CN105356517B - 家庭能量动态分配路由器、方法及家庭能量发电计划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种家庭能量动态分配路由器、动态分配方法及家庭能量发电计划方法，所述家庭能量路由器处于家庭用能和功能设备之间，所述路由器为一体式家庭能量路由器或分体式家庭能量路由器。所述分配方法和发电计划方法都是通过所述家庭能量路由器实现，所述路由器处于家庭用能和功能设备之间。本发明中家庭能量路由器通过采集底层用电设备关键信息，结合分布式电源的发电信息，基于需求响应和电力市场的相关数据，动态调整各发电电源之间的功率分配，实现家庭用能的经济型、稳定性和可靠性。

Description

家庭能量动态分配路由器、方法及家庭能量发电计划方法
技术领域
本发明涉及一种家庭能量管理及控制方法和路由器，具体涉及家庭能量动态分配路由器、动态分配方法及家庭能量发电计划方法。
背景技术
随着电动汽车、家庭分布式光伏、储能系统的不断发展，多能源协调控制和家庭能量管理是未来智能电网发展的重要研究方向，同时结合未来电力市场开放后用户需求响应。保证用户用电成本最小，并且可以及时管理用户自建分布式能源的高效利用。对于未来分布式电源的应用推广、能源管理、应急电源等有着重要意义。
随着分布式能源的不断发展，基于家庭式能源管理和调度是未来配电侧开放电力环境下的重要方向，分布式家庭光伏、电动汽车、应急储能装置、用能设备监测是未来以家庭为中心的能源调度的实际需求。如何协调市电、光伏发电、微风发电、电动汽车充放电、应急储能装置充放电以及家庭用能设备之间的能量供应和使用，是未来家庭智能化水平的重要体现，也是现阶段亟需解决的问题。
发明内容
为了满足现有技术的需求，本发明提供一种家庭能量动态分配路由器、动态分配方法及家庭能量发电计划方法。本发明动态调整发电电源之间的功率分配，实现家庭用能的经济性、稳定性和可靠性。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一种家庭能量路由器，所述路由器处于家庭能量和用电设备之间，所述路由器为一体式家庭能量路由器或分体式家庭能量路由器。
优选的，所述分体式家庭能量路由器包括中央控制模块、通信模块、电源模块、显示屏模块、复位模块、外扩存储模块、状态指示模块、语音识别模块和数据加密模块，所述中央控制模块与所述显示屏模块、所述状态显示模块和所述语音识别模块连接，所述中央控制模块与所述通信模块、所述数据加密模块和所述外扩存储模块交互连接，所述电源模块和所述复位模块与中央处理器连接，所述通信模块与外部公共网络连接。
优选的，所述一体式家庭能量路由器包括中央控制模块、通信模块、电源模块、显示屏模块、复位模块、外扩存储模块、状态指示模块、语音识别模块、数据加密模块、能量调度控制板、综合测控装置、交流保护模块、开关执行机构和设备接口；所述中央控制模块与显示屏模块、语音识别模块和状态显示模块连接；所述中央控制模块与通信模块、外扩存储模块、数据加密模块和能量调度控制板交互连接；所述电源模块和所述复位模块与所述中央控制模块连接；所述交流保护模块、所述综合测控模块和所述能量调度控制板依次连接；所述设备接口与所述综合测控模块连接，所述设备接口包括交流接口和直流接口，；所述交流接口与交流保护模块连接，所述通信模块与外部公共网络连接。
优选的，所述中央控制模块用于所有信息的采集、解析处理、语音识别处理、外扩存储数据读写、状态指示控制和信息显示，采用ARM9中央处理器；
所述通信模块包括232接口、485接口、CAN接口、以太网接口，ZigBee 接口、WIFI接口、红外接口、蓝牙接口、3G接口、4G接口，用于与外部设备通信；
所述状态指示模块包括通信指示灯和电源指示灯，由所述中央控制模块的I/O口进行控制；
所述电源模块采用交流变换直流拓扑；
所述显示屏模块为串口屏，用于实现家庭能量路由器实时数据展示；
所述复位模块是家庭能量路由器重新启动程序按钮，通过RC电路接入所述中央处理器的芯片的复位管脚；
所述语音识别模块通过A/D转换电路识别简单的语音操作；
所述数据加密模块用于对家庭能量路由器所传输的核心数据进行加密。
优选的，所述能量调度控制板是基于DSP芯片的最小系统，用于负责家庭能量的总体均衡和报警管理；所述综合测控模块用于采集光伏逆变器、储能变流器和电网配电柜的电压、电流信息，以及计算线路绝缘阻抗信息；所述交流保护模块用于实现交流侧的过电流保护和过电压保护；所述开关执行机构用于根据所述能量调度控制板传送的开关信息对电源进行供给与切断。
优选的，一种家庭能量的动态分配方法，所述分配方法通过一种家庭能量路由器实现，包括如下步骤：
(1)查询接入所述路由器的所有设备的当前状态；
(2)判断监控范围内的设备是否有故障，若有则进行故障处理，否则执行步骤(3)；
(3)查询家庭用电预约计划和光伏发电输出功率；
(4)通过所述路由器中的中央控制模块判断光伏发电输出功率是否大于所述家庭用电预约计划的使用功率；若是则执行步骤(5)，否则执行步骤(6)；
(5)查询当前电力市场电价，判断当前是否为高峰电价，若是则将剩余的光伏发电输出功率卖掉获得收益，否则将剩余的光伏发电输出功率为储能系统充电；
(6)所述中央控制模块判断当前是否处于高峰电价，若是则执行步骤(7)，否则使用公共电网电能；
(7)所述中央控制模块判断储能系统是否允许放电，若是则执行步骤(8)，否则使用公共电网电能；
(8)所述中央控制模块判断所述储能系统最大放电功率是否大于该预约计划的使用功率减去光伏发电输出功率的差值，若是则所述储能系统按照该差值输出功率，否则所述储能系统按照该最大放电功率输出功率。
优选的，所述故障处理包括如下步骤：
步骤2-1、检查故障设备及类型；
步骤2-2、故障设备若是储能系统，则通过所述路由器中的开关执行机构切除储能系统并网开关；故障设备若是光伏系统，则通过所述开关执行机构切除光伏系统并网开关；故障设备若为用电设备开关，则断开用电设备开关与所述路由器的网络连接。
优选的，一种家庭能量的发电计划方法，所述发电计划方法通过一种家庭能量路由器实现，包括如下步骤：
A、根据用户出行计划制定使用家庭使用用电设备的用电计划；
B、根据次日天气情况估算光伏系统的发电量；
C、估算储能系统的放电最大容量；
D、提交光伏系统和储能系统的发电计划的时间段和发电功率；
E、判断是否接收上级发电调度指令，若是则执行步骤F，否则执行步骤 G；
F、查询接入所述路由器的所有设备的状态，判断监控范围内的设备是否有故障，若是则进行故障处理；否则按照计划响应上级发电调度指令；
G、查询当前储能系统状态，判断所述储能系统是否满足所述发电计划的出力要求，若是则通过所述储能系统进行供电，否则所述储能系统充电。
优选的，所述故障处理包括如下步骤：
步骤F-1、检查故障设备及类型；
步骤F-2、故障设备若是储能系统，则通过所述路由器中的开关执行机构切除储能系统并网开关；故障设备若是光伏系统，则通过所述开关执行机构切除光伏系统并网开关，故障设备若是用电设备开关，则断开用电设备开关与路由器的网络连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种家庭能量路由器，通过采集底层用电设备关键信息，结合分布式电源的发电信息，基于需求响应和电力市场的相关数据，动态调整各发电电源之间的功率分配，实现家庭用能的经济型、稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明提供的一种分体式家庭能量路由器的结构图
图2是本发明提供的一种一体式家庭能量路由器的结构图
图3是本发明提供的一种家庭能量的动态分配方法的流程图
图4是本发明提供的一种家庭能量的发电计划方法的流程图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本实施例的一种家庭能量路由器包括分体式家庭能量路由器和一体式家庭能量路由器。
实施例一
如图1所示，本实施例提供的分体式家庭能量路由器，包括中央控制模块、通信模
块、电源模块、显示屏模块、复位模块、外扩存储模块、状态指示模块、语音识别
模块和数据加密模块，所述中央控制模块与所述显示屏模块、所述状态显示模块和
所述语音识别模块连接，所述中央控制模块与所述通信模块、所述数据加密模块和
所述外扩存储模块交互连接，所述电源模块和所述复位模块与中央处理器连接，所
述通信模块与外部公共网络连接。
中央控制模块是家庭能量路由器的核心，主要负责所有的信息采集、解析及处理、语音识别处理、外扩存储数据读写、状态指示控制和信息显示。采用ARM9中央处理器最小系统实现。
通讯模块是家庭能量路由器的对外核心借口，包括232接口、485接口、CAN接口、以太网接口，ZigBee接口、WIFI接口、红外接口、蓝牙接口、3G 接口、4G接口。
电源模块是家庭能源路由器的功能单元，采用交流变换直流拓扑，输入电压范围为150-240V交流，输出为12V直流。
显示屏模块为串口屏，带有Windows或Linux操作系统，可以实现家庭能量路由器实时数据展示。
复位模块是家庭能量路由器重新启动程序按钮，通过RC电路接入中央处理器的芯片的复位管脚。
状态指示模块主要是家庭能量路由器的指示灯，包括各路通信指示灯、电源指示灯，由中央控制模块的I/O口进行控制。
语音识别模块通过A/D转换电路识别简单的语音操作，如开灯、关灯等指令。
数据加密模块是用来对家庭能量路由器所传输的核心数据进行加密，加密模块接收中央控制模块发送的数据，加入加密信息如密钥、MAC等信息，再回传至中央控制模块，中央控制模块再将加密的信息发给执行机构或上级系统。
实施例二
如图2所示，本实施例提供的一体式家庭能量路由器，包括中央控制模块、通信模块、电源模块、显示屏模块、复位模块、外扩存储模块、状态指示模块、语音识别模块、数据加密模块、能量调度控制板、综合测控装置、交流保护模块、开关执行机构和设备接口；所述中央控制模块与显示屏模块、语音识别模块和状态显示模块连接；所述中央控制模块与通信模块、外扩存储模块、数据加密模块和能量调度控制板交互连接；所述电源模块和所述复位模块与所述中央控制模块连接；所述交流保护模块、所述综合测控模块和所述能量调度控制板依次连接；所述设备接口与所述综合测控模块连接；所述设备接口包括交流接口和直流接口，所述交流接口与交流保护模块连接，所述通信模块与外部公共网络连接。
一体式家庭能量路由器中的中央控制模块、通信模块、电源模块、显示屏模块、复位模块、外扩存储模块、状态指示模块、语音识别模块、数据加密模块与分体式家庭能量路由器的功能、结构和连接关系相似。
与分体式家庭能量路由器不同的是，一体式家庭能量路由器还包括以下模块：
能量调度控制板是基于DSP芯片的最小系统，主要负责家庭能量的总体均衡，同时具有报警管理功能。
综合测控模块是具有温度传感器、电流传感器、电压传感器的综合测量装置，可以采集光伏逆变器、储能变流器、电网配电柜的相关电压、电流信息，同时可以计算线路绝缘阻抗等信息。
交流保护模块主要实现交流侧的过电流保护、过电压保护等。
开关执行机构是用能设备控制的核心，主要由一些继电器控制，当接受上级能量调度控制板发出的开关信息时，进行电源的供给与切断。
实施例三
两种家庭能量路由器都可以实现家庭能量的动态分配和平衡。
如图3所示，本实施例提供的一种家庭能量的动态分配方法，所述分配方法通过一种家庭能量路由器实现包括如下步骤：
(1)查询接入所述路由器的所有设备的当前状态；
(2)判断监控范围内的设备是否有故障，若有则进行故障处理，否则执行步骤(3)；
所述故障处理包括如下步骤：
步骤2-1、检查故障设备及类型；
步骤2-2、故障设备若是储能系统则通过所述路由器中的开关执行机构切除储能系统并网开关，故障设备若是光伏系统，则通过所述开关执行机构切除光伏系统并网开关，故障设备若是用电设备开关，则断开用电设备开关与路由器的网络连接。
(3)查询家庭用电预约计划和光伏发电输出功率；
(4)通过所述路由器中的中央控制模块判断光伏发电输出功率是否大于所述家庭用电预约计划的使用功率；若是则执行步骤(5)，否则执行步骤(6)；
(5)查询当前电力市场电价，判断当前是否为高峰电价，若是则将剩余的光伏发电输出功率卖掉获得收益，否则将剩余的光伏发电输出功率为储能系统充电；
(6)所述中央控制模块判断当前是否处于高峰电价，若是则执行步骤(7)，否则使用公共电网电能；
(7)所述中央控制模块判断储能系统是否允许放电，若是则执行步骤(8)，否则使用公共电网电能；
(8)所述中央控制模块判断所述储能系统最大放电功率是否大于该预约计划的使用功率减去光伏发电输出功率的差值，若是则所述储能系统按照输出功率输出功率，否则所述储能系统按照该最大放电功率输出功率。
考虑未来储能系统可以参与削峰填谷等功能，同时可以参与电力市场开放的电力交易。收益计算如下：
DOD为放电深度，s充为谷电电价， s放为峰电电价。η充为充电效率，η放为放电效率。
实施例四
当电力市场具备需求相应和数据交互情况下，电力市场可以发布电力需求信息，作为家庭分布式能源系统而言，按照提前计划发送功率情况，明确自身动态馈网发电计划，如图4所示，家庭能量的发电计划方法包括如下步骤：
A、根据用户出行计划制定家庭使用用电设备的用电计划；
B、根据次日天气情况估算光伏系统的发电量；
C、估算储能系统的放电最大容量；
所述储能系统的容量计算公式为：
其中i取值为1～12，表示光伏发电集中在白天12个小时，以每小时为计量单位，Psvi为每个时段光伏系统发电平均功率，Plvi为每个时段家用负载平均功率，W为储能系统的储能电量。Ubvi为储能电池组的平均输出电压，t2为储能系统作为应急电源供电时段时长。Q为储能系统的容量。SOCend为截止放电的SOC值。
储能系统的放电容量为额定容量的80％，截止放电SOC宜为15％。
D、提交光伏系统和储能系统的发电计划的时间段和发电功率；
E、判断是否接收上级发电调度指令，若是则执行步骤F，否则执行步骤 G；
F、查询接入所述路由器的所有设备的状态，判断监控范围内的设备是否有故障，若是则进行故障处理；否则，按照计划响应上级发电调度指令；
所述故障处理包括如下步骤：
步骤F-1、检查故障设备及类型；
步骤F-2、故障设备若是储能系统则通过所述路由器中的开关执行机构切除储能系统并网开关，故障设备若是光伏系统，则通过所述开关执行机构切除光伏系统并网开关，故障设备若为用电设备开关，则断开用电设备开关与路由器的网络连接。
G、查询当前储能系统状态，判断所述储能系统是否满足所述发电计划的出力要求，若是则通过所述储能系统进行供电，否则所述储能系统充电。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种家庭能量路由器，其特征在于，所述路由器处于家庭能量和用电设备之间，所述路由器为一体式家庭能量路由器或分体式家庭能量路由器；
所述分体式家庭能量路由器包括中央控制模块、通信模块、电源模块、显示屏模块、复位模块、外扩存储模块、状态指示模块、语音识别模块和数据加密模块，所述中央控制模块与所述显示屏模块、所述状态指示模块和所述语音识别模块连接，所述中央控制模块与所述通信模块、所述数据加密模块和所述外扩存储模块交互连接，所述电源模块和所述复位模块与中央控制模块连接，所述通信模块与外部公共网络连接；
所述一体式家庭能量路由器包括中央控制模块、通信模块、电源模块、显示屏模块、复位模块、外扩存储模块、状态指示模块、语音识别模块、数据加密模块、能量调度控制板、综合测控模块、交流保护模块、开关执行机构和设备接口；所述中央控制模块与显示屏模块、语音识别模块和状态指示模块连接；所述中央控制模块与通信模块、外扩存储模块、数据加密模块和能量调度控制板交互连接；所述电源模块和所述复位模块与所述中央控制模块连接；所述交流保护模块、所述综合测控模块和所述能量调度控制板依次连接；所述设备接口与所述综合测控模块连接，所述设备接口包括交流接口和直流接口；所述交流接口与交流保护模块连接，所述通信模块与外部公共网络连接；
所述中央控制模块用于所有信息的采集、解析处理、语音识别处理、外扩存储数据读写、状态指示控制和信息显示，采用ARM9中央处理器；
所述通信模块包括232接口、485接口、CAN接口、以太网接口、ZigBee接口、WIFI接口、红外接口、蓝牙接口、3G接口、4G接口，用于与外部设备通信；
所述状态指示模块包括通信指示灯和电源指示灯，由所述中央控制模块的I/O口进行控制；
所述电源模块采用交流变换直流拓扑；
所述显示屏模块为串口屏，用于实现家庭能量路由器实时数据展示；
所述复位模块是家庭能量路由器重新启动程序按钮，通过RC电路接入所述中央处理器的芯片的复位管脚；
所述语音识别模块通过A/D转换电路识别简单的语音操作；
所述数据加密模块用于对家庭能量路由器所传输的核心数据进行加密；
所述能量调度控制板是基于DSP芯片的最小系统，用于负责家庭能量的总体均衡和报警管理；所述综合测控模块用于采集光伏逆变器、储能变流器和电网配电柜的电压、电流信息，以及计算线路绝缘阻抗信息；所述交流保护模块用于实现交流侧的过电流保护和过电压保护；所述开关执行机构用于根据所述能量调度控制板传送的开关信息对电源进行供给与切断。
2.一种家庭能量的动态分配方法，所述分配方法通过权利要求1所述的家庭能量路由器实现，包括如下步骤：
(1)查询接入所述路由器的所有设备的当前状态；
(2)判断监控范围内的设备是否有故障，若有则进行故障处理，否则执行步骤(3)；
(3)查询家庭用电预约计划和光伏发电输出功率；
(4)通过所述路由器中的中央控制模块判断光伏发电输出功率是否大于所述家庭用电预约计划的使用功率；若是则执行步骤(5)，否则执行步骤(6)；
(5)查询当前电力市场电价，判断当前是否为高峰电价，若是则将剩余的光伏发电输出功率卖掉获得收益，否则将剩余的光伏发电输出功率为储能系统充电；
(6)所述中央控制模块判断当前是否处于高峰电价，若是则执行步骤(7)，否则使用公共电网电能；
(7)所述中央控制模块判断储能系统是否允许放电，若是则执行步骤(8)，否则使用公共电网电能；
(8)所述中央控制模块判断所述储能系统最大放电功率是否大于该预约计划的使用功率减去光伏发电输出功率的差值，若是则所述储能系统按照该差值输出功率，否则所述储能系统按照该最大放电功率输出功率。
3.根据权利要求2所述的分配方法，其特征在于，所述故障处理包括如下步骤：
步骤2-1、检查故障设备及类型；
步骤2-2、故障设备若是储能系统，则通过所述路由器中的开关执行机构切除储能系统并网开关；故障设备若是光伏系统，则通过所述开关执行机构切除光伏系统并网开关；故障设备若是用电设备开关，则断开用电设备开关与所述路由器的网络连接。
4.一种家庭能量的发电计划方法，所述发电计划方法通过权利要求1所述的家庭能量路由器实现，包括如下步骤：
A、根据用户出行计划制定家庭使用用电设备的用电计划；
B、根据次日天气情况估算光伏系统的发电量；
C、估算储能系统的放电最大容量；
D、提交光伏系统和储能系统的发电计划的时间段和发电功率；
E、判断是否接收上级发电调度指令，若是则执行步骤F，否则执行步骤G；
F、查询接入所述路由器的所有设备的状态，判断监控范围内的设备是否有故障，若是则进行故障处理；否则按照计划响应上级发电调度指令；
G、查询当前储能系统状态，判断所述储能系统是否满足所述发电计划的出力要求，若是则通过所述储能系统进行供电，否则所述储能系统充电。
5.根据权利要求4所述的发电计划方法，其特征在于，所述故障处理包括如下步骤：
步骤F-1、检查故障设备及类型；
步骤F-2、故障设备若是储能系统，则通过所述路由器中的开关执行机构切除储能系统并网开关；故障设备若是光伏系统，则通过所述开关执行机构切除光伏系统并网开关；故障设备若是用电设备开关，则断开用电设备开关与所述路由器的网络连接。
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