CN104615119A - 一种家庭能源管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种家庭能源管理系统，包括双向计量模块、电力云识别模块、能效管理模块、电源转换模块、综合故障与监测模块、家居管理模块、安防监测模块、多通信模块以及显示模块。本发明的家庭能源管理系统能够有效保障家庭用电安全、提高家庭用能效率，同时其通过多通信模块实现了智能家居与智能遥控设备之间的信息交互，同时还支持手机、微信、PC多种终端查询和控制家庭能效的状态；本发明有效的取代了家庭传统的配电箱、路由器、能效终端、各种控制器等多种设备，本发明的装置应用前景广阔。

Description

一种家庭能源管理系统

技术领域

本发明涉及一种家庭能源管理系统，属于智能化信息家电领域。

背景技术

随着Internet网络在家庭的普及，消费电子、计算机、通讯一体化趋势日趋明显，智能化信息家电产品已经开始步入社会和家庭，一场家居智能化革命已经悄然兴起。安全、方便、高效、快捷、智能化等特点将成为现代社会和家庭的新时尚。目前大部分家庭用户用电仍然处于一个粗放式用电情况，面临着电能利用效率不高、用电设备控制复杂、家庭网络功能单一、用电安全无法有效保障、用电辅助设备过多又无法实现便捷控制等诸多问题，市场上亟需一种智能设备，用于能够实现对家庭设备的统一智能管理，有效保障家庭用电安全、提高家庭用能效率。但目前由于国内智能家居技术起步较晚，尚没有这样一种装置能够有效解决这些问题。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效保障家庭用电安全、提高家庭用能效率的家庭能源管理系统。

发明内容：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为：

一种家庭能源管理系统，包括双向计量模块、电力云识别模块、能效管理模块和综合故障与监测模块；

其中，所述双向计量模块用于家庭总用电的双向精密计量，将家庭总耗电数据以及家用分散分布式电源往上级电网输送电力数据传送给所述能效管理模块；

所述电力云识别模块用于得到每一个家庭电器的耗电量、耗电规律以及耗电费数据并将该数据传送给所述能效管理模块；

所述能效管理模块对所述双向计量模块和电力云识别模块提供的数据进行分析，得到各种家庭电器的用电效率并发出提醒；

所述综合故障与监测模块用于保护家庭线路的安全。

其中，还包括为系统内其它模块提供工作电源的电源转换模块、家居管理模块、安防监测模块、用于家庭智能设备之间信息互联的多通信模块以及显示模块。

其中，所述电力云识别模块包括数据采集模块、负荷事件监测与印记提取模块、存储器、负荷组成分析与电路用电状态识别模块，所述数据采集模块一方面将采集到的实时电压电流传送给所述存储器进行数据存储，另一方面将采集到的实时电压电流传送给所述负荷事件监测与印记提取模块进行处理，所述负荷事件监测与印记提取模块将处理后的数据一方面传送给所述负荷组成分析与电路用电状态识别模块，另一方面传送给所述存储器进行数据存储，所述存储器和所述负荷组成分析与电路用电状态识别模块进行信息交互。

其中，所述能效管理模块包括综合能效分析模块、资源优化分析模块、能效诊断与节能预警模块和节能规划与控制模块，所述综合能效分析模块和资源优化分析模块将从所述双向计量模块和电力云识别模块得到的数据传送给所述能效诊断与节能预警模块，所述资源优化分析模块还同时将数据传送给所述节能规划与控制模块，所述能效诊断与节能预警模块将处理后的数据一方面传送给所述显示模块，同时还传送给所述节能规划与控制模块，所述节能规划与控制模块与所述显示模块进行信息交互。

其中，所述综合故障与监测模块包括供电线路开关、磁保持继电器和故障监测模块，所述故障监测模块包括漏电检测模块、过载检测模块、过流检测模块、过热检测模块、短路故障模块和电弧故障模块，所述综合故障与监测模块分别位于家庭主干线路和每条分支线路上。

其中，所述多通信模块包括智能网关模块以及搭载的RF433和Wi-Fi无线模块以及无线通讯接口。

其中，所述家居智能管理模块通过所述多通信模块实现家庭智能设备与智能遥控装置之间的信息交互，所述家居智能管理模块与所述显示模块进行信息交互。

其中，所述安防监测模块包括安防报警模块、报警记录模块和视频监控模块，所述安防监测模块通过所述多通信模块向用户发出报警信号，同时家庭的安防设备通过所述多通信模块将信息传送给安防监测模块，所述安防监测模块还与所述显示模块进行信息交互，安防设备包括摄像头、门磁，红外感应，燃气感应，烟雾感应和紧急按钮。

其中，所述显示模块包括LED显示屏、键盘按钮和MCU微处理器，所述显示模块分别通过内部通信线与双向计量模块、能效管理模块、综合故障与监测模块、家居管理模块、安防监测模块、多通信模块进行通信连接，所述电源转换模块为所述显示模块提供工作电源。

有益效果：相比于现有技术，本发明的家庭能源管理系统能够有效保障家庭用电安全、提高家庭用能效率，同时其通过多通信模块实现了智能家居与智能遥控设备之间的信息交互，同时还支持手机、微信、PC多种终端查询和控制家庭能效的状态；本发明有效的取代了家庭传统的配电箱、路由器、能效终端、各种控制器等多种设备，本发明的装置应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明家庭能源管理系统的系统原理图；

图2为本发明装置中电力云识别模块的结构原理图；

图3为本发明装置中能效管理模块的结构原理图；

图4为本发明装置中综合故障与监测模块的结构原理图；

图5 为本发明装置中家居智能管理模块的结构原理图；

图6为本发明装置中安防监测模块的结构原理图；

图7为本发明装置中多通信模块的结构原理图；

图8为本发明装置中显示模块的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对发明的技术方案作进一步阐述。

如图1~8所示，本发明的家庭能源管理系统100，包括双向计量模块1、电力云识别模块2、能效管理模块3、电源转换模块4、综合故障与监测模块5、家居管理模块6、安防监测模块7、多通信模块8以及显示模块9；

交流电入户后经过电压互感器和电流互感器一方面进入到双向计量模块1，另一方面进入到电力云识别模块2，双向计量模块1主要用于家庭总用电的双向精密计量，通过双向计量记录家庭总耗电情况以及家用光伏等分散分布式电源往上级电网输送电力情况，为与上级电网之间的费用结算以及家庭内部的能效管理提供基础数据支撑服务；

电力云识别模块2主要用于家庭电器的智能识别，通过分析家庭电器开关时产生的交流电（用电波形）变化特性，自动判别出家庭电器的种类及使用状态切换的时间，并从家庭总电费中分解出每一个电器的耗电情形与个别电费；电力云识别模块2包括数据采集模块、负荷事件监测与印记提取模块、存储器、负荷组成分析与电路用电状态识别模块，数据采集模块一方面将采集到的实时电压电流传送给存储器进行数据存储，另一方面将采集到的实时电压电流传送给负荷事件监测与印记提取模块进行处理，负荷事件监测与印记提取模块将处理后的数据一方面传送给负荷组成分析与电路用电状态识别模块，另一方面传送给存储器进行数据存储，存储器和负荷组成分析与电路用电状态识别模块进行信息交互；

能效管理模块3主要用于家庭能效分析与管理，其在基于双向计量模块1和电力云识别模块2提供基础数据的基础上进行家庭电器用电效率诊断与分析，省电控制与节能规划、提醒并协助家庭用户改善用电习惯，降低不必要的电力消耗与减少家庭电力费用支出；能效管理模块3包括综合能效分析模块、资源优化分析模块、能效诊断与节能预警模块和节能规划与控制模块，所述综合能效分析模块和资源优化分析模块将从所述双向计量模块和电力云识别模块得到的数据传送给所述能效诊断与节能预警模块，所述资源优化分析模块还同时将数据传送给所述节能规划与控制模块，所述能效诊断与节能预警模块将处理后的数据一方面传送给所述显示模块，同时还传送给所述节能规划与控制模块，所述节能规划与控制模块与所述显示模块进行信息交互；

电源转换模块4主要用于电源的转换，其将进入家庭能源管理系统的220V交流电，转换成直流±5V、±12V及±24V，为电力云识别模块2、能效管理模块3、综合故障与监测模块5、家居管理模块6、安防监测模块7、多通信模块8、显示模块9提供模块电源；

综合故障与监测模块5主要用于保障家庭用电安全的，包括家庭各供电线路开关分断、健康状况监测以及综合保护，其包括供电线路开关、磁保持继电器和故障监测模块（故障监测模块为一个将漏电检测模块、过载检测模块、过流检测模块、过热检测模块、短路故障模块和电弧故障模块集成为一体的综合模块），综合故障与监测模块5分别位于家庭主干线路和每条分支线路上；

家居管理模块6主要用于家庭内部所有智能电器（包括空调、热水器、灯光、窗帘和智能插座等）的开断控制、场景控制以及定时控制等，家居智能管理模块6通过多通信模块8实现家庭智能设备与智能遥控装置之间的信息交互，家居智能管理模块6还与显示模块9进行信息交互；智能遥控装置有手机、电脑或全能遥控器等；

安防监测模块7主要用于家庭智能安防管理，其主要配合家庭安防设备使用，安防监测模块7包括安防报警模块、报警记录模块和视频监控模块，安防监测模块7通过多通信模块8向用户发出报警信号，同时家庭的安防设备通过多通信模块8将信息传送给安防监测模块7，安防监测模块7还与显示模块9进行信息交互；安防设备包括摄像头、门磁，红外感应，燃气感应，烟雾感应和紧急按钮；

多通信模块8主要实现家庭所有智能设备之间信息的互联互通，其包括智能网关模块以及搭载的RF433射频、Wi-Fi等无线模块以及无线通讯接口；

显示模块9主要用于实时显示家庭电费信息、家庭用电安全信息、网络覆盖信息、家庭能效信息、智能家居管理信息、安防信息等，其包括LED显示屏、键盘按钮和MCU微处理器，显示模块9分别通过内部通信线与双向计量模块1、能效管理模块3、综合故障与监测模块5、家居管理模块6、安防监测模块7、多通信模块8进行通信连接，电源转换模块4为显示模块9提供工作电源。

如图2所示，电力云识别模块2首先完成一个对入户电源电压量测以及电流量测信息的一个采集，在数据采集的基础上进行负荷事件监测和负荷特征印记提取，然后综合数据存储器内的负荷特征数据库进行负荷组成分析以及电器用电状态识别分析，判别出家庭电器的种类及使用状态切换的时间，并从家庭总电费中分解出每一个电器的耗电情形与个别电费，最后将分析的结果实时传送给能效管理模块3，作为能效管理模块3进行能效分析的基础数据支撑，在电力云识别模块2数据采集到数据分析输出的整个过程中实时数据和过程数据均存入数据存储器。

如图3所示，能效管理模块3首先从双向计量模块1以及电力云识别模块2分别获取家庭总电量、总费用的信息和家庭每一个电器耗电量、耗电规律及耗电费用，然后在此基础上进行当前综合能效分析以及当前家用电器可响应资源的优化组合分析，综合两方面的信息进行能效诊断和节能预警，同时提出最优化的节能方案发送给显示模块3进行一个有效预警及提醒，用户通过显示模块3所显示的节能方案，可方便快捷的进行一个有效的节能规划和控制，从而可达到有效改善家庭用户用电习惯，降低不必要的电力消耗与减少家庭电力费用支出的目标。

如图4所示，综合故障与监测模块5在家庭主干线路和每条分支线路上均有部署，起到家庭用电安全保护的作用，其配置有空气开关、磁保持继电器以及故障监测模块，空气开关主要用于手动控制线路的通断，磁保持继电器主要用于自动控制开关的通断，故障监测模块主要用于线路漏电、过载、过流、过热、短路故障、电弧故障等线路故障检测、预警及保护。

如图5所示，家居智能模块6包括开断控制、场景控制和定时控制，用户使用家庭全能遥控器、手机或者电脑等通过多通信模块8向家居智能管理模块6发出开断控制指令，家居智能管理模块6可实现对用户家庭中的主要电器如空调、热水器、灯光、窗帘和智能插座等家电设备的开关控制，同时还可对灯光进行亮度调节，空调和热水器的工作模式调节等，另外用户可通过场景控制功能，实现对多个电器的统一控制，场景控制支持用户新建场景，将多个家用电器添加到场景中，实现对多个家电的批量控制，用户可通过定时控制功能，实现对单个电器功能的定时控制。

如图6所示，安防监测模块7主要配合家庭安防设备（包括门磁，红外感应，燃气感应，烟雾感应和紧急按钮等）使用，其包括安防报警模块、报警记录模块和视频监控模块，用户通过安防监测模块7视频监控功能监测家庭布防监测区内的安防情况，在收到报警信号后，运用安防报警功能通过手机短信、电脑邮件、警务直通等方式向用户及物业保安进行安防报警提醒，所有视频监控过程及报警提醒记录均在安防报警记录内进行存储，以备调阅与查验。

如图7所示，多通信模块8内部包括智能网关、Wi-Fi、RF433射频、无线通讯接口，智能网关是家庭局域网和外界沟通的桥梁，主要负责把外部所有的通信信号转化成无线信号，同时它还具备有家庭无线路由功能，其通过搭载Wi-Fi、RF433射频模块，可以使WIFI及射频信号覆盖家庭每一个角落，从而在家里任何一个角落可以接收Wi-Fi及射频信号，同时在家里操作遥控设备或者无线开关时，它能接收到信号，进而控制其他终端设备，其中Wi-Fi信号主要用于家庭Internet网络的覆盖，射频信号主要用于家庭电器的智能控制及水、电、气表的无线抄收等。

如图8所示，双向计量模块1、能效管理模块3、综合故障与监测模块5、家居管理模块6、安防监测模块7以及多通信模块8 均通过内部通信线与显示模块9进行通信连接，其中云识别模块2主要为能效管理模块3实现数据服务，不需要接入显示模块9，电源转换模块4主要为家庭能源管理系统内部各个模块提供模块电源，亦不需要和显示模块9进行通信，显示模块9内部包括MCU微处理器、液晶显示屏以及按键，其中MCU微处理器主要负责对双向计量模块1、能效管理模块3、综合故障与监测模块5、家居管理模块6、安防监测模块7以及多通信模块8的接入信息进行有效整合及处理，并通过液晶显示屏分为六大功能模块进行所有接入模块的信息展示，六大功能模块分别为智能家居、智能安防、网络覆盖、能效管理、用电安全以及计量计费，用户可以通过按键便捷地查看六大功能模块信息，并可根据自身需求进行有效操作及控制。

本发明提供的家庭能源管理系统有效的实现了家庭双向计量、用电安全保护、能效监测与管理、智能家居、智能安防、家庭网络覆盖，同时支持手机、PAD、PC等多种终端查询和控制，体现及满足了未来智能家居安全、方便、高效、快捷、智能化的发展方向，实用价值极高。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种家庭能源管理系统，其特征在于：包括双向计量模块、电力云识别模块、能效管理模块和综合故障与监测模块；

其中，所述双向计量模块用于家庭总用电的双向精密计量，将家庭总耗电数据以及家用分散分布式电源往上级电网输送电力数据传送给所述能效管理模块；

所述电力云识别模块用于得到每一个家庭电器的耗电量、耗电规律以及耗电费数据并将该数据传送给所述能效管理模块；

所述能效管理模块对所述双向计量模块和电力云识别模块提供的数据进行分析，得到各种家庭电器的用电效率并发出提醒；

所述综合故障与监测模块用于保护家庭线路的安全。

2.根据权利要求1所述的家庭能源管理系统，其特征在于：还包括为系统内其它模块提供工作电源的电源转换模块、家居管理模块、安防监测模块、用于家庭智能设备之间信息互联的多通信模块以及显示模块。

3.根据权利要求1所述的家庭能源管理系统，其特征在于：所述电力云识别模块包括数据采集模块、负荷事件监测与印记提取模块、存储器、负荷组成分析与电路用电状态识别模块，所述数据采集模块一方面将采集到的实时电压电流传送给所述存储器进行数据存储，另一方面将采集到的实时电压电流传送给所述负荷事件监测与印记提取模块进行处理，所述负荷事件监测与印记提取模块将处理后的数据一方面传送给所述负荷组成分析与电路用电状态识别模块，另一方面传送给所述存储器进行数据存储，所述存储器和所述负荷组成分析与电路用电状态识别模块进行信息交互。

4.根据权利要求1所述的家庭能源管理系统，其特征在于：所述能效管理模块包括综合能效分析模块、资源优化分析模块、能效诊断与节能预警模块和节能规划与控制模块，所述综合能效分析模块和资源优化分析模块将从所述双向计量模块和电力云识别模块得到的数据传送给所述能效诊断与节能预警模块，所述资源优化分析模块还同时将数据传送给所述节能规划与控制模块，所述能效诊断与节能预警模块将处理后的数据一方面传送给所述显示模块，同时还传送给所述节能规划与控制模块，所述节能规划与控制模块与所述显示模块进行信息交互。

5.根据权利要求1所述的家庭能源管理系统，其特征在于：所述综合故障与监测模块包括供电线路开关、磁保持继电器和故障监测模块，所述故障监测模块包括漏电检测模块、过载检测模块、过流检测模块、过热检测模块、短路故障模块和电弧故障模块，所述综合故障与监测模块分别位于家庭主干线路和每条分支线路上。

6.根据权利要求2所述的家庭能源管理系统，其特征在于：所述多通信模块包括智能网关模块以及搭载的RF433和Wi-Fi无线模块以及无线通讯接口。

7.根据权利要求2所述的家庭能源管理系统，其特征在于：所述家居智能管理模块通过所述多通信模块实现家庭智能设备与智能遥控装置之间的信息交互，所述家居智能管理模块与所述显示模块进行信息交互。

8.根据权利要求2所述的家庭能源管理系统，其特征在于：所述安防监测模块包括安防报警模块、报警记录模块和视频监控模块，所述安防监测模块通过所述多通信模块向用户发出报警信号，同时家庭的安防设备通过所述多通信模块将信息传送给安防监测模块，所述安防监测模块还与所述显示模块进行信息交互。

9.根据权利要求2所述的家庭能源管理系统，其特征在于：所述显示模块包括LED显示屏、键盘按钮和MCU微处理器，所述显示模块分别通过内部通信线与双向计量模块、能效管理模块、综合故障与监测模块、家居管理模块、安防监测模块、多通信模块进行通信连接，所述电源转换模块为所述显示模块提供工作电源。