式光伏发电系统的智能家庭能效管理系统 - Google Patents
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Abstract
一种户用分布式光伏发电系统的智能家庭能效管理系统，包括：分布式光伏发电系统、无线通讯系统和能效管理系统，分布式光伏发电系统所发电能给家庭电器负载供电、给蓄电池充电或者输送到电网，无线通讯系统包括电能采集和远程遥控的功能，把分布式光伏发电系统的发电信息、电池的电量信息和每个电器的用电信息通过ZigBee模块传送到能效管理系统，经过分析得出最优的用电计划以及确定每个电器的用电时间，并把电器的开关控制命令通过ZigBee模块传送到每个电器的控制模块，通过触发继电器实现对电器的远程控制。本发明集分布式光伏发电系统、智能家庭能效管理系统于一体，满足用户对安装光伏发电系统和智能管理家庭电器用电的需求。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种智能用电能效管理领域的系统，具体是一种带有户用分布式光伏发电系统的智能家庭能效管理系统。
背景技术
随着经济的飞速发展、适用于家庭的短距离通讯技术不断创新与突破，人们对家庭用电的要求越来越高，既要实现家庭电器操控的便捷性、能耗的环保性，又要提高家庭用电的安全、稳定性能。因此，基于ZigBee等技术的智能家庭能效管理系统得到了广泛的关注和研究。智能家庭能效管理系统能把家庭所有的用电设备组网通讯，采集各个电器的用电信息，对电器进行实时监控和能耗分析，同时也可以实现对家庭电器的远程控制，保证家庭用电的便捷性、环保性和安全性。
分布式光伏发电技术因具有能源分布广泛，安装方便容易控制，可增强电网运行稳定性，具有巨大的环保和经济吸引力而受到广泛的关注和现阶段政府大力的推广。对于用户而言，安装带有蓄电池的分布式光伏发电系统可以在电网停电时候依靠光伏发电和蓄电池供电，保证家庭供电的稳定性。同时现阶段政府对于分布式光伏发电有财政补贴，而且允许余电上网，从经济性来看非常值得投资。对于电网公司而言，分布式光伏发电系统的推广，可以使居民用电满足就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的要求，有效解决了电力在升压和长途运输中的损耗问题。而且从全局来看，分布式光伏发电系统能给电网提供削峰填谷的作用，增强电网的稳定性、健壮性。
光伏发电系统能为家庭电器提供电能，但是具有间断性、不平滑性，具体表现为中午发电功率高、早上和晚上发电功率低或者不发电，而且发电功率不可控，当发电功率大于家庭电器用电总功率时，需要把多余电能传送到电网或者把太阳能发电阵列断路。智能家庭是一个以先进的通信技术、电力电子技术和计算机技术为基础，具有安全防护、能效管理和电器自动化等功能的家庭管理系统。它能让电器更加智能、人性化的工作。随着居民家用电器的数量和总用电量显著增长，结合光伏阵列的发电规律，智能家庭能效管理系统可以通过合理安排电器工作时间，有效减小居民用电费用，甚至把多余电量输送到电网赚取费用。而且家庭能效管理系统能够实现对家庭电器用电情况的远程监控，实现家庭的安全用电。
经对现有技术的公开文献检索发现，中国专利申请号：201220388488.6，公开日：2013.07.10，名称：智能家庭能效管理系统，该技术公开一种用于智能用电小区的智能家庭能效管理系统，该系统包括智能能源管理应用平台服务器、智能管理终端和传感装置，通过智能管理终端接收传感装置所采集的用电设备信息交由智能管理终端发送至智能能源管理应用平台服务器进行处理后，由智能能源管理应用平台服务器通过智能管理终端向用电设备发出控制命令，实习智能的家庭能效管理。但是，该技术只设计了监控家庭电器的能效管理系统，并未提出包括户用分布式光伏发电系统并根据当前发电量、用电量智能控制家用电器运行的系统设计方案。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种户用分布式光伏发电系统的智能家庭能效管理系统，集分布式光伏发电系统、智能家庭能效管理系统于一体，可以满足广大用户对安装光伏发电系统和智能管理家庭电器用电的需求。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种户用分布式光伏发电系统的智能家庭能效管理系统，包括：分布式光伏发电系统、无线通讯系统和能效管理系统，其中：分布式光伏发电系统所发电能给家庭电器负载供电、给蓄电池充电或者输送到电网，无线通讯系统包括电能采集和远程遥控的功能，把分布式光伏发电系统的发电信息、电池的电量信息和每个电器的用电信息通过ZigBee模块传送到能效管理系统，能效管理系统经过分析得出最优的用电计划以及确定每个电器的用电时间，并把电器的开关控制命令通过ZigBee模块传送到每个电器的控制模块，通过触发继电器实现对电器的远程控制。
所述分布式光伏发电系统包括：太阳能电池板、蓄电池、带MPPT功能的逆变器、调压器、单向电表和双向电表，其中：太阳能电池板输出直流电能，通过调压器和蓄电池的充放电控制器相连，经过带MPPT功能的逆变器后得到220V、50Hz的电能，通过单向电表测量太阳能电池板的发电量，通过双向电表和电网、家庭供电线相连，当电网给家庭电器供电时，双向电表正转，当光伏发电量充足有余电时，双向电表反转。
所述无线通讯系统包括：供电模块、计量模块、ZigBee模块和控制模块，其中：供电模块的输入电压为AC220V，输出电压为DC5V和DC3.3V；计量模块测量电器用电信息，并传给ZigBee模块；ZigBee模块将电器用电信息传给能效管理系统，经过计算后，再通过ZigBee模块把每个电器的控制信息传给控制模块，触发控制模块对电器进行开关控制。
所述ZigBee模块分为节点ZigBee模块和协调点ZigBee模块两种，节点ZigBee模块是安装在每个电器上的ZigBee模块，协调点ZigBee模块是安装在能效管理系统上的ZigBee模块，组网后，每个节点ZigBee模块把计量模块传来电器用电信息通过ZigBee信号传给协调点ZigBee模块，协调点ZigBee模块把所有节点ZigBee模块传来的电器用电信号传给能效管理系统，经过计算后，协调点ZigBee模块把每个电器的控制信息传给相应节点ZigBee模块，触发控制模块对电器进行开关控制。
所述能效管理系统是带有数学模型算法的监控界面，包括显示每个电器的开关状态、用电信息，实现对电器的远程开关控制，显示光伏发电系统的实时发电量、蓄电池的剩余电量，制定最佳的用电计划。
本发明所提供的户用分布式光伏发电系统的智能家庭能效管理系统，针对当前倡导绿色新能源的形式和政府补贴分布式光伏发电的政策，把光伏发电系统和智能家庭能效管理系统结合，实现对家庭电器和光伏发电系统智能化、远程化地监控，通过能效管理系统实现家庭用电效益最大化。工作时，分布式光伏发电系统所发电能经过逆变后给家庭电器供电，电量充足时余电上网；能效管理系统通过无线通讯系统采集分布式光伏发电系统的发电量、蓄电池的电量和各个电器的用电信息，通过遍历的方法，得到最优的用电计划，并以此控制电器在用电费用最低的时候工作，让光伏发电余量在适合的时候上网，让家庭用电效益最大化。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明系统结构框图；
图2是无线通讯系统结构示意图；
图3是能效管理系统界面示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1所示，本发明所提供的户用分布式光伏发电系统的智能家庭能效管理系统，包括：分布式光伏发电系统、无线通讯系统和能效管理系统，其中：分布式光伏发电系统所发电能给家庭电器负载供电、给蓄电池充电或者输送到电网，无线通讯系统包括电能采集和远程遥控的功能，把光伏发电系统的发电信息、电池的电量信息和每个电器的用电信息通过ZigBee技术传送到能效管理系统，经过算法分析，得出最优的用电计划，确定好每个电器的用电时间，把电器的开关控制命令通过ZigBee模块传送到每个电器的控制模块，通过触发继电器实现对电器的远程控制。
其中，分布式光伏发电系统包括：3200W太阳能电池板、12V180Ah胶体蓄电池、蓄电池充放电控制器、带MPPT功能的逆变器、调压器、单向电表和双向电表，其中：3200W太阳能电池板输出24V直流电能，通过调压器和蓄电池的充放电控制器相连，经过带MPPT功能的逆变器后得到220V、50Hz的电能，通过单向电表测量太阳能电池板的发电量，计算政府财政补贴(0.42元/度)，之后通过双向电表和电网、家庭供电线相连，当电网给家庭电器供电时，双向电表正转，计算用电费用，当光伏发电量充足，余电上网时，双向电表反转，计算卖电收益。
如图2所示，无线通讯系统包括：供电模块、计量模块、ZigBee模块和控制模块，其中：供电模块的输入电压为AC220V，输出电压为DC5V和DC3.3V，给其他模块和芯片供电；计量模块是以芯片ADE7755为核心的电路，能测量电器电压、电流、功率、功率因数等用电信息，通过串口传给ZigBee模块；ZigBee模块分为节点和协调点两种，节点是安装在每个电器上的ZigBee模块，协调点是安装在能效管理系统上的ZigBee模块，组网后，每个节点把计量模块传来电器用电信息通过ZigBee信号传给协调点，协调点把所有节点传来的电器用电信号通过串口传给电脑上的能效管理系统，经过计算后，协调点把每个电器的控制信息传给相应节点，触发控制模块的继电器对电器进行开关控制。
如图3所示，能效管理系统采用VISUAL STUDIO C++中MFC库编写，用于监测每个电器的开关状态、用电信息，也可以实现对电器的远程开关控制。利用能效管理系统可以显示光伏发电系统的实时发电量、蓄电池的剩余电量。通过将每个电器的用电功率、每日用电次数和时长输入和用电时间段输入到能效管理系统，就可以结合当前的光伏发电功率、当前蓄电池电量、当前电价和当前各个电器需要工作与否的状态，把一天24小时分割成480个单元，每个单元3分钟，通过遍历的方法，得到最优的用电计划，自动控制让电器用电费用最低时候工作，让光伏发电余量在适合的时候上网，让家庭用电效益最大化。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (8)
1.一种户用分布式光伏发电系统的智能家庭能效管理系统，其特征在于，包括：分布式光伏发电系统、无线通讯系统和能效管理系统，其中：分布式光伏发电系统所发电能给家庭电器负载供电、给蓄电池充电或者输送到电网，无线通讯系统包括电能采集和远程遥控的功能，把分布式光伏发电系统的发电信息、电池的电量信息和每个电器的用电信息通过ZigBee模块传送到能效管理系统，能效管理系统经过分析得出最优的用电计划以及确定每个电器的用电时间，并把电器的开关控制命令通过ZigBee模块传送到每个电器的控制模块，通过触发继电器实现对电器的远程控制。
2.根据权利要求1所述的户用分布式光伏发电系统的智能家庭能效管理系统，其特征在于，所述分布式光伏发电系统包括：太阳能电池板、蓄电池、带MPPT功能的逆变器、调压器、单向电表和双向电表，其中：太阳能电池板输出直流电能，通过调压器和蓄电池的充放电控制器相连，经过带MPPT功能的逆变器后得到220V、50Hz的电能，通过单向电表测量太阳能电池板的发电量，通过双向电表和电网、家庭供电线相连，当电网给家庭电器供电时，双向电表正转，当光伏发电量充足有余电时，双向电表反转。
3.根据权利要求1所述的户用分布式光伏发电系统的智能家庭能效管理系统，其特征在于，所述无线通讯系统包括：供电模块、计量模块、ZigBee模块和控制模块，其中：供电模块的输入电压为AC220V，输出电压为DC5V和DC3.3V；计量模块测量电器用电信息，并传给ZigBee模块；ZigBee模块将电器用电信息传给能效管理系统，经过计算后，再通过ZigBee模块把每个电器的控制信息传给控制模块，触发控制模块对电器进行开关控制。
4.根据权利要求3所述的户用分布式光伏发电系统的智能家庭能效管理系统，其特征在于，所述ZigBee模块分为节点ZigBee模块和协调点ZigBee模块两种，节点ZigBee模块是安装在每个电器上的ZigBee模块，协调点ZigBee模块是安装在能效管理系统上的ZigBee模块，组网后，每个节点ZigBee模块把计量模块传来电器用电信息通过ZigBee信号传给协调点ZigBee模块，协调点ZigBee模块把所有节点ZigBee模块传来的电器用电信号传给能效管理系统，经过计算后，协调点ZigBee模块把每个电器的控制信息传给相应节点ZigBee模块，触发控制模块对电器进行开关控制。
5.根据权利要求3所述的户用分布式光伏发电系统的智能家庭能效管理系统，其特征在于，所述计量模块测量电器用电信息，通过串口传给所述ZigBee模块。
6.根据权利要求1所述的户用分布式光伏发电系统的智能家庭能效管理系统，其特征在于，所述能效管理系统是带有数学模型算法的监控界面，包括显示每个电器的开关状态、用电信息，实现对电器的远程开关控制，显示光伏发电系统的实时发电量、蓄电池的剩余电量，制定最佳的电器用电计划。
7.根据权利要求6所述的户用分布式光伏发电系统的智能家庭能效管理系统，其特征在于，所述能效管理系统是通过VISUAL STUDIO C++中MFC库编写的带有数学模型算法的监控界面。
8.根据权利要求6所述的户用分布式光伏发电系统的智能家庭能效管理系统，其特征在于，所述能效管理系统通过将每个电器的用电功率、每日用电次数和时长输入和用电时间段输入，结合当前的光伏发电功率、当前蓄电池电量、当前电价和当前各个电器需要工作与否的状态，把一天24小时分割成480个单元，每个单元3分钟，通过遍历的方法，制定最优的电器用电计划。
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