CN105470972B - 一种基于太阳能供电接口实现的智能家居用电管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于太阳能供电接口实现的智能家居用电管理系统，包括太阳能供电模块与市电供电模块，太阳能供电模块和市电供电模块直接通过一投切开关模块投切切换供电，通过蓄电池电量以及家庭用电惯性实时运算预估此时切入用电可以持续的时间；以日为单位，确定投切的时间点。根据峰值时间判断，在用电高峰时切入太阳能模块进行供电；根据太阳能蓄电池的电量分析，在电量大于预设值时切入供电；根据家庭用电的情况分析，在家庭用电高峰前尽量通过外部电源供电（外部电源较太阳能电源供电稳定）。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能家居系统，多用于家庭生活用电监测和管控，更具体地说，它涉及一种基于太阳能供电接口实现的智能家居用电管理系统。
背景技术
当今世界，煤炭、石油等石化能源频频告急，环境污染问题日益严峻。而太阳能作为最具潜力的、可再生的清洁能源，其储量的无限性、存在的普遍性、应用的清洁性以及利用的经济性，越来越被人们所青睐。积极开发太阳能，大力发展光伏发电、在全球范围得到了空前重视，已列为各国可持续发展的国策。
光伏发电，也称太阳能发电，即利用太阳能级半导体电子器件吸收太阳光辐射能，并使之集换为电能输出。聚光光伏发电，是在第三代太阳能电池 (如：能承受1000倍聚光光照的III-V族半导体电池)的基础上，运用阳光聚焦产生的强光照度，驱动光伏电池发电，相当1/2晶硅电池数量的III-V，就可获得晶硅电池所产生的电能，从而节约了宝贵的土地资源和太阳能发电的开发成本。然而，在高照度下，光伏电池的散热问题，成为业内首当其冲、急需解决的技术问题。若采用热媒散热，不但能轻松地解决光伏发电的散热难题，还可大量获得宝贵的热能资源。
所以申请号为CN201210531902.9的专利公开了一种太阳能家庭系统，其间披露了通过在家庭安装太阳能光伏板，通过太阳能光伏板实现对家庭的供电，解决了电能能源占用的问题，保证了能源最大程度的利用。
同样的申请号为20122039904.9的中国专利也公开了一种新型太阳能供电装置，同外太阳能光伏电池板给家用电器给蓄电池供电，同样提高了能源的利用效果。
而目前市场上，特别是新兴智能住宅，对太阳能供电装置的利用增大，但是目前该供电方式较为简单，智能化程度不够，不能起到对住户的用电习惯起到较佳的反馈统计，导致对太阳能蓄电池的电量配置不合理。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于太阳能供电接口实现的同时对每一住户的用电量进行检测的智能家居用电管理系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于太阳能供电接口实现的智能家居用电管理系统，包括太阳能供电模块与市电供电模块，所述太阳能供电模块和市电供电模块直接通过一投切开关模块投切切换供电，所述太阳能供电模块输出一反映太阳能蓄电池电量值Q，还包括负载采集模块，用于实时采集对应家庭中用电电流I1和用电电压U1；第一数据处理模块，处理并记录单位时间下的用电电流I1和用电电压U1，并计算用电能耗P1；第二数据处理模块，以一天为单位时间t1并根据该单位时间t1下的用电能耗P与时间的关系建立用电惯性数据信息S1，并以一周T1为单位将用户惯性信息录入用电惯性数据库；判断模块，根据用电惯性数据库库内数据以及太阳能蓄电池电量值Q模拟最佳投切时间t2，并控制投切开关模块动作。
通过这样的技术方案，通过对家庭中的用电电流和用电电压进行采样，并通过第一处理模块建立了对应的时间信号，这样就可以得出时间与能耗的关系信息，然后通过第二处理模块对建立用电惯性数据信息，通过并以在一周内的信息作为区分，也就是说，用电惯性信息包括了两个时间特征，一是在一天中，用户用电的时间以及用电情况，还有对工作日和非工作日进行区分，实现在一周中以天为单位作为时间特征，而判断模块的依据就是根据住户个人的用电习惯，在每天每个时段以两个时间特征为参照，实现控制投切开关动作的步骤，保证投切时间是根据个人用电情况判断的，真正实现“智能用电管家”的概念。
进一步地：所述判断模块包括有第一判断方法：当所述太阳能蓄电池电量值Q大于第一预设值时，控制投切开关模块动作。判断模块的其中一个判断标准是需要保证太阳能蓄电池电量的最大利用，所以当电量过高时，需要控制投切模块直接动作，保证电量获取正常，保证太阳能蓄电池能最大程度的利用。
进一步地：所述判断模块包括有第二判断方法：访问用电惯性库库内数据并得出在以一天为单位时间t1下的用电高峰时段t11，在用电高峰时段t11的起始点且太阳能蓄电池电量值Q大于第二预设值时，控制投切开关模块动作。判断模块的另一判断标准是保证尽可能减少投切次数，这样可以提高太阳能蓄电池的和开关投切模块的使用寿命，同样可以保证投切的次数，尽量在该用户家庭用电高峰时段进行投切供电，就可以使得用电较佳。
进一步地：所述判断模块还可以调用市电高峰用电信息S2，所述判断模块包括有第三判断方法：根据市电高峰用电信息S2得出市电高峰时段t12，在用电高峰时段t12的起始点且太阳能蓄电池电量值Q大于第二预设值时，控制投切开关模块动作。判断模块的第三个判断标准是尽量避免与市电供电高峰冲突，市电高峰时，需要进行投切，保证供电规避市电高峰，减小电网的负荷压力，同样的，也可以为用户节省一定的用电经济负担。
进一步地：还包括市电分析模块，用于分析市电供电质量，且当市电供电异常时，控制投切开关模块动作。 市电供电出现异常时，可以控制投切，保证供电正常。
进一步地：还包括备电分析模块，用于检测太阳能供电质量，且当太阳能供电模块供电异常时，控制投切开关模块动作。当太阳能蓄电池供电异常时，同样可以控制开关模块动作，保证家庭用电正常。
进一步地：还包括云平台，所述云平台可访问用电惯性数据库库内部数据，用户可通过任意终端登录云平台并调用用电惯性数据信息并显示。通过将用电数据库的数据进行反馈，这样用户就可以直观的了解到自身的用电情况，保证使用效果最佳。
进一步地：还连接至物业管理中心，所述物业管理中心可访问用电惯性数据库库内部数据。物业也可以调用该数据，便于服务客户。
进一步地：所述供电异常包括故障电弧分析、过流故障分析、雷击故障分析、剩余电流分析。以上分析方式可以采样目前电网中较为常见的分析方式，保证供电异常时能够及时投切不会损坏设备。
通过采用上述技术方案，通过这样的技术方案，通过对家庭中的用电电流和用电电压进行采样，并通过第一处理模块建立了对应的时间信号，这样就可以得出时间与能耗的关系信息，然后通过第二处理模块对建立用电惯性数据信息，通过并以在一周内的信息作为区分，也就是说，用电惯性信息包括了两个时间特征，一是在一天中，用户用电的时间以及用电情况，还有对工作日和非工作日进行区分，实现在一周中以天为单位作为时间特征，而判断模块的依据就是根据住户个人的用电习惯，在每天每个时段以两个时间特征为参照，实现控制投切开关动作的步骤，保证投切时间是根据个人用电情况判断的，真正实现“智能用电管家”的概念。
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作简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为对应一住户的系统配置架构图；
图2为云平台以及物业管理中心架构示意图；
图3为负载采集示意图；
图4为第一数据处理模块示意图；
图5为第二数据处理模块示意图；
图6为用电惯性数据库原理示意图；
图7为判断模块原理示意图。
附图标记：100、投切开关模块；110、太阳能供电模块；111、备电分析模块；120、市电供电模块；121、市电分析模块；210、负载采集模块；220、第一数据处理模块；230、第二数据处理模块；240、判断模块；300、用电惯性数据库。
具体实施方式
参照图1至图7对本发明做进一步说明。
参照图1所示，一种基于太阳能供电接口实现的智能家居用电管理系统，包括太阳能供电模块110与市电供电模块120，所述太阳能供电模块110和市电供电模块120直接通过一投切开关模块100投切切换供电，所述太阳能供电模块110输出一反映太阳能蓄电池电量值Q、负载采集模块210，用于实时采集对应家庭中用电电流I1和用电电压U1；第一数据处理模块220，处理并记录单位时间下的用电电流I1和用电电压U1，并计算用电能耗P1；第二数据处理模块230，以一天为单位时间t1并根据该单位时间t1下的用电能耗P与时间的关系建立用电惯性数据信息S1，并以一周T1为单位将用户惯性信息录入用电惯性数据库300；判断模块240，根据用电惯性数据库300库内数据以及太阳能蓄电池电量值Q模拟最佳投切时间t2，并控制投切开关模块100动作；市电分析模块121，用于分析市电供电质量，且当市电供电异常时，控制投切开关模块100动作；备电分析模块111，用于检测太阳能供电质量，且当太阳能供电模块110用电异常时，控制投切开关模块100动作。
为了方便进一步理解本方案的功能和原理所以对本方案进行进一步阐述：
参照图2所示，对云平台以及数据反馈功能的实现进行阐述：图1所示的是每个住户均有配置的用电管理系统，云平台对每个住户的信息数据进行采集，物业管理模块可以在权限范围内访问相关数据，同样的用户可以通过终端访问并调用自身的用电惯性信息数据并进行显示，所以需要对终端进行配置，可以以网页、APP的形式进行显示，显示的数据并不局限于用电惯性信息数据，还可以是负载采集模块210采集到的相关所有数据，方便用户理解，显示的可以是目前住宅和运行状态、太阳能蓄电池的切入时间长度，预计节约电量等信息，较为直观理解。
参照图3所示，对负载采集模块210进行详述，负载采集模块210可以通过电压互感器、电流互感器对零线和火线的电压电流进行采集，然后通过在采集点上建立时间戳，分别获得电压、电流和时间的关系，保证数据正常，互感器可以仅仅设置在火线上，也可以在零线和火线均设置一个互感器，保证采样精度。
参照图4，对第一数据处理模块220做出详述，由负载采集模块210采集电压、电流和时间的关系，然后通过分析，得出电压电流的相位差和有效值，通过计算获得单位时间内主回路的功耗，一定时间宽度可以自行定义，优选为一小时，一每小时为单位统计每小时会作出一个能耗值作为分析，并将数据输入至第二数据处理模块230。
参照图5所述，对第二数据处理模块230作出详述，将得到的能耗与基准时间数据进行匹配，记录唯一时间、以及对应的能耗，基准时间可以通过网络时间进行校准，然后将该时间段能能耗记录，形成惯性数据信息，惯性数据信息可以以一天为单位时间，便于参照。
参照图6所示，对惯性数据库对用电惯性数据信息存储，存储方式以及存储特征不作局限，图6所示的是按星期划分存储，也就是以工作日作为存储依据，这样一来，可以通过判断待判定的日期，例如如果明天是星期一，那么就调用往日星期一的所有用电惯性数据信息，然后根据时间接近性求加权平均值或者直接求平均值，得出能耗作为下一时刻的参考依据。例如当天如果是星期一，那么就以星期一特征，调用往期星期一的数据，然后依据判断模块240的算法进行投切。
为了进一步理解本发明的方案，对判断模块240的算法进行详述：判断模块240包括有第一判断方法：当所述太阳能蓄电池电量值Q大于第一预设值时，控制投切开关模块100动作。
判断模块240包括有第二判断方法：访问用电惯性库库内数据并得出在以一天为单位时间t1下的用电高峰时段t11，在用电高峰时段t11的起始点且太阳能蓄电池电量值Q大于第二预设值时，控制投切开关模块100动作。
判断模块240还可以调用市电高峰用电信息S2，所述判断模块240包括有第三判断方法：根据市电高峰用电信息S2得出市电高峰时段t12，在用电高峰时段t12的起始点且太阳能蓄电池电量值Q大于第二预设值时，控制投切开关模块100动作。
以上三种方法可以独立执行，也可以以组合的形式进行判断，以以下三个算法为例：1、以加权算法，为以上三种方法配置权重，对第一种方法而言，当蓄电池电量Q大于第一预设值Q1时，求差值，得出电量差，计算电量差以正比例换算的算法得出第一权值X1；对第二中方法而言，当蓄电池电量Q大于第二预设值Q2的情况下，将该用电时段用电量Px与第一电量基准值P1，计算电量差以正比例换算的算法得出第二权值X2；对第三种方案而言，当蓄电池电量Q大于第三预设值Q2时，以市电高峰时段用电量Py与第二用电量基准值P2进行差值运算，计算电量差以正比例换算的算法得出第三权值X3，然后为三种权值配置对应的权重，如果最后加权的值大于基准总值时，那么判断该时刻为投切时刻，算法等效公式为：a（Q-Q1） =X1；b（Px-P1） =X2（Q>Q2）； c（Py-P2） =X3（Q>Q3）；Y1*X1+ Y2*X2+ Y3*X3=Psocre>Xsocre；a\b\c均为比例系数，Y1、Y2、Y3为权值。2、同样以加权算法，为以上三种方法配置权重，对第一种方法而言，当蓄电池电量Q大于第一预设值Q1时，求差值，得出电量差，计算电量差以正比例换算的算法得出第一权值X1；对第二中方法而言，当该用电时段用电量Px大于第一电量基准值P1情况下，将求蓄电池电量Q与第二预设值Q2计算电量差以正比例换算的算法得出第二权值X2；对第三种方案而言，当蓄电池电量Q大于第三预设值Q3时，以市电高峰时段用电量Py与第二用电量基准值P2进行差值运算，计算电量差以正比例换算的算法得出第三权值X3，然后为三种权值配置对应的权重，如果最后加权的值大于基准总值时，那么判断该时刻为投切时刻，算法等效公式为：a（Q-Q1） =X1；b （Q-Q2）=X2（Px>P1）； c（Py-P2） =X3（Q>Q3）；Y1*X1+ Y2*X2+ Y3*X3=Psocre>Xsocre；a\b\c均为比例系数，Y1、Y2、Y3为权值。3、同样以加权算法，为以上三种方法配置权重，对第一种方法而言，当蓄电池电量Q大于第一预设值Q1时，求差值，得出电量差，计算电量差以正比例换算的算法得出第一权值X1；对第二中方法而言，当该用电时段用电量Px大于第一电量基准值P1情况下，将求蓄电池电量Q与第二预设值Q2计算电量差以正比例换算的算法得出第二权值X2；对第三种方案而言，以市电高峰时段用电量Py与第二用电量基准值P2,当蓄电池电量Q与第三预设值Q3进行差值运算，计算电量差以正比例换算的算法得出第三权值X3，然后为三种权值配置对应的权重，如果最后加权的值大于基准总值时，那么判断该时刻为投切时刻，算法等效公式为：a（Q-Q1） =X1；b （Q-Q2）=X2（Px>P1）； c（Q-Q3） =X3（Py>P2）；Y1*X1+ Y2*X2+ Y3*X3=Psocre>Xsocre；a\b\c均为比例系数，Y1、Y2、Y3为权值。
供电异常包括故障电弧分析、过流故障分析、雷击故障分析、剩余电流分析,均可采用较为常见的采样分析方法，在此不作赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于太阳能供电接口实现的智能家居用电管理系统 ，包括太阳能供电模块(110)与市电供电模块(120)，所述太阳能供电模块(110)和市电供电模块(120)直接通过一投切开关模块(100)投切切换供电，所述太阳能供电模块(110)输出一反映太阳能蓄电池电量值Q，其特征在于：还包括
负载采集模块(210)，用于实时采集对应家庭中用电电流I1和用电电压U1；
第一数据处理模块(220)，处理并记录单位时间下的用电电流I1和用电电压U1，并计算用电能耗P1；
第二数据处理模块(230)，以一天为单位时间t1并根据该单位时间t1下的用电能耗P与时间的关系建立用电惯性数据信息S1，并以一周T1为单位将用户惯性信息录入用电惯性数据库；
判断模块(240)，根据用电惯性数据库库内数据以及太阳能蓄电池电量值Q模拟最佳投切时间t2，并控制投切开关模块(100)动作; 所述判断模块(240)包括有第二判断方法：访问用电惯性库库内数据并得出在以一天为单位时间t1下的用电高峰时段t11，在用电高峰时段t11的起始点且太阳能蓄电池电量值Q大于第二预设值时，控制投切开关模块(100)动作。
2.如权利要求1所述的一种基于太阳能供电接口实现的智能家居用电管理系统，其特征在于：所述判断模块(240)包括有第一判断方法：当所述太阳能蓄电池电量值Q大于第一预设值时，控制投切开关模块(100)动作。
3.如权利要求1所述的一种基于太阳能供电接口实现的智能家居用电管理系统，其特征在于：所述判断模块(240)还可以调用市电高峰用电信息S2，所述判断模块(240)包括有第三判断方法：根据市电高峰用电信息S2得出市电高峰时段t12，在用电高峰时段t12的起始点且太阳能蓄电池电量值Q大于第二预设值时，控制投切开关模块(100)动作。
4.如权利要求1所述的一种基于太阳能供电接口实现的智能家居用电管理系统，其特征在于：还包括市电分析模块(121)，用于分析市电供电质量，且当市电供电异常时，控制投切开关模块(100)动作。
5.如权利要求1所述的一种基于太阳能供电接口实现的智能家居用电管理系统，其特征在于：还包括备电分析模块(111)，用于检测太阳能供电质量，且当太阳能供电模块(110)供电异常时，控制投切开关模块(100)动作。
6.如权利要求1所述的一种基于太阳能供电接口实现的智能家居用电管理系统，其特征在于：还包括云平台，所述云平台可访问用电惯性数据库库内部数据，用户可通过任意终端登录云平台并调用用电惯性数据信息并显示。
7.如权利要求1所述的一种基于太阳能供电接口实现的智能家居用电管理系统，其特征在于：还连接至物业管理中心，所述物业管理中心可访问用电惯性数据库库内部数据。
8.如权利要求4或5所述的一种基于太阳能供电接口实现的智能家居用电管理系统，其特征在于：所述供电异常包括故障电弧分析、过流故障分析、雷击故障分析、剩余电流分析。
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