CN107145098A - 一种智能插座及家庭用电智能控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力通信控制技术领域，特别是一种智能插座，包括插座本体、微处理器、计量模块、通信模块、目标参数监测模块、开关单元、用电器识别模块，界面控制模块(名称)电源控制模块；对于用户使用的用电电器设置相应的需求响应优先级，根据不同的电力调度需求量设定不同的智能开关控制方案，不同的智能开关控制方案包含连接不同电器智能开关的组合，通过能耗计算模型得出该户住宅具有的调控负荷能力。
Description
技术领域
本发明涉及电力通信控制技术领域，特别是一种智能插座。
背景技术
伴随着世界各国经济的发展，能源需求量持续上涨，导致环境保护和生态发展问题日益严峻，这也是现代电力工业实现转型发展的核心动力。在此背景下，智能电网成为全球电力工业对未来挑战的共同选择。电能不同于一般商品的特点是其不能大规模存储，这就要求保证电能的实时平衡，即每一刻发电量与用电量相匹配。高峰时段的用电量一般远多于低谷时段的用电量，通过小件高峰时段的用电负荷，从需求侧来维持电能的供需平衡，能够减缓对发电输电的投资利用效率。
需求响应是智能用电的一项重要内容，它是用户根据国家的相关节电政策、供电部门相应的各种激励措施、供电部门提供的各种不同电价政策，自行调整改变自己的用电方式或者将自己的可中断负荷交给相应的负荷集成管理商来统一管理控制，以实现电网负荷的降峰、消峰、移峰填谷的目的，同时也达到了电力用户节电的目的，用户通过参与需求响应，可以获得经济上的补偿以及节省电费支出的目的。
在智能电网中，动态需求侧管理作为决策工具，受到较多的关注，其能够有效的增加能源的利用率。目前的需求侧响应主要偏重与电力公司的电价政策(峰谷电价、分时电价、尖峰电价、实时电价)的政策制定、电网公司的负荷控制手段以及控制方法的分析与建模、不同类型用户的参与方式与参与手段等的分析与研究上，需求侧管理鼓励用户改变用电方式，调整电力需求在时序上的分布，进行负荷曲线调整。为了更好的实现恭喜平和并充分利用需求侧资源能够充分调动需求侧用电设备的系统管理。
发明内容
本发明的目的是提供一种需求响应智能转接插座，以及一种基于动态复合管理的智能插座及其控制方案，根据智能家居用户舒适，系统的电力调整需求等相关因素，进行合理安排用电设备的运行状态，在适合的时段改变用户的用电行为，是的用户得到更好的用电体验。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
一种智能插座，包括插座本体、微处理器、计量模块、通信模块、目标参数监测模块、开关单元、用电器识别模块，界面控制模块(名称)电源控制模块，其中电源模块分别与计量模块、微处理器、通信模块连接，用电器识别模块分别与通信模块和微处理器相连接。
该界面控制模块包括触摸屏、开关控制功能键以及LED指示灯结构，该触摸屏用于向用户显示需求响应方面的相关信息及用户的详细用电信息，同时接收用户的参数设定及各种需求响应功能的选择。
所述电控制模块采用两级降压模块分别能够输出不同的电压值的供电电能，并能够将电压输出值精确控制至插座各模块元件的用电电压需求。
所述两级压降模块的包括第一直流-交流降压电路和第二直流-直流压降电路，通过第一直流-交流降压电路将电压值从220V变换到12V，通过通过第一直流-交流降压电路将电压值从12V变换到3.3V或者5V，从而给智能插座的各模块进行供电。
所述用电器识别模块具有电流特征识别系统，通过计量模块采集到的用电电流特征，从而确定用电电器的类型或具体型号。
所述用电器识别模块具有用电信息射频识别功能，能够接受设置在用电器上的射频识别标签从而确定相应电器的类型或具体型号，或者使用者也可以选择直接输入用电器的类型或者电器型号。
所述目标参数监测模块监测的目标参数包括室内温度、湿度、空气质量或电热水器水温，目标参数监测模块以一定频次将所述的目标参数上传至智能插座所连接的网络服务器的系统之上。
微处理器根据目标参数监测模块判断监测环境所处的状态从而进一步设定智能插座对于用电电器的控制方式。
一种家庭用电的智能控制方法，该智能控制方法包括如下步骤：
由计量模块测量用电电器的电流、电压、功率等用电特性；
通过用电电器识别模块分别识别各个插座的用电电器类型或者具体型号，作为补充，使用者也能够通过手机的移动客户端手动输入各个插座的用电电器的型号；
根据统计用户家中各类用电设备的额定功率、常见功率、使用频率、使用时间、动态使用情况，从而分析出家用电气设备的能耗变化曲线；
对于用户使用的用电电器设置相应的需求响应优先级，并根据不同的电力调度需求量设定不同的智能开关控制方案，不同的智能开关控制方案包含连接不同电器智能开关的组合；通过能耗计算模型得出该户住宅具有的调控负荷能力；
在进行开关控制过程中对各类用电电器分别设置一个对应的目标监测参数，通过智能插座上设置的目标监测模块测量模块监测房间/电器相应的参数，并以一定频次上传至服务器；该目标检测参数包括房间温度、湿度、空气质量、电热水器或饮水机水温、充电电动汽车电池电量情况；
通过判断目监测参数的状态确定后续开关控制状态。
对于常用的电器设备设定一个控制状态调整条件，当在开关控制过程中相应的目标检测参数保持稳定不变，则开关维持控制状态不变直至预定的控制计划完成；当在开关控制过程中相应的目标检测参数达到所述控制状态调整条件，则恢复开关的正常供电；在开关控制过程中相应的目标检测参数仍在控制状态调整条件之上，但是参数发生比较明显的变动，则将开关的状态有关闭调整为低功率工作模式。
附图说明
图1是需求响应智能转接插座实施例的组成结构的框图；
图2是需求响应智能转接插座实施例中的开关控制模块的控制流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示为智能插座的组成结构的框图，该需求响应智能转接插座包括包括插座本体、微处理器、计量模块、通信模块、目标参数监测模块、开关单元、用电器识别模块、界面控制模块(名称)电源控制模块，上述几部分共同作用来完成用户端需求响应的功能。
计量模块电性连接至微处理器，计量模块用于测量连接电器的电性能并将所连接的用电电器的电力使用情况实时的或以一定频次发送至微处理器和用电器识别模块。
计量模块采用了集成有计量内核的低功耗SOC管理芯片，具有电流采用和电压采样电路。电流采样通可以选择为CT(C-urrent transformer)加电阻和锰铜分流两种方式；电压采样电路可以选择为PT(Potential transformer)降压和电阻分压法。
通信模块可以是有线通信模块，也可以是无线通信模块，比如说：电力载波通信模块、zigbee无线通信模块、WiFi无线通信模块。该模块用于实现与通信网关或者智能电表之间进行通信。
目标监测模块包括温度探测传感器、光照探测传感器、红外探测传感器、电量采集传感器，目标监测模块也能够与空气净化器、电热水器、饮水机或充电电动汽车等用电电器之间进行通信并获得相应的用电电器相关信息情况。微处理器用于进行满足用户舒适度要求，根据室内温度值、电热水器内水的温度值、室内空气质量以及电动汽车的电量是否充满来控制是否为相应的用电电器供电。
识别模块，识别模块电性连接至微处理器和计量模块，该用电器识别模块具有电流特征识别系统，通过计量模块采集到的用电电流特征，从而确定用电电器的类型或具体型号。具体的电流特征识别方式通过试验和数学推导得到各种典型电器元件(如电灯、电冰箱、电视机、空调、饮水机、电动汽车、电热水器等)的数学模型作为设备电流特征识别模型数据库，通过计量模块所采集的电器的电流特征与已保存的各种电器负荷特性进行比对从而确定用电电器的类型。随着用电电器模型数据库，能够进一步通过用电电器的电流特征分析得到电器的具体型号。
作为替换的方案，该用电器识别模块具有用电信息射频识别功能，能够接受设置在用电器上的射频识别标签从而确定相应电器的类型或具体型号，或者使用者也可以选择直接输入用电器的类型或者电器型号。
确定用户所使用的用电电器之后，对于用户使用的用电电器设置相应的需求响应优先级，并根据不同的电力调度需求量设定不同的智能开关控制方案，不同的智能开关控制方案包含连接不同电器智能开关的组合；通过能耗计算模型得出该户住宅具有的调控负荷能力；
在进行开关控制过程中(考虑到用户的舒适度)对各类用电电器分别设置一个对应的目标监测参数，通过智能插座上设置的目标监测模块测量模块监测房间/电器相应的参数，并以一定频次上传至服务器；该目标检测参数包括房间温度、湿度、空气质量、电热水器或饮水机水温、充电电动汽车电池电量情况；
根据统计用户家中各类用电设备的额定功率、常见功率、使用频率、使用时间、动态使用情况，从而分析出家用电气设备的能耗变化曲线；
对于用户使用的用电电器设置相应的需求响应优先级，并根据不同的电力调度需求量设定不同的智能开关控制方案，不同的智能开关控制方案包含连接不同电器智能开关的组合；通过能耗计算模型得出该户住宅具有的调控负荷能力；
在进行开关控制过程中(考虑到用户的舒适度)对各类用电电器分别设置一个对应的目标监测参数，通过智能插座上设置的目标监测模块测量模块监测房间/电器相应的参数，并以一定频次上传至服务器；该目标检测参数包括房间温度、湿度、空气质量、电热水器或饮水机水温、充电电动汽车电池电量情况；
通过判断目监测参数的状态确定后续开关控制状态。
对于常用的电器设备设定一个控制状态调整条件，当在开关控制过程中相应的目标检测参数保持稳定不变，则开关维持控制状态不变直至预定的控制计划完成；当在开关控制过程中相应的目标检测参数达到所述控制状态调整条件，则恢复开关的正常供电；在开关控制过程中相应的目标检测参数仍在控制状态调整条件之上，但是参数发生比较明显的变动，则将开关的状态有关闭调整为低功率工作模式。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种智能插座，其特征在于，所述特征插座包括插座本体、微处理器、计量模块、通信模块、目标参数监测模块、开关单元、用电器识别模块、界面控制模块、电源控制模块，其中电源模块分别与计量模块、微处理器、通信模块连接，用电器识别模块分别与通信模块和微处理器相连接。
2.根据权利要求1所述的智能插座，其特征在于，该界面控制模块包括触摸屏、开关控制功能键以及LED指示灯结构，该触摸屏用于向用户显示需求响应方面的相关信息及用户的详细用电信息，同时接收用户的参数设定及各种需求响应功能的选择。
3.根据权利要求2所述的智能插座，其特征在于，所述电控制模块采用两级降压模块分别能够输出不同的电压值的供电电能，并能够将电压输出值精确控制至插座各模块元件的用电电压需求。
4.根据权利要求3所述的智能插座，其特征在于，两级压降模块的包括第一交流-直流降压电路和第二直流-直流压降电路，通过第一直流-交流降压电路将电压值从220V变换到12V，通过第一直流-交流降压电路将电压值从12V变换到3.3V或者5V，从而给智能插座的各模块进行供电。
5.根据权利要求4所述的智能插座，其特征在于，该用电器识别模块具有用电信息射频识别功能，能够接受设置在用电器上的射频识别标签从而确定相应电器的类型或具体型号，或者使用者也可以选择直接输入用电器的类型或者电器型号。
6.根据权利要求4所述的智能插座，其特征在于，该用电器识别模块具有电流特征识别系统，通过计量模块采集到的用电电流特征，从而确定用电电器的类型或具体型号。
7.根据权利要求5或6所述的智能插座，其特征在于，目标参数监测模块监测的目标参数包括室内温度、湿度、空气质量或电热水器水温，目标参数监测模块以一定频次将所述的目标参数上传至智能插座所连接的网络服务器的系统之上。
8.根据权利要求7所述的智能插座，其特征在于，根据目标参数监测模块判断监测环境所处的状态从而进一步设定智能插座对于用电电器的控制方式。
9.一种家庭用电的智能控制方法，其包括多个如权利要求1-8述的智能插座，其特征在于，该电力信息的采集的智能控制方法包括如下步骤：
由计量模块测量用电电器的电流、电压、功率等用电特性；
通过用电电器识别模块分别识别各个插座的用电电器类型或者具体型号，作为补充，使用者也能够通过手机的移动客户端手动输入各个插座的用电电器的型号；
根据统计用户家中各类用电设备的额定功率、常见功率、使用频率、使用时间、动态使用情况，从而分析出家用电气设备的能耗变化曲线；
对于用户使用的用电电器设置相应的需求响应优先级，并根据不同的电力调度需求量设定不同的智能开关控制方案，不同的智能开关控制方案包含连接不同电器智能开关的组合；通过能耗计算模型得出该户住宅具有的调控负荷能力；
在进行开关控制过程中对各类用电电器分别设置一个对应的目标监测参数，通过智能插座上设置的目标监测模块测量模块监测房间/电器相应的参数，并以一定频次上传至服务器；该目标检测参数包括房间温度、湿度、空气质量、电热水器或饮水机水温、充电电动汽车电池电量情况；
通过判断目监测参数的状态确定后续开关控制状态。
10.根据权利要求9所述家庭用电的智能控制方法，对于常用的电器设备设定一个控制状态调整条件，当在开关控制过程中相应的目标检测参数保持稳定不变，则开关维持控制状态不变直至预定的控制计划完成；当在开关控制过程中相应的目标检测参数达到所述控制状态调整条件，则恢复开关的正常供电；在开关控制过程中相应的目标检测参数仍在控制状态调整条件之上，但是参数发生比较明显的变动，则将开关的状态有关闭调整为低功率工作模式。
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